JPH103311A

JPH103311A - 通信サーボ制御装置

Info

Publication number: JPH103311A
Application number: JP15559696A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Aono; 野竜二青
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1996-06-17
Filing date: 1996-06-17
Publication date: 1998-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ＭＰＵの能力を最大限発揮させることによ
り、一定時間内により多くの処理を実行させて、スルー
プットを向上させる。【解決手段】ＮＣ１からは、各軸に対して位置指令が
出力され、サーボコントローラ３-Wに分配される。サー
ボコントローラ３-Wでは、各軸に該当する位置指令を識
別及び受信して、所定の演算ループを実行して、次のサ
ーボコントローラ３-Xにネットワーク２を介して伝送す
る。該当する演算結果を受信したサーボコントローラ３
-Xは、割り当てられている演算ループを実行し、さら
に、次のサーボコントローラ３-Yに演算結果を伝送す
る。以下順にパイプライン処理して、最後の演算を実行
したサーボコントローラ３-Zは、各軸についての電流指
令を演算する。電流指令は、ネットワーク２を介して、
各軸対応の所定のサーボコントローラ３に伝送される。
サーボアンプ４は、これをドライブ指令として供給し、
各サーボモータ５-W，５-X，５-Y，５-Zが駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣ工作機械の通
信サーボ制御装置に係るもので、特に、複数のサーボコ
ントローラを含み、各サーボコントローラ間でデータの
通信制御を行うことにより、高速かつ高効率に処理を行
うサーボ制御システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、多軸のＮＣ工作機械のサーボコ
ントローラにおいては、制御周期毎に、また軸毎に同様
の計算を行い、サーボモータの制御を行っている。この
ＮＣ工作機械で使用しているデジタルサーボ系の計算
は、比較的単純なループ計算の繰り返しである場合が多
い。現状のサーボコントローラを含む制御システムで
は、各軸のサーボコントローラが位置・速度・トルク等
の制御ループを、軸毎に個別に計算している。また、こ
のような計算には、通常、マイクロプロセッサ（ＭＰ
Ｕ）が使用されており、軸毎に１つずつ備えられてい
る。

【０００３】図９に、従来の通信サーボ制御装置のシス
テム構成図を示す。

【０００４】数値制御装置（ＮＣ）９１は、マイクロプ
ロセッサ等で構成され、全体の制御を行う。ＮＣ９１
は、通信線９２を介して、複数のサーボコントローラ９
３-W，９３-X，９３-Y，９３-Zに接続されている（以
下、「-W」，「-X」，「-Y」，「-Z」は、Ｗ、Ｘ、Ｙ、
Ｚの各軸に対応する添字である。）。各サーボコントロ
ーラ９３-W，９３-X，９３-Y，９３-Zは、例えば、デジ
タルサーボコントローラで構成され、それぞれ主軸等の
軸、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対応して設けられており、
各軸の位置・速度・トルク等の各値を演算する。各サー
ボコントローラ９３-W，９３-X，９３-Y，９３-Zは、そ
れぞれ、各サーボアンプ９４-W，９４-X，９４-Y，９４
-Zに接続され、所定の電流に増幅される。サーボアンプ
９４-W，９４-X，９４-Y，９４-Zは、それぞれ、サーボ
モータ９５-W，９５-X，９５-Y，９５-Zに接続される。
各サーボモータ９５は、所定の位置・速度・トルク等に
制御され軸移動・加工等を行う。

【０００５】つぎに、このような従来の通信サーボ制御
装置の動作を説明する。ＮＣ９１からは、各軸に対して
位置指令が出力される。位置指令は、通信線９２によ
り、各サーボコントローラ９３-W，９３-X，９３-Y，９
３-Zに分配される。各サーボコントローラ９３では、そ
れぞれ該当する位置指令を選択し、該当する軸について
の電流指令を演算する。サーボアンプ９４は、この電流
指令を増幅し、ドライブ電流とする。各サーボモータ９
５-W，９５-X，９５-Y，９５-Zは、各ドライブ電流によ
り、位置調整、切削等の所定の工作動作を行う。

