(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位制御装置とモータ駆動装置とを通信ケーブルを介してシリアル通信するモータ駆動システムにおいて、キャリア周期指令に基づいた周期のＰＷＭキャリア信号を出力するキャリア信号生成手段と、ＰＷＭキャリア信号に同期したサーボ制御起動用のタイミング信号を生成するサーボ起動タイミング信号生成手段と、このサーボ起動タイミング信号によりサーボ制御を周期的に起動するサーボ制御手段と、通信サイクルに同期したタイミング信号を出力する通信タイミング信号生成手段と、通信タイミング信号からサーボ起動タイミング信号までの遅延時間を検出する遅延時間検出手段と、予め設定された基準遅延時間と遅延時間検出手段が出力する遅延時間との差を検出する偏差検出手段と、この遅延時間の差に対して制御ゲインを乗じたものに基準キャリア周期を加算した結果をキャリア周期指令として出力するキャリア周期生成手段とを備え、通信サイクルとサーボ制御演算の同期をとることを特徴としたモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上位制御装置とこの制御対象となるモータ駆動装置との間を接続するのに用いるモータ制御用シリアル通信装置および、そのモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、上位制御装置と複数のモータ駆動装置との間をシリアル通信で接続し、このシリアル通信を介してモータに対する動作指令を与えることが省配線化、高機能化などを目的として広く行われるようになってきている。例えば、上位制御装置がＮＣコントローラであり、モータ駆動装置はサーボモータを駆動するサーボドライブである場合には、その動作指令として位置指令や速度指令、あるいはトルク指令を与える場合が多い。
【０００３】
このようなものの例として、図１２に示したシリアル通信の物理層に１００ＢＡＳＥ−Ｔ規格を適用したものがある。図１２において、上位制御装置１はその内部にシリアル通信の送受信を行う第１の通信ＩＣ３と第１の通信コネクタ２を内蔵しており、各受信端子３ｒと２ｒ、各送信端子３ｔと２ｔがそれぞれ接続されている。実際には第１の通信ＩＣ
３と第１の通信コネクタ２の間にはパルストランスが介在するが、煩雑になるのを避けるため省略している。また、実際には送信信号と受信信号は各々２本が１対となったペア信号であるが、これについても送信と受信を各々１本に省略して図示している。
【０００４】
次に、モータ駆動装置４の内部には上位制御装置１と同じように第１の通信ＩＣ３と第１の通信コネクタ２が内蔵されており、信号の接続も同じである。そして、通常このモータ駆動装置４が複数配置されることになるが、本図においてはこれが３台の場合を例として示している。５は通信データの中継装置となるハブであり第１の通信コネクタ２と同じコネクタを多数設けている。全体としては、ハブ５に対して上位制御装置１と全てのモータ駆動装置４が、送信と受信に各々独立した経路を持つ第１の通信ケーブル６によって接続された構成となっている。なお、第１の通信コネクタ２としてＲＪ−４５モジュラージャックを、第１の通信ケーブル６として４対（８線）のツイストペア線を用いることが１００ＢＡＳＥ−Ｔ規格で定められている。
【０００５】
この構成において、マスターからの指令送信に対し、スレーブが応答返信を行うマスター・スレーブ方式の通信が一般に行われる。本図においては、上位制御装置１がマスターに相当し、モータ駆動装置４がスレーブに相当する。上位制御装置１から送信された指令データはハブ５を経由してモータ駆動装置４に伝送され、また、モータ駆動装置４からの応答データもハブ５を経由して上位制御装置１に伝送される。上位制御装置１は、１つのモータ駆動装置４との送受信が終わると次のモータ駆動装置４との送受信を行う、ということを順に実行し、全てのモータ駆動装置４との送受信が完了した時点で１つの通信サイクルが完了する。この通信サイクルを繰り返し実行することでリアルタイム伝送を実現している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の構成は、伝送経路の中心にハブ５を配置したいわゆるスター配線であるが、実際の機器の配置として、ハブ５を中心にして放射状に上位制御装置１とモータ駆動装置４を設置することは、スペース効率が悪くなるので避けられる。したがって、図１２に示したような上位制御装置１とモータ駆動装置４を横に並べる配置とするのが通常である。この場合、第１の通信ケーブル６が束になる箇所ができるため配線効率が悪く、シリアル通信で接続することの大きな目的である省配線の利点が十分には得られないという課題があった。また、ハブ５の存在がシステム全体のコストを上昇させていた。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、配線効率が良く、通信サイクルとサーボ制御演算の同期がとれるモータ駆動装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、上位制御装置とモータ駆動装置とを通信ケーブルを介してシリアル通信するモータ駆動システムにおいて、キャリア周期指令に基づいた周期のＰＷＭキャリア信号を出力するキャリア信号生成手段と、ＰＷＭキャリア信号に同期したサーボ制御起動用のタイミング信号を生成するサーボ起動タイミング信号生成手段と、このサーボ起動タイミング信号によりサーボ制御を周期的に起動するサーボ制御手段と、通信サイクルに同期したタイミング信号を出力する通信タイミング信号生成手段と、通信タイミング信号からサーボ起動タイミング信号までの遅延時間を検出する遅延時間検出手段と、予め設定された基準遅延時間と遅延時間検出手段が出力する遅延時間との差を検出する偏差検出手段と、この遅延時間の差に対して制御ゲインを乗じたものに基準キャリア周期を加算した結果をキャリア周期指令として出力するキャリア周期生成手段とを備え、通信サイクルとサーボ制御演算の同期をとることを特徴としている。
