JPH04349501A - 複数軸制御が可能なサーボアンプ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のサーボモータを
単一のデジタルシグナルプロセッサによって制御する複
数軸制御が可能なサーボアンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業界においては、溶接ロボット
および組立ロボット等の産業用ロボットが広く用いられ
ているが、これらの産業用ロボットではマニュプレータ
の軸の制御等に、位置決め精度が高く、且つ可変速範囲
が広いサーボモータを使用するサーボモータ駆動システ
ムが多く採用されている。

【０００３】このサーボモータ駆動システムは、特開昭
６３−１６５９７０号に開示されているように、サーボ
モータを付勢するインバータ回路とＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔ
ａｌ　ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）とを備えるサ
ーボアンプと、サーボモータの駆動条件および駆動シー
ケンス等を入力する入力装置としてのティーチング装置
とが、１軸分のサーボモータに対して、それぞれ配設さ
れて使用されている。

【０００４】また、単一のＤＳＰによって３軸分の電流
を制御する技術思想は、１９９０年３月１日に開催され
た１９９０年の小型モータ技術シンポジウムにおいて発
表された「ＤＳＰによるインテリジェントサーボの実現
」の論文によって公知となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記「
ＤＳＰによるインテリジェントサーボの実現」の論文で
は、単一のＤＳＰによって３軸分の電流の制御をする技
術思想が開示されているが、この単一のＤＳＰによって
３軸分の電流ループの制御および３軸分の速度ループの
制御を行う方法については開示されていない。

【０００６】また、特開昭６３−１６５９７０号に開示
されている技術思想では、１軸分のサーボモータを制御
するために、ＤＳＰを含むサーボアンプをサーボモータ
毎に配設しているために、ＤＳＰの有する演算処理能力
を充分に活用しているとはいえない。このため、前記サ
ーボモータ駆動システムは、サーボアンプの製作費が高
価格になるという問題があった。

【０００７】本発明はこのような従来の問題を解決する
ためになされたものであって、ＤＳＰの演算処理能力を
最大に活用するべく、単一のＤＳＰによって、複数軸の
サーボモータの電流ループの制御と、速度ループの制御
と、自己診断とを行うことにより、余剰なＤＳＰを削減
し、小型であって低価格、且つ高信頼性を有する複数軸
制御が可能なサーボアンプの提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、サーボモータの回転を検出する回転検
出手段と、自己診断のプログラムを記憶する記憶手段と
、複数の電流検出回路から出力される電流値情報から、
所望の電流値情報を選択する電流値情報選択手段と、前
記電流値情報選択手段から出力されるＵ相およびＶ相の
電流値情報をデジタル値に変換する２つのアナログ／デ
ジタル変換回路と、前記アナログ／デジタル変換回路が
出力する電流値情報に基づくサーボモータの電流制御と
、前記回転検出手段から出力される回転情報によるサー
ボモータの速度制御と、前記記憶手段に記憶された自己
診断プログラムの実行とを、複数軸について行う単一の
デジタルシグナルプロセッサと、を備えることを特徴と
する。

【０００９】さらに、前記デジタルシグナルプロセッサ
は、１／ｎサンプリング時間に１軸分の電流ループ制御
、速度ループ制御および自己診断を行うことを特徴とす
る複数軸制御が可能なサーボアンプを備えることを特徴
とする。

【００１０】

【作用】本発明に係る複数軸制御が可能なサーボアンプ
では、デジタルシグナルプロセッサは１／ｎサンプリン
グ時間にアナログ／デジタル変換回路から出力されるＵ
相およびＶ相の電流値情報に基づいてサーボモータの電
流ループ制御を行うとともに、回転検出手段から出力さ
れるサーボモータの回転情報によって速度ループ制御を
行い、且つ、記憶手段に予め記憶された自己診断プログ
ラムに従ってサーボモータの状態の診断を行う。

【００１１】従って、単一のＤＳＰによって、複数のサ
ーボモータの電流ループ制御と速度ループ制御および自
己診断を行うことが可能となる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明に係る複数軸制御が可能なサー
ボアンプについて、好適な実施例を挙げ、添付の図面を
参照しながら以下詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明に係る複数軸制御が可能なサ
ーボアンプの構成を示すブロック図であり、図２はサー
ボモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。