【０００６】図１０に、従来の通信サーボ制御装置の具
体的な動作説明図を示す。例えば、サーボコントローラ
９３-Xの演算がＡＸ，ＢＸ，ＣＸ，ＤＸという４つの演
算ループで構成されているとする。同様に、他のデジタ
ルサーボ９３-Y，９３-Z，９３-Wの演算も、それぞれＡ
Ｙ〜ＤＹ，ＡＺ〜ＤＺ，ＡＷ〜ＤＷという４つのループ
で構成されるものにする。そして、これらの４つの演算
ループは、各々のサーボコントローラ９３-X〜９３-Z，
９３-W内の各マイクロプロセッサのキャッシュメモリに
全て収まるが、２つは同時に収まらないものとする。ま
た、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各演算ループを単純に実行する
と、それぞれ６単位時間かかるものとする。但し、各演
算ループ間の演算結果を通信する時間は、わずかなもの
と想定されるので、通信時間は無視した。

【０００７】図１０のように、各サーボコントローラ９
３では、位置指令が入力されてから、演算ループＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄの順序で演算を実行し、電流指令を出力す
る。したがって、以上のような場合には、６単位時間ｘ
４演算ループ＝２４単位時間を要することになる。

【０００８】ところで、近年のマイクロプロセッサ（Ｍ
ＰＵ）は性能の向上が著しく、キャッシュメモリを備え
たものがある。キャッシュメモリとは、ＭＰＵが高速ア
クセス可能な一時記憶用の高速メモリである。ここで、
高速メモリとは、プログラム処理の同期をとるために、
ＭＰＵによりウェイトをかけることなくＭＰＵがアクセ
ス可能なメモリである。例えば、高速メモリを用いた場
合は、ＭＰＵが１つの命令を処理するのに、１クロック
で処理可能である。一方、低速メモリとは、ＭＰＵにウ
ェイトをかけないとアクセスができないメモリである。
普通の低速メモリを用いると１命令に対して２クロック
以上かかり、２ウェイト以上のウェイトがかかることに
なる。すなわち、同じ命令をＭＰＵに実行させる場合、
高速メモリでは１クロックかかるところ、低速メモリで
は２クロック以上かかる。そのため、低速メモリを用い
た場合の処理時間は、高速メモリを用いた場合の２倍以
上かかることになる。

【０００９】通常、高速メモリは高価なため、ＭＰＵの
システム全体を高速メモリにすることは難しい。そこ
で、通常は、小容量の高速メモリをキャッシュメモリと
してＭＰＵあるいはその周辺に設け、プログラム・デー
タの一部についてのみ、このキャッシュメモリに記憶す
ることにより、アクセス速度を向上させるようにしてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＭＰＵの演算速度につ
いては、キャッシュメモリを多くヒットさせることによ
り、かなりの高速化が見込める。しかし、通常は、キャ
ッシュメモリの容量には制限があるため、プログラムが
大きくなればなるほど、また、処理の分岐等が多くなれ
ばなるほどキャッシュメモリのヒット率は下がることに
なる。

【００１１】前述のように、従来の通信サーボ制御装置
においては、サーボコントローラの制御プログラムは、
複数の演算処理から構成されており、キャッシュメモリ
にプログラムの全てを記憶することは現実的ではない。
このため、プログラム処理が実行されていくにつれ、キ
ャッシュメモリのヒットミスが発生する。そして結果的
に、この際の処理時間が、本来のＭＰＵの能力に比較し
て、長時間かかることになる。

【００１２】このように、従来の通信サーボシステムで
は、キャッシュメモリを備えていても、制御プログラム
がある程度膨大になってくると、キャッシュメモリのヒ
ットミスが発生し、ＭＰＵの能力の全てを効率的に活用
することができない。

【００１３】そこで、本発明は、ＭＰＵの能力を最大限
発揮させることにより、従来のシステムと比較して、一
定時間内により多くの処理を実行させて、スループット
を向上させることを目的とする。また、従来のシステム
に比べて低コストで、複数の同一処理を実行させること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、各軸のサー
ボコントローラの備えるＭＰＵのプログラムを、キャッ
シュメモリに収まる程度の演算ループに細分化し、それ
ぞれの演算ループを各サーボコントローラで専門的に演
算させる。さらに、ひとつのサーボコントローラによる
演算結果を、他のサーボコントローラに次々と通信し
て、パイプライン処理を実行できるように構成すること
により、最高速の演算性能を定常的に実現するようにし
た。