【０００９】
この構成により、通信タイミング信号からサーボ起動タイミング信号までの遅延時間が基準値となるように、ＰＷＭキャリア信号の周期を調整することで、通信サイクルとサーボ制御演算の同期をとることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために本発明のモータ駆動装置は、キャリア周期指令に基づいた周期のＰＷＭキャリア信号を出力するキャリア信号生成手段と、ＰＷＭキャリア信号に同期したサーボ制御起動用のタイミング信号を生成するサーボ起動タイミング信号生成手段と、このサーボ起動タイミング信号によりサーボ制御を周期的に起動するサーボ制御手段と、通信サイクルに同期したタイミング信号を出力する通信タイミング信号生成手段と、通信タイミング信号からサーボ起動タイミング信号までの遅延時間を検出する遅延時間検出手段と、予め設定された基準遅延時間と遅延時間検出手段が出力する遅延時間との差を検出する偏差検出手段と、この遅延時間の差に対して制御ゲインを乗じたものに基準キャリア周期を加算した結果をキャリア周期指令として出力するキャリア周期生成手段とを備え、通信サイクルとサーボ制御演算の同期をとることを特徴としており、上位制御装置と最前段に配置されたモータ駆動装置との間の接続においては、送信と受信に各々独立した経路を有する第１の通信ケーブルを用いて、第１の通信コネクタと第２の通信コネクタを接続し、モータ駆動装置どうしの接続においては、第１の通信ケーブルを用いて一方のモータ駆動装置が備える第３の通信コネクタと他方のモータ駆動装置が備える第２の通信コネクタを接続し、最後段に配置されたモータ駆動装置においては、第３の通信コネクタにこの送信端子と受信端子を結ぶ第２の通信ケーブルを接続し、これらの構成により上位制御装置とモータ駆動装置をデイジィチェーン接続している。
【００１１】
また、第２の通信ケーブルに代えて、モータ駆動装置内に第３の通信コネクタの送信端子と受信端子を短絡するスイッチを備えている。
【００１２】
また、第１の通信ケーブル内に結線が開放状態の時にアクティブとなる非常停止信号の経路を備えている。
【００１３】
また、第１の通信ケーブル内にアブソリュートエンコーダのデータ保持用電池の電源経路を備え、１箇所に配置したデータ保持用電池から第１の通信ケーブルを経由してモータ駆動装置にその電源を供給する構成としている。
【００１４】
また、第２の通信ＩＣは受信したデータをそのまま送信する第１の送信モードとモータ駆動装置内のデータを送信する第２の送信モードを有し、かつ、モータ駆動装置内に上位制御装置からの指令データを受信したタイミングで初期化される通信タイミングカウンタを備え、最初に、全ての第２の通信ＩＣは第１の送信モードであって、上位制御装置からの指令データを全てのモータ駆動装置が同時に受信し、次に、通信タイミングカウンタの値に基づき順に各モータ駆動装置内の第２の通信ＩＣが第２の送信モードとなってフィードバックデータを上位制御装置に送信し、全てのモータ駆動装置がフィードバックデータの送信を終えた時点で１サイクルが完了となる通信サイクル構成を有し、さらに、通信タイミングカウンタの値に基づき全てのモータ駆動装置が同時に指令データの制御への反映とフィードバックデータのサンプリングを実行することを特徴としている。
【００１５】
また、通信タイミングカウンタが予め設定された値を越えた時に、モータ駆動
装置はモータを停止させることを特徴としている。
【００１６】
この構成により、モータ駆動装置内部に配した通信経路と通信ケーブルの経路を合わせて、全体としてループ状の通信経路が形成されるため、ハブが不要となる。さらに、デイジィチェーン状に通信ケーブルを配したことにより機器の配置効率と配線効率を高めるこ
とができる。
【００１７】
また、スイッチを設けたものでは、第２の通信ケーブルが不要となり、単にスイッチを設定するだけで済むため、機器の設置時における作業効率を向上させることができる。
【００１８】
また、非常停止信号を独立した経路として設けたものでは、時間遅れなく直ちに非常停止処理を実行できる。しかも、断線時にも非常停止処理がなされるため、安全性が高い。
【００１９】
また、データ保持用電池を上位制御装置内に設けて第１の通信ケーブルを経由して各アブソリュートエンコーダに供給される構成としたものでは、データ保持用電池の寿命管理および交換作業が容易にできる。
【００２０】
また、通信タイミングカウンタを設けたものでは、これを基準にして全てのモータ駆動装置が同時に指令データの制御への反映とフィードバックデータのサンプリングを実行するため、協調動作させる際の動作精度が向上する。
【００２１】
