JPH01185183A - 制御用モータのコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は、所定の手順に従って制御用モータの入力を調
節する制御用モータのコントローラに関する。

（従来の技術） 入力に対して忠実に作動し、制御対象を所定の回転数、
位置、速度、角度に制御する制御用モータが各方面で利
用されている。これら制御用モータの入力を所定手順に
従って調節するものが制御用モータのコントローラであ
り、個々の制御用モータの特性に応じた入力を制御用モ
ータに順次与えることで、制御用モータに一連の制御を
実行させている。例えば、工作機に利用される制御用モ
ータのコントローラは、更に上位のプログラム・コント
ローラからの指令および制御用モータの特性に応じて制
御用モータに与える入力を調節し、ツールを所定手順で
駆動してワークの加工などを実行する。

この様なコントローラの憇定する通りに制御用モータが
駆動されないとき、すなわちコントローラの制御系や制
御手順に何らかの不具合が存在するとき、これを放置す
るならばその不具合が発生した後に実行される一連の制
御に波及してワークの加工などに悪影響を及ぼすことに
なる。そこで、この様な不具合の検出機能をコントロー
ラ自体に備え、不具合を検出すると直ちに制御用モータ
の制御を中止すると共に不具合の発生を報知する制御用
モータのコントローラが提案されている。

この種の制御用モータのコントローラによれば、上記不
具合の発生による被害を最小限度に抑えることができ、
広く利用されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、上記従来の制御用モータのコントローラも未だ
に十分なものではなく、次のような問題点を有している
。

制御用モータのコントローラが不具合を報知して制御用
モータへの入力を中止したとき、保守要員は迅速にその
不具合に対処し、復旧を急がなくてはならない。

しかし、上記コントローラによる不具合の報知では、制
御用モータ自体に不具合が発生したか、制御用モータの
制御対象に何らかの不具合があったか、また制御の手順
に無理があったものか等、不具合の発生要因を特定する
ことができない。このため、保守要員は不具合の原因調
査に多くの時間を必要とし、復旧が遅れることが多かっ
た。

また、制御用モータを効率よく制御するためには、制御
用モータの追随可能な限界付近で作動させることか必要
であるが、一連の制御の中で制御用モータの負荷の変動
などを正確に知る方法がなく、経験に頼るところが大き
いのが現状である。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、制御用モー
タに不具合が発生したときその原因究明を簡単に、迅速
に行うことができ、しかも制御用モータを高効率制°御
するための解析が容易になされる優れた制御用モータの
コントローラを提供することを目的としている。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために本発明の構成した手段は第
１図の基本的構成図に示すごとく、所定の手順Ｓに従っ
て制御用モータＭの入力Ｎを調節して、該制御用モータ
Ｍの出力Ｈを制御する制御用モータのコントローラにお
いて、前記制御用モータＭの出力Ｈを逐次記・憶する制
御状態記憶手段ＭＫを備えることを特徴とする制御用モ
ータのコントローラをその要旨としている。

（作用） 本発明の制御用モータのコントローラも、従来同様に所
定の手順Ｓに従って制ｉＮＪ用モータＭの入力Ｎを調節
して、制御用モータＭの出力Ｈを制御する。これにより
制御用モータＭは、制御対象を所定の回転数、角度、速
度、位置に制御することができる。

また、本発明の制御用モータのコントローラは、制御用
モータＭの出力Ｈを逐次記憶する制御状態記憶手段ＭＫ
を備えている。

制御用モータＭの出力ＨはモータＭの状態と入力Ｎによ
り一意的に定まるものであり、コントローラは制御用モ
ータＭの状態の情報を有し、その入力を調節して制御用
モータＭの出力Ｈを制御している。従って制御用モータ
Ｍの出力Ｈは、本来ならばコントローラの完全な制御下
にあり、その変化を記憶しておく必要はない。

しかし、例えば°制御用モータＭの負荷が予定値から変
化したとき、制御用モータ自体に不具合が発生したとき
、制御用モータの制御対象に何らかの不具合があったと
き、あるいは制御の手順に無理があったときなど、制御
用モータＭの状態が変化するためコントローラから所定
の入力Ｎを与えても制御用モータＭが所期の動作（出力
Ｈ）を実行しなくなる。すなわち、制御系に発生した何
らかの不具合は、制御用モータＭの出力Ｈの変化として
現れるのであり、この制御用モータＭの出力Ｈを記憶す
ることで制御系全体の状態を管理することが可能となる
のである。