【００１５】本発明の通信サーボ制御装置によると、各
軸についての位置指令を発生する主コントローラと、各
軸についての駆動部が接続された複数の従コントローラ
と、前記主コントローラ及び前記複数の従コントローラ
との間を相互に接続するネットワークとを備えた通信サ
ーボ制御装置において、前記従コントローラは、各々の
従コントローラが互いに異なる専門的な演算処理を行う
ための、キャッシュメモリを有するプロセッサを含み、
各軸についての前記位置指令により、各々前記専門的な
演算処理を各軸について順次実行し、演算結果を相互に
前記ネットワークを介して送受し、前記異なる演算処理
を一連に連結することにより前記複数の従コントローラ
による演算パイプラインを構成し、前記演算パイプライ
ンによる一連の演算ループを前記従コントローラの個数
又は各軸の個数備えるようにしたことを特徴とする通信
サーボ制御装置を提供する。

【００１６】また、前記従コントローラは、キャッシュ
メモリを含み、一連の演算処理の内の互いに異なる部分
的な演算処理を前記キャッシュメモリにより専門的に実
行するプロセッサと、前記部分的な演算処理の演算結果
を相互に前記ネットワークを介して送受し、複数の従コ
ントローラの前記プロセッサにより前記一連の演算処理
を実行する演算パイプラインを構成する通信制御部と、
接続された各軸についての前記駆動部を駆動する駆動制
御部とを備えたことを特徴とする。

【００１７】

【実施の形態】図１に、本発明に係る通信サーボ制御装
置のシステム構成図を示す。

【００１８】数値制御装置（ＮＣ）１は、マイクロプロ
セッサ等で構成され、全体の制御を行う。ＮＣ１は、ネ
ットワーク２を介して、複数のサーボコントローラ３-
W，３-X，３-Y，３-Zに接続されている（以下、「-
W」，「-X」，「-Y」，「-Z」は、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚの各
軸に対応する添字である。）。ネットワーク２は、バス
型、ループ型、放射型等適宜の構成を採用することがで
きる。いずれの構成においても、各サーボコントローラ
３-W，３-X，３-Y，３-Zは、少なくとも一つのサーボコ
ントローラ３がＮＣ１から位置指令を受信できるように
し、また、各サーボコントローラ３間で演算結果の情報
の授受を行うことができるように構成される。図１のよ
うに、ネットワーク２がバス型の場合は、各サーボコン
トローラ３間で、それぞれ直接に演算結果を伝送するこ
とができる。ネットワーク２がループ型の場合、例え
ば、ＮＣ１、サーボコントローラ３-W、３-X、３-Y、３
-Z、ＮＣ１の順でループ接続されているとする。この場
合、サーボコントローラ３-Wと３-X，サーボコントロー
ラ３-Xと３-Y，サーボコントローラ３-Yと３-Z間は、そ
れぞれ直接に演算結果を相互に伝送することができ、ま
た、サーボコントローラ３-Zと３-W間は、ＮＣ１を介し
て伝送することができる。一方、ネットワークが放射型
の場合には、あるサーボコントローラ３からＮＣ１に一
旦演算結果が伝送され、ＮＣ１では、これを折り返して
所定の他のサーボコントローラへ伝送するように構成す
ればよい。

【００１９】また、各サーボコントローラ３-W，３-X，
３-Y，３-Zは、例えば、デジタルサーボコントローラで
構成される。サーボコントローラ３-W，３-X，３-Y，３
-Zは、それぞれ主軸等のＷ軸、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に
対応して設けられており、各軸の位置・速度・トルク等
の各値を演算する。各サーボコントローラ３-W，３-X，
３-Y，３-Zは、それぞれ、必要に応じて、各サーボアン
プ４-W，４-X，４-Y，４-Zに接続され、所定の電流に増
幅される。サーボアンプ４-W，４-X，４-Y，４-Zは、そ
れぞれ、サーボモータ５-W，５-X，５-Y，５-Zに接続さ
れ、各サーボモータは所定の位置・速度・トルク等に制
御されて軸移動・加工等を行う。