また、通信データが途絶えたことの検出に通信タイミングカウンタを用いたものでは、構成を簡素にすることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明のモータ制御用シリアル通信装置とモータ駆動装置の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例を示すブロック図である。図１において、上位制御装置１は内部にシリアル通信の送受信を行う第１の通信ＩＣ３と第１の通信コネクタ２を内蔵し、第１の通信ＩＣ３の送信端子３ｔは第１の通信コネクタ２の送信端子２ｔに、第１の通信コネクタ２の受信端子２ｒは第１の通信ＩＣ３の受信端子３ｒにそれぞれ接続されている。次に、モータ駆動装置１０の内部には第２の通信コネクタ１１と第３の通信コネクタ１２と第２の通信ＩＣ１３を有しており、第２の通信コネクタ１１の受信端子１１ｒは第２の通信ＩＣ１３の受信端子１３ｒに、第２の通信ＩＣ１３の送信端子１３ｔは第３の通信コネクタ１２の送信端子１２ｔに、第３の通信コネクタ１２の受信端子１２ｒは第２の通信コネクタ１１の送信端子１１ｔにそれぞれ接続されている。２０と３０はモータ駆動装置１０と同じ構成のモータ駆動装置であり、したがって内部にそれぞれ、第２の通信コネクタ２１、３１、第３の通信コネクタ２２、３２、第２の通信ＩＣ２３、３３を備える。第１の通信ＩＣ３と第２の通信ＩＣ１３、２３、３３は機能的に同一のものであるが、説明を容易にするために名称を区別している。同様に、第２の通信コネクタ１１、２１、３１と第３の通信コネクタ１２、２２、３２も第１の通信コネクタ２と機能的に同一のものであるが、名称を区別している。
【００２４】
上位制御装置１とモータ駆動装置１０の間は、送受信にそれぞれ独立した経路を有する第１の通信ケーブル１４で接続されており、第１の通信コネクタ２の送信端子２ｔが第２の通信コネクタ１１の受信端子１１ｒに、第２の通信コネクタ１１の送信端子１１ｔが第１の通信コネクタ２の受信端子２ｒに、それぞれ繋がっている。また、モータ駆動装置１０と２０の間、また２０と３０の間も第１の通信ケーブル２４、３４で接続されており、これにより通信コネクタの端子１２ｔと２１ｒ、２１ｔと１２ｒ、２２ｔと３１ｒ、３１ｔと２２ｒがそれぞれ繋がっている。さらに、最後段となるモータ駆動装置３０の第３の通信コネクタ３２には第２の通信ケーブル４０が接続されており、これにより、第３の通信コネクタ３２の送信端子３２ｔが受信端子３２ｒに繋がっている。
【００２５】
以上の構成によって、上位制御装置１内部に配設された第１の通信ＩＣ３の送信データは３ｔ、２ｔ、１１ｒ、１３ｒという経路を通ってモータ駆動装置１０内部に配設された第２の通信ＩＣ１３の受信データとして伝送される。また、この第２の通信ＩＣ１３の送信データは１３ｔ、１２ｔ、２１ｒ、２３ｒという経路を通ってモータ駆動装置２０内部に配設された第２の通信ＩＣ２３の受信データとして伝送される。同様に、この第２の通信ＩＣ２３の送信データはモータ駆動装置３０内部に配設された第２の通信ＩＣ３３の受信データとして伝送される。この第２の通信ＩＣ３３の送信データは、３３ｔ、３２ｔ、３２ｒ、３１ｔ、２２ｒ、２１ｔ、１２ｒ、１１ｔ、２ｒ、３ｒという経路を順に通り、上位制御装置１内部に配設された第１の通信ＩＣ３の受信データとして伝送される。したがって、通信ケーブルの接続は、上位制御装置１からモータ駆動装置１０へ、モータ駆動装置１０からモータ駆動装置２０へ、モータ駆動装置２０からモータ駆動装置３０へというように、デイジィチェーン接続になっているが、伝送データ
の経路としては模式的に表現した図２の概念図の通り、上位制御装置１と全てのモータ駆動装置を繋ぐループが形成されている。
【００２６】
本実施例によれば、通信経路をループ状にしたことにより、ハブを使用しなくても上位制御装置と全てのモータ駆動装置を結ぶ通信経路が構成できている。しかも、通信ケーブルの接続はデイジィチェーン状であるため、上位制御装置と全てのモータ駆動装置を横並べにした効率的な配置を行った場合に、各通信ケーブルは最も短くなる。すなわち、設備の配置効率と配線効率の両立を図ることができる。一般に、通信経路をループ状にした場合、最後段のモータ駆動装置３０と上位制御装置１とを接続する通信ケーブルを必要とするが、本実施例においてはこれが不要であり、通常のループ構成よりも配線効率が良い。また、第１の通信ケーブルとして、従来使用していた通信ケーブルがそのまま使用できる利点も大きい。
【００２７】
なお、すでに述べた従来例に合わせ、図１にはモータ駆動装置の数が３台の場合の例を表しているが、この台数に制限はなく、１台から構成可能である。
【００２８】
また、本実施例では通信コネクタの端子の物理的な配置は限定しないが、第１の通信コネクタ２と第３の通信コネクタ１２、２２、３２に対して、第２の通信コネクタ１１、２１、３１の端子の物理的な配置を逆にしても構わない。こうすれば、第１の通信ケーブル１４、２４、３４に、両端コネクタの物理的な同一端子どおしが接続されるよう結線した、いわゆるストレート結線のケーブルを使用することができる。図１はこの点を意識して、第１の通信コネクタと第３の通信コネクタについては上側に送信端子、下側に受信端子を描画し、第２の通信コネクタについては上側に受信端子、下側に送信端子を描画している。１００ＢＡＳＥ−Ｔ用の通信ケーブルとしてはストレート結線のものが一般的であり、これは多量に流通しているため安価である。よって、これを採用すれば全体のコストを低減できる。
【００２９】
（実施例２）