【００１４】そこで、図２において、参照符号１０はサ
ーボモータ駆動システムを示し、サーボモータ駆動シス
テム１０はサーボモータ１１、１２、１３の容量等を選
択するためのティーチング装置１４と、該ティーチング
装置１４から出力されるサーボモータ１１乃至１３の容
量を示す情報に従って、この容量に対応する駆動条件情
報を出力する位置決めコントローラ１６と、前記位置決
めコントローラ１６から出力される制御条件および駆動
シーケンス等に基づいてサーボモータ１１乃至１３を制
御するサーボコントローラ１８と、三相交流電源２０か
ら供給される交流を直流に変換するコンバータ回路２２
とを備え、サーボモータ１１乃至１３はサーボモータの
回転量を検出するアブソリュートタイプのエンコーダ２
３、２４、２５を有し、位置決めコントローラ１６はサ
ーボモータ１１乃至１３の電流リミッタ情報等の制御条
件および駆動シーケンスを示すプログラム等を記憶する
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）２６を備
える。位置決めコントローラ１６とサーボコントローラ
１８とはバス２７によって接続されている。

【００１５】図１はサーボコントローラ１８の構成を示
すブロック図である。

【００１６】サーボコントローラ１８は双方向性の機能
を有するＤＰＲＡＭ（Ｄｕａｌ　Ｐｏｒｔ　Ｒａｎｄｏ
ｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）２８と、サーボモー
タ１１乃至１３の制御プログラムを格納するＲＯＭ３０
と、ワンチップのマイクロコンピュータであるＤＳＰ３
２と、パルス幅変調回路であるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗ
ｉｄｈｔ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変換回路３４、３５
、３６と、コンバータ回路２２から出力される直流を高
周波交流に変換するインバータ回路３８、３９、４０と
を備える。

【００１７】この場合、前記インバータ回路３８乃至４
０は最大７５０Ｗのサーボモータ１１乃至１３を駆動す
ることが可能な容量を有する。

【００１８】さらに、サーボコントローラ１８は前記イ
ンバータ回路３８乃至４０の出力側に配設されて、サー
ボモータ１１乃至１３のＵ相およびＶ相に流れる電流を
検出する電流検出回路４２、４３、４４、４５、４６、
４７と、該電流検出回路４２乃至４７が検出した電流値
を選択するマルチプレクサ４８と、このマルチプレクサ
４８から出力されるＵ相のアナログ電流値をデジタル値
に変換するアナログ／デジタル（以下、Ａ／Ｄという）
変換回路５０およびＶ相の電流値をデジタル値に変換す
るＡ／Ｄ変換回路５２と、サーボモータ１１乃至１３に
配設されるエンコーダ２３乃至２５から出力されるサー
ボモータ１１乃至１３の回転量を示すパルス列を位置情
報に変換する位置データ変換回路５４、５５、５６とを
備える。

【００１９】ＤＳＰ３２にはバス５８を介してＤＰＲＡ
Ｍ２８と、ＲＯＭ３０と、ＰＷＭ変換回路３４乃至３６
と、Ａ／Ｄ変換回路５０および５２と、位置データ変換
回路５４乃至５６とが接続される。ＰＷＭ変換回路３４
乃至３６はインバータ回路３８乃至４０とそれぞれ接続
され、マルチプレクサ４８の入力端子は電流検出回路４
２乃至４７と接続され、出力端子はＡ／Ｄ変換回路５０
、５２と接続される。

【００２０】インバータ回路３８乃至４０は夫々サーボ
モータ１１乃至１３と接続され、位置データ変換回路５
４乃至５６の入力端子はサーボモータ１１乃至１３に取
着されるアブソリュートタイプのエンコーダ２３乃至２
５とそれぞれ接続される。

【００２１】図３はＤＳＰ３２の機能を示すブロック図
である。

【００２２】ＤＳＰ３２はサーボモータ１１乃至１３の
速度制御を行う速度ループ制御回路６０と、電流制御を
行う電流ループ制御回路６２と、ベクトル変換器である
ｄ−ｑ軸／三相変換回路６４と、ベクトル発振器である
三相／ｄ−ｑ軸変換回路６６と、極座標系に変換された
ロータの回転数からｑ軸の電流を演算するｑ軸電流演算
回路６８と、エンコーダ２３乃至２５の出力から位相を
演算する位相演算回路７０と、該演算結果からサーボモ
ータの速度を演算する速度演算回路７２とを備える。