なお、上記制御状態記憶手段ＭＫとしては、制御用モー
タＭの出力Ｈがどの様に推移しているか記憶する作用を
なすもので、制御用モータＭの出力Ｈを直接記憶するも
のに限らず間接的に記・憶するものであってもよい。例
えは、制御用モータＭに取り付けられ直接その出力を検
出するトルクセンサ、回転数センサ、位置センサ、ある
いは加速度センサなどの検出結果を記憶する構成に限ら
ず、コントローラがフィードバック制御を実行するタイ
プのものであれば、制御用モータＭの出力Ｈの変化はそ
のフィードバック系にも影響を及ぼすため、フィードバ
ック量または入力量とフィードバツク量の偏差を記憶す
る構成であってもよい。

以下、本発明をより具体的に説明するために実施例を挙
げて説明する。

（実施例） 第２図は、実施例の制御用モータのコントローラのハー
ド構成を説明するための図である。

実施例のコントローラ１０は、構成の簡略化、汎用性を
考慮して第２図に示すようにマイクロコンピュータを中
心としたディジタル回路により構成されている。すなわ
ち、論理演算を実行するＣＰＵ１０ａ、該ＣＰＵ１０ａ
の実行する各種制御プログラムを不揮発的に記憶してい
るＲＯＭＩ　Ｏｂ、情報の一時的記憶を実行してＣＰＵ
１０ａの演算を補助するＲＡＭ１０ｃおよびこれら論理
回路と他の機器との情報の授受を受は持つ人出力ボ−ト
１０ｄを主要部としている。

コントローラ１０のその他の機器としては、人出力ボー
ト１０ｄより入力する制御信号に従ったＰＷＭ信号を出
力するＰＷＭ回路１０ｅ５そのＰＷＭ信号に基づきパワ
ートランジスタにより構成されたパワーアンプ１０ｆを
駆動するブリドライバー１０ｇが設けられている。この
パワーアンプ１０ｆによってＰＷＭ制御された三相交流
が制御用モータ２０の電機子電流として供給されるため
、制御用モータ２０の駆動は人出力ボート１０ｄから出
力される制御信号により、すなわちＣＰＵ　１０ａを中
心とした論理回路により制御されることになる。

また、本実施例の制御用モータのコントローラ１０は、
制御用モータ２０をより高精度に安定して制御するため
、フィードバック制御方式を採用している。帰還される
制御用モータ２０の出力の情報は、制ｆｌｆｌ用モータ
２０の発生するトルクを検出するために電機子電流値を
検出する電流検出コイル２２．２４の検出出力および制
御用モータ２０の回転軸の回転状況を検出するエンコー
ダ２６の検出出力である。

制御用モータ２０の回転軸は、ワークなどが載置される
テーブル３０と螺合するボールネジ３２に連結されてい
る。従って、制御用モータ２０の回転軸が回転するとポ
ールネジ３２が回転し、螺合しているテーブル３０を図
面左右方向に移動させることができる。このとき、回転
軸の回転量がテーブル３０の移動量に、回転軸の回転速
度がテーブル３０の移動速度に対応する。

以上のように構成される実施例の制御用モータのＲＯＭ
１０ｂには、以下に説明する各種の情報が記憶されてい
る。

まず、図示しないその他の工作機器と連動してワークに
所定の加工を施すため、そのワークが載置されるテーブ
ル３０をどの様な速度で、どの様に移動させるべきかを
指示する制御手ＩＩｍ　（以下、制御データＤという）
が記憶されている。

また、記憶されている上記制御データＤに従って制御用
モータ３０を実際に駆動するため、そのデータに示され
た内容に則った制御信号を人出力ボートｌＯｄから順次
出力するための各種ブ［ｌグラムが記憶されている。公
知のように、ＣＰＵｌ０ａを中心とした論理回路は各種
電子部品の集合体のようなものであり、これらに所定の
プログラムを実行させることで、目的とする各種の電子
回路を構成することができる。