図３は本発明の第２の実施例を示すブロック図である。図３において、モータ駆動装置１０が備える第３の通信コネクタ１２に関して、その送信端子１２ｒと受信端子１２ｔを短絡可能とするスイッチ１５が配置されている。同様に、モータ駆動装置２０にスイッチ２５が、モータ駆動装置３０にはスイッチ３５がそれぞれ配置されている。そして、最終段であるモータ駆動装置３０には、実施例１において設けていた第２の通信ケーブル４０はなく、この機能の代わりとしてスイッチ３５が閉じられている。中段であるモータ駆動装置１０、２０のスイッチ１５と２５は開いた状態に設定されている。その他の構成は実施例１と同じである。
【００３０】
以上の構成において、閉じたスイッチ３５は実施例１における第２の通信ケーブル４０
と同じ働きをしており、このため第２の通信ケーブル４０が不要となっている。スイッチは全てのモータ駆動装置が包含しており、最終段に配置されたモータ駆動装置３０のスイッチ３５のみを閉じ、他のスイッチ１５、２５を開いた状態とすることで実施例１と同じ通信データの経路が確保される。
【００３１】
本実施例によれば、第２の通信ケーブル４０が不要となり、単にスイッチ３５の開閉を設定するだけで済むため、機器の設置時における作業効率を向上させることができる。また、特殊な結線仕様であった第２の通信ケーブル４０が不要となり、第１の通信ケーブル１４、２４、３４だけで構成できるということは、すなわち、一般に広く流通している１００ＢＡＳＥ−Ｔ用のケーブルだけで構成できることを意味する。したがって、部材の調達と管理が容易である。
【００３２】
（実施例３）
通信データの伝送経路が断線等により絶たれた場合、一般的にはモータ駆動装置側では上位制御装置からの指令データが届かなくなることでこれを認識する。この場合、通常動作している時であってもその指令データはある程度の時間間隔をおいて送信されるのが普通であるため、通信データが届かなくなったと判断で
きるのは当然にその時間間隔よりも更に長い時間を経過した後となってしまう。したがって、断線した場合の安全性を考えると、モータを非常停止させる機能の信号については、一般の通信データを送信する経路とは独立して設け、さらに、通信データのような時間間隔をおいて送信するものではなく、連続的に常時伝達される信号とすることが望ましい。このような観点で、構成したものが図４に示す本発明の第３の実施例である。
【００３３】
上位制御装置１の内部には非常停止指令手段７が配設され、この出力信号が第１の通信コネクタ２の端子２ｅに接続されている。モータ駆動装置１０の内部には非常停止処理手段１６が配設され、その信号は第２の通信コネクタ１１の端子１１ｅと第３の通信コネクタ１２の端子１２ｅとに接続されている。モータ駆動装置２０と３０の内部構成はモータ駆動装置１０と同じである。そして、上位制御装置１と各モータ駆動装置１０、２０、３０間を接続する第１の通信ケーブル１４、２４、３４によって、非常停止指令手段７から非常停止処理手段１６、２６、３６に対して信号が伝達される構成となっている。その他の構成は実施例１と同様である。なお、実際には各信号は２本が１対となっているものであるが、図面が煩雑になるのを避けるため、これまでに示した実施例と同様に１本の線で示している。
【００３４】
図５は非常停止指令手段７と非常停止処理手段１６について、細部の構成を示したものであり、非常停止処理に関連しない構成要素については省略している。また、図４と異なり１つの信号は省略せず２本の線で示している。図５において、非常停止指令手段７は電源７ａと、通常時において導通、すなわちＯＮ状態にあるスイッチ７ｂが直列に接続された回路構成となっている。また、非常停止処理手段１６の内部には、フォトカプラ１６ａとこの１次側ダイオードの電流を制御する抵抗器１６ｂと２次側の信号レベルを確定するプルアップ抵抗器１６ｃが配設されている。そして、信号１６ｄのレベルによって、非常停止処理を実行するかどうか判断する構成となっている。
【００３５】
この構成において、スイッチ７ｂが通常のＯＮ状態にある時、フォトカプラ１６ａの１次側ダイオードに電流が流れ、２次側トランジスタがＯＮして、出力信号１６ｄは‘Ｌ’レベルとなる。非常停止指令手段７が非常停止を指令すべくスイッチ７ｂをＯＦＦにすると、フォトカプラ１６ａの１次側ダイオード電流は途絶え２次側トランジスタがＯＦＦして、出力信号１６ｄは‘Ｈ’レベルとなる。この状態の時、非常停止処理を実行する。スイッチ７ｂがＯＮであっても、断線やコネクタが外れる等して第１の通信ケーブル１４内部の信号経路が絶たれた場合には、フォトカプラ１６ａの１次側ダイオード電流が途絶え
るためスイッチ７ｂをＯＦＦにしたのと同じ状態となり、非常停止処理がなされる。すなわち、第１の通信ケーブル１４内部の信号経路が絶たれた時に非常停止処理がアクティブとなるよう構成されている。
【００３６】
本実施例によれば、モータ駆動装置を非常停止させる信号を、一般の通信データを送信する経路とは独立して設け、その信号が変化すると時間遅れなく直ちに非常停止処理を実行できるため、非常停止処理の信頼性を向上させることができる。また、断線等により第１の通信ケーブル１４内部の信号経路が絶たれた場合でも非常停止処理が実行されるため、安全性が高い。
【００３７】
一般の１００ＢＡＳＥ−Ｔ用の通信ケーブルと通信コネクタは信号経路を４つ保有している。よって、送信と受信に合わせて２経路使用しても、２経路が余っており、この余った経路の内１つを本非常停止信号の経路に割り付けることができる。すなわち、従来のケーブルをそのまま使うことができる。
【００３８】
なお、スイッチ７ｂは機械的なものだけでなく、トランジスタのように電子的なスイッチであっても構わないし、また、フォトカプラ１６ａもトランジスタ等に置換することが可能である。