【００２０】つぎに、このような本発明に係る通信サー
ボ制御装置の動作概要を説明する。まず、ＮＣ１から
は、各軸に対して位置指令が出力される。位置指令は、
ネットワーク２により、例えば、最初の所定のサーボコ
ントローラ３-Wに分配される。最初の所定のサーボコン
トローラ３-Wでは、各軸に該当する位置指令を識別及び
受信して、所定の演算ループを実行する。そして、演算
結果を、ネットワーク２を介して、次のサーボコントロ
ーラ３-Xに伝送する。ここで、自己のサーボコントロー
ラへのデータの識別、そのデータの受信、及び所定の宛
先のサーボコントローラへの識別を含む送信等について
は、通信分野における周知の技術を適宜採用することに
より実現可能である。該当する演算結果を受信したサー
ボコントローラ３-Xは、割り当てられている演算ループ
を実行しさらに、ネットワーク２を介して、次のサーボ
コントローラ３-Yに演算結果を伝送する。各サーボコン
トローラ３では、以下順に演算結果の受信、演算実行及
び演算結果の送信をおこなう。最後の演算を実行したサ
ーボコントローラ３-Zは、受信した演算結果に基づき、
各軸についての電流指令を演算する。求められた演算結
果は、ネットワーク２を介して、各軸対応の所定のサー
ボコントローラ３に伝送される。各軸対応のサーボコン
トローラ３に接続されているサーボアンプ４は、この電
流指令を増幅し、ドライブ電流とする。各サーボモータ
５-W，５-X，５-Y，５-Zは、各ドライブ電流により、位
置調整、切削等の所定の工作動作を行う。

【００２１】つぎに、図２に、本発明に係るサーボコン
トローラの構成図を示す。一例として、Ｘ軸についての
サーボコントローラ３-Xについて説明する。

【００２２】ＣＰＵ３１は、サーボの演算を行う１チッ
ププロセッサであり、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びキャッシュメ
モリを内蔵している。一連の制御プログラムを、このキ
ャッシュメモリの内部に収まる程度の部分的な演算ルー
プに細分化する。キャッシュメモリには、その内のひと
つの演算ループが記憶されている。他の軸についてのサ
ーボコントローラのキャッシュメモリにも、異なる部分
的な演算ループがそれぞれ記憶される。

【００２３】デュアルポートメモリ３２は、ＲＡＭ等か
ら構成され、ＣＰＵ３１と通信制御部３３の両方に接続
される。このデュアルポートメモリ３２内は、他のデジ
タルサーボコントローラへ送信するデータ、及び他のサ
ーボコントローラから受信するデータ等のバッファとし
て機能する。例えば、サーボコントローラ３-Xのデュア
ルポートメモリ３２-Xには、サーボコントローラ３-Wか
らの演算結果のデータを受信する記憶領域と、サーボコ
ントローラ３-Yへ演算結果のデータを送信する記憶領域
を持ち、さらにサーボコントローラ３-Zから電流指令を
受信する記憶領域を含む。そして、ＣＰＵ３１は、デュ
アルポートメモリ３２及び通信制御部３３を介して、各
演算に必要なデータの入出力を行う。

【００２４】通信制御部３３は、通信プロセッサ及びト
ランシーバを含み、ネットワーク２と接続され、サーボ
コントローラ３-Xと、他のデジタルサーボコントローラ
３-W、３-Y、３-Z又はＮＣ１とのデータの入出力制御を
行う。通信制御部３３及びネットワーク２において、デ
ータ形式、通信プロトコル等は、適宜規定することがで
きる。ただし、通常は、リアルタイムで動作するネット
ワークであることが必要である。