本実施例のＲＯＭ１０ｂに記憶されるプログラムのフロ
ーチャートを第３図、第４図および第５図に示している
。これらのプログラムは、コントローラ１０を含むサー
ボシステムの起動がなされたときから繰り返し実行され
るものであり、第３図の２ｍ５ｅｃ割込みルーチンは２
ｍ５ｅｃ毎に、第４図の２００ＬＬＳｅｃ割込みルーチ
ンは２００μｓｅｃ毎に、第５図のＢＯｕＳｅｃルーチ
ンは６０ｕＳｅｃ毎にＣＰＵ１０ａに割込むことで繰り
返し実行される。以下、各別込みルーチンの処理につい
て説明する。

第３図の２ｍ５ｅｃ割込みルーチンの処理が開始される
と、まず現在の制御用モータ３０の駆動状態を検出する
ため、エンコーダ２６の検出結果より回転位置Ｘｎ（添
え字のｎは、経過時間を表している）の検出（ステップ
１００）が実行される。そして、この状態の制御用モー
タ３０を次にどの様に駆動すればよいかを指示している
前記制御データＤｎの読み出しが実行され（ステップ１
１０）、これらのデータＸｎ、Ｄｎに基づき制御用モー
タ３０の回転位置Ｘのフィードバック制御系の演算が次
式により実行される（ステ・ンプ１２０）。

０Ｘ＝ＡＸ　（Ｄｎ−β１◆Ｘｎ） すなわち、今回の制御データＤｎに現在の回転位置Ｘｎ
の情報を負帰還するのであり、回転位置の（偏差を算出
するため、制御データＤｎから回転位置Ｘｎにフィード
バックゲインβ１を乗算した値（β１・Ｘｎ）が減算さ
れ、これに増幅度ＡＸを乗算して変数Ｏｘとしている。

ここで増幅度ＡＸとは、比例定数Ｐ１および積分定数１
１を含むものであり、いわゆるＰＩ副制御実行する。

この様にして算出される変数ＯＸは、第４図に示す２０
０μＳｅｃルーチンにて、次のように利用される。まず
、２００ＬＩＳｅｃ割込みルーチンでは、制御用モータ
３０の駆動状態を検出するためエンコーダ２６の検出結
果より回転位置Ｘｎの検出を行い（ステップ２００）、
その結果を微分演算して回転速度Ｖｎを算出する（ステ
ップ２１０）。そして、上記２ｍ５ｅｃ割込みルーチン
にて算出される最新の変数ＯＸの読み込みを実行しくス
テップ２２０）、これらのデータに基づき次式により回
転速度に対する負帰還の演算が実行される（ステップ２
３０）。

０Ｖ＝ＡＶ　（ＯＸ−β２◆ｖｎ） ここで、β２はフィードバックゲインを表している。ま
た、ＡＶは比例定数Ｐ２および積分定数１２を含む増幅
度であり、前記同様にＰＩ副制御実行する。

更に、−この２００ｕＳｅｃ割込みルーチンにて算出さ
れる変数Ｏｖは第５図の６ＯＬＬｓｅｃ割込みルーチン
により利用され、最終的に目的としているＰＷＭ回路１
０ｅに出力する制御信号ＯＴの決定がなされる。すなわ
ち、初めにアナログ情報である電流検出コイル２２．２
４の検出結果をディジタル情報に変換したトルク′ｒｎ
を算出して（ステップ３００）以下の処理に備える。そ
して、上記２００ＪｉＳｅＣ割込みルーチンにて算出さ
れた最新の変数ＯＶの読み込みが実行され（ステップ３
１０）、変数ＯＶにステップ１２０にて検出したトルク
Ｔｎを負帰還するため、次式による演算が実行され、最
終的な制御信号ＯＴの算出がなされる（ステ・ン３２０
）。

０１’＝ＡＴ（ＯＶ−β３◆Ｔｎ） ここで、β３はフィードバックゲインを衷している。ま
た、ＡＴは比例定数Ｐ３および積分定数Ｉ３を含む増幅
度である。

こうして最終的な制御信号ＯＴが算出されると、この制
御信号ＯＴを人出力ボート１０ｄからＰＷＭ回路１０ｅ
に出力しくステップ３３０）、一連の処理を完了する。

上記３つの割込みルーチンによる処理を要約するならば
、制御データＤｎと現実の制御用モータ３０の回転位置
Ｘｎとの偏差が２ｍ５ｅｃ毎に検出され、速度の偏差が
２００μＳｅｃ毎におよび電流（トルク）の偏差が６０
ＬＬＳｅＣ毎に検出され、これらを最小とするべく制御
用モータ３０の電機子電流がＰＷＭ制御されるのである
。