【００３９】
（実施例４）
サーボモータには、電源遮断時においても絶対位置を保持可能なアブソリュー トエンコーダを備えたものがある。この絶対位置データを電源遮断時において保持するために、一般に電池が用いられ、これはモータ駆動装置に取り付けられることが多い。しかし、モータ駆動装置の数が多い場合には、それぞれのモータ駆動装置に電池を取り付けて、電池寿命を管理し、適切な時期に交換する作業は煩雑である。よって、各モータ駆動装置で行うのではなく、上位制御装置で一元管理できることが望ましい。この観点で改善を図ったものが図６に示す本発明の第４の実施例である。
【００４０】
上位制御装置１にはデータ保持用電池８が配設され、ここから電源線が第１の通信コネクタ２の端子２ｂに接続されている。モータ駆動装置１０にはアブソリュートエンコーダ１７が接続されており、これを電源遮断時にバックアップするための電源線が、ここから第２の通信コネクタ１１の端子１１ｂと第３の通信コネクタ１２の端子１２ｂに接続されている。モータ駆動装置２０と３０の内部の構成はモータ駆動装置１０と同じである。そして、上位制御装置１と各モータ駆動装置１０、２０、３０間を接続する第１の通信ケーブル１４、２４、３４によって、データ保持用電池８から供給される電源がアブソリュートエンコーダ１７に供給されるように構成されている。その他の構成は実施例１と同様である。なお、各信号は実際には２本が１対となっているものであるが、図面が煩雑になるのを避けるため、これまでに示した実施例と同様に１本の線で示している。
【００４１】
本実施例によれば、上位制御装置１の内部に設けたデータ保持用電池８の電源が第１の通信ケーブル１４、２４、３４を経由して各アブソリュートエンコーダ１７、２７、３７に供給される構成となっているため、データ保持用電池８の寿命管理および交換作業が一元的に行え、容易である。
【００４２】
一般の１００ＢＡＳＥ−Ｔ用の通信ケーブルと通信コネクタは信号経路を４つ保有している。よって、送信と受信に合わせて２経路使用しても、２経路が余っており、この余った経路の内１つを本非常停止信号の経路に割り付けることができる。すなわち、従来のケーブルをそのまま使うことができる。
【００４３】
なお、データ保持用電池８の配置を１箇所とすることによって、一元管理できるように
するのが本実施例の主旨である。よって、データ保持用電池８の配置は上位制御装置１の内部でなく、どれか１つのモータ駆動装置の中であっても、あるいは、外部であっても構わない。
【００４４】
（実施例５）
複数のモータを協調して動作させる、あるいは同一動作を行わせる場合には、上位制御装置からの指令データが全てのモータ駆動装置において同時に制御に反映されることが望ましい。また、モータ駆動装置から上位制御装置へのフィードバックデータについても、全てのモータ駆動装置において同時にサンプリングされたデータであることが望ましい。こういったことを目的とするのが本発明の第５の実施例である。
【００４５】
図７は本実施例における第２の通信ＩＣ１３の内部構成を示すブロック図であり、他の第２の通信ＩＣ２３、３３もこれと同じ構成である。データ受信手段１３ａは受信端子１３ｒからの通信データを受信処理してモータ駆動装置１０への指令データを取り出すものであり、また、データ送信手段１３ｂはモータ駆動装置１０内部の制御データを通信データとして出力するものである。送信データセレクタ１３ｄは受信端子１３ｒからの受信データとデータ送信手段１３ｂからの送信データのいずれかを選択して送信端子１３ｔに出力するもので、その選択は通信タイミングカウンタ１３ｃからの送信モード切り替え信号１３ｓによって制御される。これ以降、受信端子１３ｒからの受信データを送信端子１３ｔに出力するモードを第１の送信モードと呼び、データ送信手段１３ｂからの送信データを出力するモードを第２の送信モードと呼ぶ。通信タイミングカウンタ１３ｃはデータ受信手段が上位制御装置１からの指令データを正常に受信したタイミングでリセットされる時間カウンタで、送信モード切り替え信号１３ｓはこのカウント値に基づいて制御される。他の構成は図１に示す実施例１と同様である。
【００４６】
図８は本実施例の動作を示すタイムチャートである。上段に示すのは第１の通信ＩＣ３の受信端子３ｒ部分で観測される通信データであり、上側に上位制御装置１からの指令データを、下側にモータ駆動装置１０、２０、３０からのフィードバックデータを示している。中段には通信タイミングカウンタ１３ｃ、２３ｃ、３３ｃのカウント値を示している。また、下段には送信モード切り替え信号１３ｓ、２３ｓ、３３ｓを示しており、この信号が‘Ｌ’の時に第１の送信モード、‘Ｈ’の時に第２の送信モードとなるように構成されている。
【００４７】
図８において、タイミングｔ１にて上位制御装置１は全てのモータ駆動装置１０、２０、３０に対する指令を含んだ指令データを送信する。この時、送信モード切り替え信号１３ｓ、２３ｓ、３３ｓは全て‘Ｌ’となっており、第１の送信モードで制御されている。よって、この指令データは全てのモータ駆動装置１０、２０、３０においてバイパスされると同時に、内部のデータ受信手段１３ａ、２３ａ、３３ａによって取り込まれる。この指令データが正常に取り込まれたタイミングｔ２にて、通信タイミングカウンタ１３ｃ、２３ｃ、３３ｃはリセットされる。データ受信手段１３ａ、２３ａ、３３ａが指令データを取り込むタイミングは同時であるから、通信タイミングカウンタ１３ｃ、２３ｃ、３３ｃは全て同じタイミングでリセットされる。