【００２３】さらに、ＤＳＰ３２はＤＰＲＡＭ２８から
出力される速度情報に対して、前記速度演算回路７２か
ら出力される速度補正値の加減算を行う加減算回路７４
と、ＤＰＲＡＭ２８を介して入力する電流値情報に、前
記ｑ軸電流演算回路６８から出力される補正電流値を加
減算する加減算回路７６とを備える。

【００２４】この場合、マルチプレクサ４８は電流値情
報選択手段を構成し、ＤＳＰ３２はデジタルシグナルプ
ロセッサを構成する。

【００２５】次に、上記のように構成されるサーボモー
タ駆動システム１０において、サーボコントローラ１８
がサーボモータ１１乃至１３を制御する作用効果につい
て、図１乃至図５を参照しながら説明する。

【００２６】サーボモータ１１乃至１３の容量、例えば
、７５Ｗ、３００Ｗおよび７００Ｗを示す情報がオペレ
ータによってティーチング装置１４から入力されると、
この容量を示す情報は位置決めコントローラ１６に読み
取られる。

【００２７】次いで、スタートスイッチが操作されると
、位置決めコントローラ１６は７５Ｗ、３００Ｗおよび
７００Ｗのサーボモータ１１乃至１３を駆動するシーケ
ンスを示すプログラム、および夫々のサーボモータ１１
乃至１３固有の駆動条件を示す情報と制御条件を示す情
報とをＲＯＭ２６から読み取り、バス２７に出力する。 このバス２７に出力された情報群はＤＰＲＡＭ２８を介
してサーボコントローラ１８のＤＳＰ３２によって読み
取られる。

【００２８】前記情報群を読み取ったＤＳＰ３２は動作
シーケンスおよび駆動条件に従ってサーボモータ１１乃
至１３を駆動する。この場合、サーボモータ１１乃至１
３の固有の駆動条件とは、サーボモータ１１乃至１３の
機械的時定数、電気的時定数、トルク定数およびイナー
シャ等であり、制御条件とは、７５Ｗのサーボモータ１
１の場合を例示すれば、最高回転速度が３０００ｒｐｍ
、定常電流が０．７アンペア、および瞬時最大電流が２
．３１アンペア等である。

【００２９】一方、前記動作シーケンスおよび駆動条件
情報とともに制御条件情報を読み取ったＤＳＰ３２は、
これらの情報に基づいて、７５Ｗ、３００Ｗおよび７０
０Ｗのサーボモータ１１乃至１３の初期設定を行う。

【００３０】これを詳述すれば、位置決めコントローラ
１６のＲＯＭ２６からＤＰＲＡＭ２８を経由してＤＳＰ
３２に読み取られた前記サーボモータ１１乃至１３の制
御条件情報は、サーボコントローラ１８に配設されるＲ
ＯＭ３０に予め格納された電流ループ制御のためのプロ
グラムの変数となり、電流制御のための増幅率の情報に
変換され、あるいは、電流限界値に変換されて、電流ル
ープ制御回路６２に出力される。

【００３１】さらに、ＤＳＰ３２は上記説明した電流ル
ープ制御の場合と同様に、ＲＯＭ２６から変数として読
み取った速度ループ制御のための情報を、ＲＯＭ３０に
格納された速度制御のためのプログラムに取り込んで、
例えば、７５Ｗのサーボモータの速度ループ制御のプロ
グラムを作成し、速度ループ制御回路６０に出力する。

【００３２】以上説明したように、使用するサーボモー
タ１１乃至１３の容量が７５Ｗ、３００Ｗおよび７００
Ｗであるという情報を、オペレータがティーチング装置
１４によって入力することにより、サーボコントローラ
１８には夫々の容量のサーボモータ１１乃至１３を駆動
するために必要な条件がソフトウエアによって設定され
る。この初期設定が終了したサーボコントローラ１８は
速度ループ制御および電流ループ制御を開始する。

【００３３】図４はＤＳＰ３２が速度ループ制御と、電
流ループ制御と、自己診断とを行う動作を示すフローチ
ャートであり、この場合のタイミングチャートを図５に
示す。