以上のような各種プログラムによりコントローラ１０と
して構成される疑似的な電子回路を、視覚的に示した図
が第６図である。上記各種プログラムの実行により、Ｃ
ＰＵ１０ａないし人出カポ−）１０ｄにより構成される
論理回路は、図示するように３重のフィードバックルー
プを有するサーボ回路を構成している。

簡単に説明すると、このサーボ系に指令を与える指令部
４０ａが、前述した制御手順を記憶しているＲＯＭ１０
ｂの記・憶頌域に相当する。この指令値を段階的に増幅
する位置アンプ４０ｂ、速度アンプ４０ｃおよび電流ア
ンプ４０ｄの増幅度（伝達関数）は、ＣＰＵ１０ａ内で
実行される論理演算の際の係数に相当し、位置アンプ４
０ｂの増幅度は前述ステップ１２０の係数ＡＸに、速度
アンプ４０ｃの増幅度は前述ステップ２３０の係数ＡＶ
に、電流アンプ４０ｄの増幅度は前述ステップ３２０の
係数ＡＴに相当する。また、このサーボ系の帰還情報は
、前述したごとく電流検出コイル２２．２４およびエン
コーダ２６の検出出力であるが、電流検出コイル２２．
２４の検出出力はアナログ出力であるためＡ／Ｄ変換器
４０ｅによりディジタル情報に変換された後に、所定の
フィードバックゲインβ３を経て電流アンプ４０ｄの入
力に帰還される。またエンコーダ２６の検出出力はディ
ジタル信号であるため、直接フィードバックゲインβ１
を経て位置アンプ４０ｂの入力に帰還され、また微分因
子Ｓおよびフィードバックゲインβ２を経て速度アンプ
４０ｃの入力に帰還される。

以上が論理回路により構成しているサーボ系の説明であ
が、更に本実施例の制御用モータのコンＩ・ローラ１０
には、上記構成に加えて次のような制御状態記憶部４Ｏ
ｆが疑似的に構成されている。

制御状態記・憶部４Ｏｆとは、第６図に示す疑似的なサ
ーボ系において各構成機器がどの様に作動したかを記録
するものであり、順次出力される制御データＤｎ、エン
コーダ２６の検出出力である制御用モータ２０の現在の
回転位置Ｘｎ、その回転位置Ｘｎを微分した値である回
転速度Ｖｎ、電流検出コイル２２．２４の検出出力をＡ
／Ｄ変換した傾である電流（トルク）１直Ｔｎ、最終的
にＰＷＭ回路１０ｅに出力する制御信号ＯＴｎの５つの
データを、それぞれ所定時間毎に検出し、記憶するので
ある。

この様な機能の制御状態記憶部４ＯｆをＣＰＵ１０ａを
中心とした論理回路により実現するため、ＲＯＭ１０ｂ
には上記各種プログラムに加えて第７図にそのフローチ
ャートを示す定期割込みルーチンのプログラムが記憶さ
れている。

この定期割込みルーチンは、上記各種プログラムの実行
による制御用モータ２０の制御開始に同曲して処理を開
始され、その後、予め設定された所定経過時間毎にＣＰ
Ｕ１０ａにより繰り返し処理されるものである。すなわ
ち、制御用モータ２０の制御が開始されると直ちに現在
の経過時間に対応した制御データＤｎの読み込み、記憶
を行い（ステップ４００）、続いて電流検出コイル２２
．２４およびエンコーダ２６の検出結果を入力して、現
在の制御用モータ２０の駆動状態、すなわち回転位置Ｘ
ｎ、回転速度Ｖｎ、電流（トルク）値Ｔｎを算出し、記
憶する（ステップ４１０）。また、コントローラ１０の
作動状況を検出するため、上記処理の後には最終的にＰ
ＷＭ回路１０ｅに出力される制御信号ＯＴｎを読み出し
、記憶して（ステップ４２０）、本ルーチンの１回の処
理を終了する。すなわち、定期割込みルーチンを実行す
る度に、コントローラ１０により構成されるサーボ系か
ら制御用モータ２０に出力される制御信号ＯＴｎおよび
制御用モータ２０の駆動状況が刻々と記憶され、記録さ
れることになる。