【００４８】
また、カウントアップ速度も全て同じであるから、最初に指令データを正常に受信した後は、通信タイミングカウンタ１３ｃ、２３ｃ、３３ｃの動作は全て同じとなる。この通信タイミングカウンタの値を基準にして、第２の通信ＩＣ１３は、タイミングｔ３にて第２の送信モードに切り替えてモータ駆動装置１０内部の制御データを上位制御装置１に対するフィードバックデータとして送信する。
【００４９】
そして、送信完了後のタイミングｔ４にて第１の送信モードに戻す。同様に、第２の通
信ＩＣ２３は、タイミングｔ５にて第２の送信モードに切り替えてモータ駆動装置２０のフィードバックデータを送信し、送信完了後のタイミングｔ６にて第１の送信モードに戻す。また同様に、第２の通信ＩＣ３３は、タイミング
ｔ７にて第２の送信モードに切り替えてモータ駆動装置３０のフィードバックデータを送信し、送信完了後のタイミングｔ８にて第１の送信モードに戻す。ここで、ｔ３からｔ８のタイミング値は、通信動作開始前に予め各モータ駆動装置に設定されているものである。
【００５０】
本実施例においてはモータ駆動装置が３台なので、タイミングｔ８にて全てのモータ駆動装置のフィードバックデータ送信が完了し、ここまでの一連の処理が１つの通信サイクルとなる。すなわち、指令データの送信開始タイミングｔ１から次の指令データの送信開始タイミングｔ９までが１通信サイクルとなる。そして、この通信サイクルが繰り返し実行される。また、１通信サイクル中のタイミングｔ１０にて全てのモータ駆動装置が同時にフィードバックデータのサンプリングを実行し、さらにｔ１１にて全てのモータ駆動装置が同時に指令データの制御へ反映を実施する。ここで、タイミングｔ１０とｔ１１は通信動作開始前に予め全てのモータ駆動装置に設定されるものであるが、これは任意のタイミングでよく、ｔ１０とｔ１１が同じであっても構わない。
【００５１】
本実施例によれば、全てのモータ駆動装置の内部に同一動作を行う通信タイミングカウンタ１３ｃ、２３ｃ、３３ｃを設けたことにより、このカウンタを基準にして全てのモータ駆動装置１０、２０、３０が同時に指令データの制御への反映とフィードバックデータのサンプリングを実行することができる。これにより、複数のモータを協調動作させる場合でも、各モータの動作にズレが生じず、精度の高い制御が可能となる。
【００５２】
なお、本実施例ではモータ駆動装置１０、２０、３０の順でフィードバックデータを送信する構成としたが、この順序は任意で構わない。また、第１の送信モードを構成する際、図７において、受信端子１３ｒのデータをそのまま送信端子１３ｔから出力する構成として説明したが、データ受信手段１３ａで一度受信処理したものをデータ送信手段１３ｂに与えることで送信する構成であっても構わない。通信タイミングカウンタ１３ｃと送信データセレクタ１３ｓを第２の通信 ＩＣ１３の外部に配設しても構わないことは言うまでもない。
【００５３】
（実施例６）
通信データは通信ケーブルの断線等により途絶えてしまうことがある。この場合、これをモータ駆動装置は確実に検出し、安全にモータを停止させなければならない。この通信データが途絶えたことを容易に検出することを目的とするのが本発明の第６の実施例である。
【００５４】
本実施例の構成は実施例５とほぼ同様であり、動作を図９のタイムチャートを用いて説明する。図９において、上段には図８と同様に、上側に上位制御装置１からの指令データを、下側にモータ駆動装置１０、２０、３０からのフィードバックデータを示している。中段には通信タイミングカウンタ１３ｃのカウント値と、これと比較するしきい値１３ｆを表示しており、この比較の結果、通信タイミングカウンタ１３ｃの値がしきい値１３ｆを越えた時に‘Ｈ’となる通信タイムアウト検出信号１３ｅを下段に示している。タイミングｔ１２において、上位制御装置１からの指令データが正常に受信されたため、通信タイミングカウンタ１３ｃはリセットされている。しかし、これを最後に指令データが途絶えたため、本来指令データを受信すべきタイミングｔ１３にて通信タイミングカウンタ１３ｃはリセットされず、カウントアップを続ける。そして、タイミングｔ１４において、予め設定されたしきい値１３ｆを越えたため通信タイムアウト検出信号１３ｅが‘Ｈ’となる。これにより、モータ駆動装置１０は通信データが途絶えたことを検知し、モータを
停止する処理を実行する。他のモータ駆動装置２０、３０においても同様の処理がなされる。
【００５５】
本実施例によれば、実施例５の構成要素である通信タイミングカウンタ１３ｃをそのまま用いて通信データが途絶えたことを検出するため、非常に簡素に構成することができる。
【００５６】
（実施例７）
サーボモータを駆動する場合、三角波をキャリア信号としたＰＷＭインバータによるモータ駆動装置を用いるのが一般的である。この場合、キャリア信号に同期したタイミングで出力電圧値が更新されることから、サーボ制御の演算はキャリア周期に同期して実行されることが多い。よって、指令データの制御への反映とフィードバックデータのサンプリングもキャリア周期に同期したタイミングで行われる。したがって、指令データの制御への反映とフィードバックデータのサンプリングを通信サイクルに同期させる実施例５に示した構成は、サーボ制御の演算がキャリア周期に同期して実行されるモータ駆動装置の場合には、実現することができない。そこで、通信サイクルとサーボ制御演算の同期をとることを目的とするのが本発明の第７の実施例である。
【００５７】