【００３４】サーボコントローラ１８は第１軸である７
５Ｗのサーボモータ１１の電流ループ制御（ステップＳ
１）（図５、■参照）、第２軸である３００Ｗのサーボ
モータ１２の電流ループ制御（ステップＳ２）（図５、
■参照）、第３軸である７００Ｗのサーボモータ１３の
電流ループ制御を行う（ステップＳ３）（図５、■参照
）。次いで、第１軸の速度ループ制御を行う場合は（ス
テップＳ４）、第１軸の速度ループ制御を行い（ステッ
プＳ５）（図５、■参照）、この後に自己診断のための
プログラムを処理し（ステップＳ６）（図５、■参照）
、第１回目の１／３サンプリングタイムが終了する。

【００３５】そして、再度ステップＳ１からステップＳ
３において第１軸から第３軸の電流ループ制御の処理を
行った後、予め設定されたシーケンスに従って、第２軸
の速度ループ制御を選択し（ステップＳ７）、３００Ｗ
の容量を有するサーボモータである第２軸の速度ループ
制御を行った後（ステップＳ８）（図５、■参照）、ス
テップＳ６による自己診断のためのプログラムを処理し
（図５、■参照）、第２回目の１／３サンプリングタイ
ムが終了する。

【００３６】次いで、再びステップＳ１からステップＳ
３によって第１軸乃至第３軸の電流ループ制御を行った
後に、第３軸の速度ループ制御を行い（ステップＳ９）
（図５、■参照）、ステップＳ６の自己診断を処理する
ことで（図５、■参照）、第３回目の１／３サンプリン
グタイムが終了して、１サイクルの制御シーケンスが終
了する。

【００３７】以上説明したように、第１軸乃至第３軸の
電流ループ制御を行った後に、１軸分の速度ループ制御
および自己診断の処理を行うシーケンスを繰り返すこと
により、３軸分の電流ループ制御と、３軸分の速度ルー
プ制御および自己診断の処理を行うことができる。

【００３８】前記速度ループ制御について、第１軸の７
５Ｗのサーボモータ１１を例示して説明すると、速度ル
ープ制御回路６０はＲＯＭ２６からＤＰＲＡＭ２８を経
由して、速度指令の情報、例えば、３０００ｒｐｍを読
み取り、エンコーダ２３から第１軸の位置データ変換回
路５４を介して読み取ったサーボモータ１１の速度情報
から速度演算回路７２によって速度偏差値を演算し、こ
の速度偏差値を加減算回路７４に出力し、該加減算回路
７４によって速度指令の情報３０００ｒｐｍの補正を行
う。

【００３９】一方、エンコーダ２３から位置データ変換
回路５４を介してサーボモータ１１の回転量を読み取っ
たＤＳＰ３２は、位相演算回路７０によって回転量の補
正値を演算して、この補正量をｄ−ｑ軸／三相変換回路
６４によって補正する。

【００４０】以上のようなルーチンによって第１軸の速
度ループ制御が終了すると、同様のルーチンで第２軸お
よび第３軸の速度ループ制御が行われ、次いで、電流ル
ープ制御が実行される。

【００４１】すなわち、ＤＳＰ３２はマルチプレクサ４
８に選択された電流検出回路４２および４３の出力電流
値を、Ｕ相のＡ／Ｄ変換回路５０およびＶ相のＡ／Ｄ変
換回路５２によってデジタル値に変換した後、三相／ｄ
−ｑ軸変換回路６６でベクトル変換されて、さらにｑ軸
電流演算回路６８によって電流の補正値が演算される。 この電流の補正値は加減算回路７６でＤＰＲＡＭ２８を
介してＲＯＭ２６から読み取られた定常電流の値を示す
情報、例えば、０．７アンペアの補正を行う。

【００４２】以上のルーチンによって、サーボコントロ
ーラ１８はサーボモータ１１の回転速度、回転量および
トルクをクローズドループによって補正し、サーボモー
タ１１の回転速度、回転量、トルクおよび第２軸、第３
軸の電流ループに基づくトルクの精密な制御を行うこと
が可能となる。