【００２５】また、駆動制御部３４は、サーボモータと
のインターフェース及びアンプを含み、サーボモータ４
にドライブ電流を出力する。

【００２６】このような構成において、まず、前段のサ
ーボコントローラ３-Wから出力された演算結果は、通信
制御部３３により識別及び受信され、デュアルポートメ
モリ３２に記憶される。ＣＰＵ３１は、デュアルポート
メモリ３２に記憶された演算結果に基づいて、次の演算
処理を実行する。このとき、ＣＰＵ３１内のキャッシュ
メモリによるプログラム及びデータ処理により演算が高
速に実行されることになる。ＣＰＵ３１による演算結果
は、デュアルポートメモリ３２に一時記憶される。通信
制御部３３は、この演算結果をネットワーク２を介し
て、次段のサーボコントローラ３-Yへ転送する。一方、
サーボコントローラ３-Zから電流指令が送信された場合
は、通信制御部３３は、これが電流指令であることを識
別し、デュアルポートメモリ３２に記憶する。ＣＰＵ３
１は、このデュアルポートメモリ３２の内容を読込み、
駆動制御部３４によりサーボモータ４を駆動する制御を
実行する。

【００２７】つぎに、図３に、本発明に係る通信サーボ
装置の動作説明図を示す。以下に本発明に係る通信サー
ボ制御装置の動作を説明する。

【００２８】例えば、ここで、制御プログラムは、演算
ループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄから構成され、位置指令に基づき
これら演算ループを順次実行することにより、サーボモ
ータを駆動する電流指令を求めるものとする。そして、
従来のサーボ制御装置における演算ループＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄの各々の計算時間が、キャッシュメモリにヒットしな
い場合は、各々６単位時間かかり、一方、全てキャッシ
ュメモリにヒットした場合は、各々５単位時間で済むと
する。また、サーボコントローラ３-W，３-X，３-Y，３
-Zは、それぞれ、演算ループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを実行する
ようにキャッシュメモリに記憶されており、また、それ
ぞれＷ、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に対応するサーボモータが接続さ
れている。

【００２９】まず、ＮＣ１が、ネットワーク２を介して
通信を行い、サーボコントローラ３-W，３-X，３-Y，３
-Zに関する各位置指令を、適当なタイミングを定めて、
サーボコントローラ３-Wに順次送信する。サーボコント
ローラ３-Wは、演算ループＡを実行し、その演算結果を
デジタルサーボコントローラ３-Xに送信する。より詳細
には、ネットワーク２を介して伝送された位置指令は、
サーボコントローラ３-Wにおいて、通信制御部３３によ
り識別及び受信され、デュアルポートメモリ３２に記憶
される。ＣＰＵ３１は、この位置指令に基づいて、内部
のキャッシュメモリを用いて演算ループＡを実行する。
その演算結果は、デュアルポートメモリ３２に記憶され
る。通信制御部３３は、記憶された演算結果を、適当な
タイミングで読み出し、ネットワークを介してサーボコ
ントローラ３-X宛に送信する。

【００３０】サーボコントローラ３-Xは、サーボコント
ローラ３-Wから送信された演算結果を受信する。具体的
には、通信制御部３３により、サーボコントローラ３-W
から送信された演算結果が自己への信号であると識別し
て受信するとともに、デュアルポートメモリ３２に記憶
する。サーボコントローラ３-Xは、上述と同様に、演算
ループＢを実行し、その演算結果をサーボコントローラ
３-Yに送信する。同様に、サーボコントローラ３-Yは、
演算ループＣを実行し、その演算結果をサーボコントロ
ーラ３-Zに送信する。

【００３１】最後に、サーボコントローラ３-Zは、演算
ループＤを実行し、Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のいずれかに対応
するサーボコントローラ３-W，３-X，３-Y，３-Zに、電
流指令を演算結果として送信する。より詳細には、サー
ボコントローラ３-Zにおいて、Ｗ、Ｘ、Ｙ軸についての
各電流指令は、デュアルポートメモリ３２に記憶された
後に、通信制御部３３により、ネットワーク２に送信さ
れる。各サーボコントローラ３-W，３-X，３-Y内の通信
制御部３３は、所定の各電流指令を識別及び受信すると
ともに、デュアルポートメモリ３２に記憶する。各サー
ボコントローラ３-W，３-X，３-Y内のＣＰＵ３１は、こ
の電流指令により、サーボコントローラ駆動部３４を制
御して、各軸に対応するサーボモータ５を駆動する。一
方、Ｚ軸については、ネットワークを介して伝送する必
要がないので、演算結果を直接用いて、サーボコントロ
ーラ駆動部３４を制御して、各軸に対応するサーボモー
タ５を駆動する。なお、ＣＰＵ３１は、デュアルポート
メモリ３２に電流指令を一旦記憶した後に、適当なタイ
ミングで再び読み出して、サーボモータ５を駆動するよ
うにしても良い。