図１０は本実施例の構成を示すブロック図であり、これはモータ駆動装置１０の内部に配設されている。以下、モータ駆動装置１０についてのみ説明するが、他のモータ駆動装置２０、３０についても同様の構成である。図１０において、キャリア信号生成手段１００はキャリア周期指令１０１に基づいた周期を持つ三角波のＰＷＭキャリア信号１０２を出力するものであり、このＰＷＭキャリア信号１０２と出力電圧値を大小比較した結果がモータを駆動するＰＷＭ信号となる。サーボ起動タイミング信号生成手段１０３はＰＷＭキャリア信号１０２に同期したパルス信号をサーボ起動タイミング信号１０４として生成し、出力するものである。このサーボ起動タイミング信号１０４によって、サーボ制御手段１０５はサーボ制御の演算を周期的に起動する。この演算処理の中で、上位制御装置１からの指令データが制御に反映される。通信タイミング信号生成手段１０６は、通信タイミングカウンタ１３ｃのカウント値に基づいて通信サイクルに同期したパルス信号を通信タイミング信号１０７として出力するものである。遅延時間検出手段１０８は、通信タイミング信号１０７に対するサーボ起動タイミング信号１０４の遅延時間１０９を測定して出力するものである。偏差検出手段１１０は予め設定された基準遅延時間１１１と遅延時間１０９との差を出力するもので、そして、キャリア周期生成手段１１２によって、この遅延時間の差に制御ゲイン１１２ａを乗じて基準キャリア周期１１２ｂを加算したものがキャリア周期指令１０１として出力される構成となっている。ここで、基準キャリア周期１１２ｂには通信サイクルの周期と同じ値が予め設定されている。
【００５８】
以上の構成の動作について、図１１のタイムチャートを用いて説明する。図１１に示した例ではサーボ起動タイミング信号１０４と通信タイミング信号１０７は負論理のパルス信号としており、その立ち下がりエッジによってタイミングを表している。また、理解を容易にするため、サーボ起動タイミング信号生成手段１０３はＰＷＭキャリア信号１０２が０の時にサーボ起動タイミング信号１０４をパルスとして出力する図としている。ＰＷＭキャリア信号１０２と出力電圧値を大小比較した結果がモータを駆動するＰＷＭ信号となるが、この出力電圧値の更新タイミングを任意に行うと、過渡的に意図せぬＰＷＭ信号が生成される場合があるため、出力電圧値の更新タイミングはＰＷＭキャリア信号１０２の値が最小値、もしくは、最大値となったタイミングで行われることが多い。出力電圧値はサーボ制御演算の結果として得られるので、サーボ制御演算を開始するタイミングとフィードバックデータのサンプリングタイミングをＰＷＭキャリア信号１０２に同期させることが一般に実施されている。
【００５９】
まず、タイミングｔ１００においては、サーボ起動タイミング信号１０４と通信タイミング信号１０７の２つのタイミングは一致しており、よって、遅延時間１０９は０となる。ここで、予め設定する基準遅延時間１１１が０に設定されているとして、以下に説明を続ける。この場合、基準遅延時間１１１と遅延時間１０９は一致していて差がなく、基準キャリア周期１１２ｂがそのままキャリア周期指令１０１となって、ＰＷＭキャリア信号１０２はその周期が基準値となるように生成される。１１３はこの時のＰＷＭキャリア信号１０２の振幅レベル、すなわち基準振幅を示すものである。
【００６０】
次に、タイミングｔ１０１においては通信タイミング信号１０７に対してサーボ起動タイミング信号１０４は遅れており、この時の遅延時間１０９をｔｄ１で示している。よって、偏差検出手段１１０の出力は−ｔｄ１となるため、キャリ
ア周期指令１０１は基準キャリア周期１１２ｂよりも小さな値となる。今、ＰＷＭキャリア信号１０２の上昇速度、下降速度が一定の場合の例を示しているので、ＰＷＭキャリア信号１０２は基準振幅１１３に至らずに折り返し、この結果、周期は基準値よりも短くなる。よって、次回のサーボ起動タイミング信号１０４のパルスタイミングｔ１０２は早まるため、この時点での遅延時間１０９の値ｔｄ２はｔｄ１よりも小さくなる。これを繰り返し実行することで、やがてサーボ起動タイミング信号１０４は通信タイミング信号１０７に一致する。図１１ではタイミングｔ１０３で一致する様子を示している。
【００６１】
このように、通信タイミング信号１０７とサーボ起動タイミング信号１０４にタイミング差が生じていても、サーボ起動タイミング信号１０４が通信タイミング信号１０７に追従するようにフィードバック制御されるため、やがて２つのタイミングは一致する。図１１では、通信タイミング信号１０７に対してサーボ起動タイミング信号１０４が遅れた場合を示しているが、進んでいる場合も遅延時間１０９の符号が変化するだけであり、同様の制御がなされる。基準キャリア周期１１２ｂには通信サイクルの周期と同じ値を予め設定するが、この値が多少、異なっていても誤差が無くなるようにキャリア周期指令１０１が操作されるため、問題がない。
【００６２】
一般に、フィードバック制御においては制御ゲインを低い値に抑えた方が安定するが、この制御ゲインが比例要素のみという簡素な構成である場合には、値が小さいと定常偏差が大きくなり、目標に一致しなくなることが課題となる。この点、本実施例では基準遅延時間１１１を定常偏差による誤差時間を見越して設定すればよく、よって、制御ゲイン１１２ａが低い値であっても問題がない。また、基準キャリア周期１１２ｂが通信サイクルの周期と完全に同一の値が設定されている場合には、制御ゲイン１１２ａが低い値であっても定常偏差は生じない。このように、本実施例では制御ゲイン１１２ａの値が低くても問題がない利点がある。