【００４３】次いで、ＤＳＰ３２はＲＯＭ３０に予め格
納された自己診断のためのプログラム、例えば、過負荷
、過速度および過電流等の診断を行う。

【００４４】このようにして、３軸の電流ループ制御と
、１軸の速度ループ制御および自己診断プログラムの処
理を１ルーチンとして、１／３サンプリング時間に処理
し、このルーチンを３回繰り返すことで３軸の電流ルー
プ制御と、３軸の速度ルーチン制御および自己診断プロ
グラムの実行を単一のＤＳＰ３２を備える単一のサーボ
コントローラ１８で実現することができる。

【００４５】以上説明したように、本実施例においては
、１／３サンプリング時間に３軸の電流ループ制御と１
軸の速度ループ制御および自己診断プログラムの実行を
行ったが、制御のためのアルゴリズムの改良および高速
処理が可能なＤＳＰ３２を用いることで、さらに多数の
軸数の制御が可能となる。

【００４６】また、容量が夫々異なる複数のサーボモー
タが用いられる産業用ロボットであっても、夫々のサー
ボモータの容量に一致した複数のサーボコントローラ１
８を配設する必要はなく、ＤＳＰ３２を備えた単一のサ
ーボコントローラ１８によって制御が可能となる。

【００４７】さらに、単一のＤＳＰ３２によって複数の
サーボモータを制御することができるために、従来技術
に比べてＤＳＰ３２を削減することが可能となり、装置
の小型化が達成され、工場スペースを有効に活用するこ
とができる。

【００４８】しかも、自己診断プログラムをルーチン毎
に実行することにより、高い信頼性を得ることができる
。

【００４９】

【発明の効果】本発明に係る複数軸制御が可能なサーボ
アンプでは、１軸分のサーボモータの制御および自己診
断を１／ｎサンプリング時間内に行うことにより、単一
のＤＳＰによって複数のサーボモータの制御を行うこと
が可能となる。

【００５０】従って、従来技術に比較してＤＳＰの数を
削減することができるとともに、速度増幅器および電流
増幅器を備える必要がなくなり、サーボコントローラと
しての製造コストが低減される。

【００５１】さらに、自己診断機能を備えるために高信
頼性を有するサーボコントローラを実現することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る複数軸制御が可能なサーボモータ
駆動システムにおけるサーボコントローラの構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明に係る複数軸制御が可能なサーボモータ
駆動システムの一実施例の全体構成を示すブロック図で
ある。

【図３】図１に示すサーボコントローラにおけるＤＳＰ
の機能を示すブロック図である。

【図４】図１に示すサーボコントローラにおいて、サー
ボモータを駆動する場合の制御動作を示すフローチャー
トである。

【図５】図１に示すサーボコントローラにおいて、サー
ボモータを駆動する場合の制御動作を示すタイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

１０…サーボモータ駆動システム １１〜１３…サーボモータ １４…ティーチング装置 １６…位置決めコントローラ １８…サーボコントローラ ２３〜２５…エンコーダ ２６、３０…ＲＯＭ ２８…ＤＰＲＡＭ ３２…ＤＳＰ ３４〜３６…ＰＷＭ変換回路 ３８〜４０…インバータ回路 ４２〜４７…電流検出回路 ４８…マルチプレクサ ５０、５２…Ａ／Ｄ変換回路 ５４〜５６…位置データ変換回路 ６０…速度ループ制御回路 ６２…電流ループ制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボモータの回転を検出する回転検出手
   段と、自己診断プログラムおよび制御プログラムを記憶
   する記憶手段と、複数の電流検出回路から出力される電
   流値情報から、所望の電流値情報を選択する電流値情報
   選択手段と、前記電流値情報選択手段から出力されるＵ
   相およびＶ相の電流値情報をデジタル値に変換する２つ
   のアナログ／デジタル変換回路と、前記アナログ／デジ
   タル変換回路が出力する電流値情報に基づくサーボモー
   タの電流制御と、前記回転検出手段から出力される回転
   情報によるサーボモータの速度制御と、前記記憶手段に
   記憶された自己診断プログラムの実行とを、複数軸につ
   いて行う単一のデジタルシグナルプロセッサと、を備え
   ることを特徴とする複数軸制御が可能なサーボアンプ。
2. 【請求項２】請求項１記載の複数軸制御が可能なサーボ
   アンプにおいて、デジタルシグナルプロセッサは、１／
   ｎサンプリング時間に１軸分の電流ループ制御、速度ル
   ープ制御および自己診断を行うことを特徴とする複数軸
   制御が可能なサーボアンプ。