【００３２】図４及び図５に、本発明に係る通信サーボ
制御装置の動作を説明するためのタイムチャートを示
す。ここで、図４に連続して図５の動作説明図が連結さ
れる。ここでは、データ転送時間を１単位、演算時間を
５単位としている。「データ転送」の欄は、ネットワー
ク２を介して転送動作をするサーボコントローラを示
し、記号「Ｚ→Ｍ」は、求められた電流指令を、該当す
るサーボコントローラへ転送する期間を示す。

【００３３】まず時間ｔ１においては、ＮＣ１からサー
ボコントローラ３-Wに対して、ネットワーク２を介し
て、Ｗ軸についての位置指令Ｗが伝送され、サーボコン
トローラ３-Wの通信制御部３３-Wがこれを受信する。こ
の１単位時間が、データ転送時間である。つぎに、時間
ｔ２〜ｔ６において、サーボコントローラ３-WのＣＰＵ
３１は、Ｗ軸について演算Ａを実行する。この５単位時
間が、演算ループＡの演算時間である。ここで、時間ｔ
６においては、ＣＰＵ３１による演算処理と同時に、サ
ーボコントローラ３-Wの通信制御部３３-Wは、ＮＣ１か
らＸ軸についての位置指令を受信する処理を行ってい
る。

【００３４】時間ｔ７では、サーボコントローラ３-W
は、受信したＸ軸についての位置指令に基づきＣＰＵ３
１で演算ループＡを実行するととともに、通信制御部３
３-Wにより、既に求めたＷ軸についての演算ループＡの
演算結果を、ネットワーク２を介してサーボコントロー
ラ３-Wからサーボコントローラ３-Xへ転送している。一
方、サーボコントローラ３-Xにおいては、受信したＷ軸
についての演算ループＡの演算結果を、通信制御部３３
-Xにより受信し、デジタルボートメモリ３２-Xに記憶す
る。ここでは、例えば、時間ｔ７のような１単位時間
が、サーボコントローラ３間のデータ転送時間であると
している。なお、サーボコントローラ間のデータ転送時
間と、ＮＣ１からサーボコントローラ３へのデータ転送
時間とを等しい値にしているが、異なる値となることも
ある。

【００３５】つぎに、時間ｔ８〜ｔ１２では、サーボコ
ントローラ３-XのＣＰＵ３１-Xは、Ｗ軸についての演算
ループＢを実行する。そして、時間ｔ１３では、サーボ
コントローラ３-Xによる演算結果が、サーボコントロー
ラ３-Yに転送される。以下同様に、サーボコントローラ
３-Yで演算ループＣが実行され、サーボコントローラ３
-Zへ転送され、さらに、サーボコントローラ３-Zで演算
ループＤが実行され、各軸についての電流指令が求めら
れるというように、パイプライン処理動作が実行され
る。

【００３６】最後に、サーボコントローラ３-Zにおいて
求められた電流指令は、各々の軸のサーボコントローラ
３３へ転送される。例えば、時間ｔ２〜ｔ２４までの一
連のパイプライン処理により求められたＷ軸の電流指令
については、時間ｔ２５でサーボコントローラ３-Zから
対応するサーボコントローラ３-Wへ転送される。このデ
ータ転送時間も、ここでは、例えば１単位時間としてい
る。ただし、Ｚ軸については、サーボコントローラ間で
転送する必要はないが、ＣＰＵ３１又はデュアルポート
メモリ３２を用いることにより、同じタイミングの１単
位時間を設定することができる。