以上のように構成される本実施例の制御用モータのコン
トローラ１０によれば、次のような効果が明らかである
。。

例えば、制御用モータ２０の回転により図面左右方向に
移動するテーブル３０が、異物に当接するなどしてその
移動を阻止されたときなど、制御用モータ２０の回転ム
ラが発生し、これを抑制すべく制御信号ＯＴｎが大きく
なり、制御用モータ２０の入力も大きくなる。従来のコ
ントローラはこの様な場合、単に制御用モータ２０の電
機子巻線を保護し、サーボシステムの異常を報知するた
めに異常報知を実行するのみである。

しかし、本実施例の制御用モータのコントローラ１０に
よれば、異常発生による制御信号ＯＴｎ、回転位置Ｘｎ
などの変化の過程が総てＲＡＭｌ０Ｃの所定領域に記憶
されているため、これらのデータを解析することで異常
の発生状態、発生場所などが判明し、異常の発生原因を
簡単に究明することができる。従って、その異常の原因
を迅速に取り去り、復旧を早期に完了することがきる。

また、制御用モータ２０の駆動状態は、その電機子電流
によって決定されるものであり、電流検出コイル２２．
２４を用いてこの電機子電流を検出しているため、極め
て高い応答性で制御用モータ２０の駆動状態を検出し、
かつ高精度に異常の解析を行うことができる。

更に、制御用モータ２０に異常が発生していない場合に
あっても、制御用モータ２０の駆動状態が逐次記憶され
ているため、この情報に基づき、一連の制御用モータ２
０の駆動において余力の大きな工程をより高速化するな
ど、高効率使用のために制御データＤを変更する際の重
要な情報を得ることができる。

なお上記実施例では、電機子電流を含め各種のデータを
逐次記憶して異常解析の際の利用に供しているが、何ら
この様な構成に限定されるものではなく、ＲＡＭ１０ｃ
の記憶容量およびＣＰＵｌ０ａの演算能力などを考慮し
て、記憶する情報をより限定してもよい。

また、実施例では第２図に示す用にＣＰＵｌ０ａを中心
とした論理回路および第３図ないし第５図の各種プログ
ラムにより、第６図に示す疑似的なフィードバック制御
系を構成している。しかし、この様に論理回路によりコ
ントローラ１０を構成する実施例に何ら限定されず、直
接第６図に示すような電気回路をハード的に構成するな
ど、本発明の要旨を逸脱しない種々なる態様により具現
化してもよい。

発明の効果 以上実施例を挙げて詳述したように本発明の制御用モー
タのコントローラは、制御用モータの出力の推移を逐次
記憶する制御状態記憶手段を備え、制御用モータを含め
た制御系の駆動状況を記録する機能を有する。

従って、制御用モータなどに何らかの不具合が発生した
とき、その駆動状況を解析することで異常の原因を簡単
に究明することができる。このため、異常への対応を速
やかに行うことができ、復旧を迅速に行うことができる
優れた制御用モータのコントローラとなる。また、単に
異常解析にとどまらず、制御用モータの駆動状況を分析
することで、より高効率に制御用モータを制御するため
の貴重な情報を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御用モータのコントローラの基本的
構成を示す基本構成図、第２図は実施例の制御用モータ
のコントローラの概略構成図、第３図、第４図および第
５図は同実施例のコントローラにて処理されるプログラ
ムのフローチャート、第６図はそのプログラムの実行に
より作動するコントローラの疑似的な電気回路のブロッ
ク図、第７図は同実施例のコントローラにて処理される
定期割込みルーチンのフローチャート、を示している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　所定の手順に従って制御用モータの入力を調節して
   、該制御用モータの出力を制御する制御用モータのコン
   トローラにおいて、 前記制御用モータの出力を逐次記憶する制御状態記憶手
   段を備えることを特徴とする制御用モータのコントロー
   ラ。