【００６３】
本実施例によれば、通信タイミング信号１０７からサーボ起動タイミング信号１０４までの遅延時間１０９が基準遅延時間１１１となるように、ＰＷＭキャリア信号１０２の周期が調整されるため、この結果として、通信サイクルとサーボ制御演算の同期をとることができる。
【００６４】
図１１を用いて基準遅延時間１１１が０の時の説明を行ったが、この値を変更することで通信タイミング信号１０７に対するサーボ起動タイミング信号１０４の遅延時間を自由に設定することができる。したがって、この値を適切に設定することにより、通信で得られる指令データが制御に反映されるまでの時間を最短にでき、よって、制御性能を向上させることができる。同様に、フィードバックデータのサンプリングタイミングについても、実施例５で説明したタイミングｔ１０に合わせ込むことができる。
【００６５】
また、結果的にＰＷＭキャリア信号１０２は通信サイクルに同期するので、全てのモー
タ駆動装置のＰＷＭ信号は通信サイクルに同期したものとなる。複数のモータ駆動装置のＰＷＭ信号を同期させると、騒音、振動が低減する効果のあることが一般に知られている。本実施例の構成はこのような効果も併せ持つ。
【００６６】
なお、通信タイミング信号１０７のパルスが検出されなかった場合には、基準キャリア周期１１２ｂをキャリア周期指令１０１とする構成、もしくは、キャリア周期指令１０１を更新せず前回値のまま保持する構成であってもよい。このようにすれば、モータ駆動装置１０の電源投入後、上位制御装置１からの通信データの送信が開始されるまでの期間や、電源遮断などで通信データが得られなくなった場合において、ＰＷＭキャリア信号１０２の周期が乱れることに起因した不具合を回避することができる。この構成は、通信サイクルの周期がサーボ制御周期の整数倍となっていて、通常動作状態でも通信タイミング信号１０７のパルスが得られない制御周期がある場合にも有効である。
【００６７】
また、遅延時間差に制御ゲイン１１２ａを乗じた後に、飽和処理を加えること
によって、キャリア周期指令１０１の変化幅に制限を加える構成としてもよい。このようにすれば、過渡的にＰＷＭキャリア信号１０２の周期が大きく変化することに起因した不具合を回避することができる。
【００６８】
さらに、通信タイミング信号１０７は通信サイクルに同期した信号であればよいので、図１０に示した通信タイミングカウンタ１３Ｃとは異なる構成手段で生成されるものであっても構わない。
【００６９】
【発明の効果】
以上に示した実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、通信タイミング信号からサーボ起動タイミング信号までの遅延時間が基準値となるように、ＰＷＭキャリア信号の周期が調整されるため、この結果、通信サイクルとサーボ制御演算の同期をとることができ、モータ駆動装置内部に配した通信経路と通信ケーブルの経路を合わせて、全体としてループ状の通信経路を形成すれば、ハブが不要となる。さらに、デイジィチェーン状に通信ケーブルを配したことにより機器の配置効率と配線効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のモータ制御用シリアル通信装置の実施例１におけるブロック図
【図２】  本発明の概念図
【図３】  本発明の実施例２におけるブロック図
【図４】  本発明の実施例３におけるブロック図
【図５】  本発明の実施例３における細部を示したブロック図
【図６】  本発明の実施例４におけるブロック図
【図７】  本発明の実施例５におけるブロック図
【図８】  本発明の実施例５におけるタイムチャート
【図９】  本発明の実施例６におけるタイムチャート
【図１０】  本発明の実施例７におけるブロック図
【図１１】  本発明の実施例７におけるタイムチャート
【図１２】  従来のモータ制御用シリアル通信装置におけるブロック図
【符号の説明】
１  上位制御装置
２  第１の通信コネクタ
３  第１の通信ＩＣ
８  データ保持用電池
１０、２０、３０  モータ駆動装置
１１、２１、３１  第２の通信コネクタ
１２、２２、３２  第３の通信コネクタ
１３、２３、３３  第２の通信ＩＣ
１３ｃ、２３ｃ、３３ｃ  通信タイミングカウンタ
１４、２４、３４  第１の通信ケーブル
１５、２５、３５  スイッチ
１７、２７、３７  アブソリュートエンコーダ
４０  第２の通信ケーブル
１００  キャリア信号生成手段
１０１  キャリア周期指令
１０２  ＰＷＭキャリア信号
１０３  サーボ起動タイミング信号生成手段
１０４  サーボ起動タイミング信号
１０５  サーボ制御手段
１０６  通信タイミング信号生成手段
１０７  通信タイミング信号
１０８  遅延時間検出時間
１０９  遅延時間
１１０  偏差検出手段
１１１  基準遅延時間
１１２  キャリア周期生成手段
１１２ａ  制御ゲイン
１１２ｂ  基準キャリア周期
【図１】
0003807301.tif 000002
【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】
0003807301.tif 000009
【図９】
0003807301.tif 000010
【図１０】
0003807301.tif 000011
【図１１】
0003807301.tif 000012
【図１２】
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