【００３７】各軸の電流指令を受信した各サーボコント
ローラ３では、サーボ駆動部３４により各サーボモータ
４を駆動する。

【００３８】以上のように、例えば、１つの演算結果の
データ転送にかかる時間Ｔを１単位時間として、Ｗ，
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各サーボコントローラ３が専門的に各５
単位時間の演算ループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのパイプライン処
理を実行すると、各ＣＰＵ３１の演算処理においては、
データ通信時間が演算時間に隠れてしまい、演算時間の
時間待ちを発生させない。したがって、ＣＰＵ３１の効
率を最大限引き出すことが可能となる。

【００３９】このことについて、図５において、例えば
時間ｔ２２〜ｔ２６に基づいて説明する。この間では、
サーボコントローラ３-WのＣＰＵ３１は、演算ループＡ
を実行している。一方、同じサーボコントローラ３-Wの
通信制御部３３は、時間ｔ２２で、サーボコントローラ
３-Wからサーボコントローラ３-Xへ、ネットワーク２を
介してデータ転送を同時に実行する。つぎに時間ｔ２３
で、サーボコントローラ３-Xからサーボコントローラ３
-Yへ、ネットワーク２を介して、データ転送を実行す
る。同様に時間ｔ２４で、サーボコントローラ３-Yから
サーボコントローラ３-Zへ、ネットワーク２を介して、
データ転送を実行する。また、時間ｔ２５で、サーボコ
ントローラ３-Zにより電流指令が求められると、サーボ
コントローラ３-Zから、求められた電流指令Ｗに対応す
るサーボコントローラ３-Wへ、ネットワーク２を介し
て、データ転送を実行する。時間ｔ２６では、ＮＣ１か
ら、サーボコントローラ３-Wへ次の位置指令Ｘがデータ
転送され、受信される。

【００４０】なお、通信時間については、上述の説明で
１単位時間としたのは、説明上の便宜の為であり、演算
時間に対して、時間がかかりすぎると全体の処理時間が
延びてしまう。したがって、この程度で、通信が終わる
ようなハードウェアを用意すべきである。本発明を実施
した場合の通信時間は、デジタルサーボコントローラ間
でやりとりするデータ量と、通信速度、通信プロトコル
などに依存し、変化する。そして、本発明と実施する場
合には、全体処理時間が短縮されるという効果を奏する
ことができるスペックを持つ通信システムを具備するこ
とが不可欠である。その為には、以下の関係が成立する
必要がある。

【００４１】Ｔcalmin：各デジタルサーボコントローラ
の実施する演算（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）のうち、最も短い処
理時間。

【００４２】Ｔcomsum：各紺とローラ間（ＣＮ→Ｗ，Ｗ
→Ｘ，Ｘ→Ｙ，Ｙ→Ｚ，Ｚ→Ｍ）で行う通信にかかる時
間の合計。

【００４３】Ｔcalmin ＞Ｔcomsum もし、この関係が成立しない場合は、通信時間が無視で
きなくなり、上述のような効果を奏することが十分にで
きないことになります。このため、本発明においては、
この関係を満たすように、伝送するデータ量を規制して
できるだけ少くし、十分な通信速度を出せるハードウェ
アを用意し、適当なプロトコルを選定するようにする。

【００４４】なお、以上の説明では、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚの
各軸についてのシステムを説明したが、これに限らず複
数の軸を備えたサーボ制御装置に適用することができ
る。また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各演算ループについてのシ
ステムを説明したが、これに限らず複数の演算ループを
備えたサーボ制御装置に適用することができる。また、
演算ループの順番、ＮＣ１から位置指令を受信するサー
ボコントローラについても、適宜選択することができ
る。

【００４５】本発明においては、上述の実施の形態に限
らず、演算時間、データ転送時間及びサーボコントロー
ラの個数についての条件を適宜変更して、パイプライン
処理を実行することができる。例えば、演算ループの数
が軸毎に設けられたサーボコントローラの個数と異なる
場合は、各演算ループを各サーボコントローラに適宜割
り振ること等により実施することができる。

【００４６】以下に本発明の他の実施の形態を説明す
る。図６には、演算ループに対して軸数が多い場合の構
成図を示す。例えば、演算ループＡ，Ｂ、Ｃに対して、
軸数が４つある場合を想定する。この場合、例えば、サ
ーボコントローラ３-Wは演算ループＡを担当し、サーボ
コントローラ３-Xは演算ループＢを、サーボコントロー
ラ３-Yは演算ループＣをそれぞれ担当するように構成す
る。サーボコントローラ３-Zは、演算ループを担当しな
くても十分機能することができる。

【００４７】また、図７には、演算ループに対して軸数
が少ない場合の構成図を示す。例えば、演算ループＡ，
Ａ’，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して、軸数が４つある場合を想定
する。この場合、例えば、サーボコントローラ３-Wは、
比較的演算負荷の少ない演算ループの組合せを選択し
て、ひとつのサーボコントローラで分担するように設定
する。例えば、演算ループＡ及びＡ’についての組合せ
が速度に対する影響が少ないとされる場合は、これら演
算ループを、サーボコントローラ３-Wが、担当するよう
に構成することができる。

【００４８】また、図８に、駆動部が接続されていない
サーボコントローラを備えた場合の構成図を示す。ここ
では、演算ループＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対して、軸数がＸ、
Ｙ、Ｚの３つある場合の構成図を示す。実際に駆動部が
接続されていないサーボコントローラ３-Wを余分に設
け、演算のみを専用で実行するようにした構成すること
ができる。これにより、複雑な演算も高速で実行するこ
とが可能となる。

【００４９】さらに、演算時間が、各演算ループでばら
つきがある場合も、デュアルポートメモリ３２をバッフ
ァとして機能させることにより、転送時間と同期を保持
してパイプライン処理を実行することができる。同様
に、データ転送時間のばらつきに対してもデュアルポー
トメモリ３２により、同期を保持して処理を実行するこ
とができる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、キャッ
シュメモリのヒットミスがなくなり、ＭＰＵの能力の全
てを効率的に活用することができる。

【００５１】また、本発明によると、ＭＰＵの能力を最
大限発揮させることにより、従来のシステムと比較し
て、一定時間内により多くの処理を実行させて、スルー
プットを向上させることができる。また、従来のシステ
ムに比べて低コストで、複数の同一処理を実行させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る通信サーボ制御装置のシステム構
成図。

【図２】本発明に係るサーボコントローラの構成図。

【図３】本発明に係る通信サーボ装置の動作説明図。

【図４】本発明に係る通信サーボ制御装置の動作を説明
するためのタイムチャート（１）。

【図５】本発明に係る通信サーボ制御装置の動作を説明
するためのタイムチャート（２）。

【図６】演算ループに対して軸数が多い場合の構成図。

【図７】演算ループに対して軸数が少ない場合の構成
図。

【図８】駆動部が接続されていないサーボコントローラ
を備えた場合の構成図。

【図９】従来の通信サーボ制御装置のシステム構成図。

【図１０】従来の通信サーボ制御装置の具体的な動作説
明図。

【符号の説明】

１ＮＣ１２ネットワーク３サーボコントローラ４サーボアンプ５サーボモータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各軸についての位置指令を発生する主コン
トローラと、各軸についての駆動部が接続された複数の
従コントローラと、前記主コントローラ及び前記複数の
従コントローラとの間を相互に接続するネットワークと
を備えた通信サーボ制御装置において、前記従コントローラは、各々の従コントローラが互いに異なる専門的な演算処理
を行うための、キャッシュメモリを有するプロセッサを
含み、各軸についての前記位置指令により、各々前記専
門的な演算処理を各軸について順次実行し、演算結果を相互に前記ネットワークを介して送受し、前
記異なる演算処理を一連に連結することにより前記複数
の従コントローラによる演算パイプラインを構成し、前
記演算パイプラインによる一連の演算ループを前記従コ
ントローラの個数又は各軸の個数備えるようにしたこと
を特徴とする通信サーボ制御装置。
【請求項２】各軸についての位置指令を発生する主コン
トローラと、各軸についての駆動部が接続された複数の
従コントローラと、前記主コントローラ及び前記複数の
従コントローラとの間を相互に接続するネットワークと
を備えた通信サーボ制御装置において、前記各軸について順次、前記主コントローラから送信さ
れた前記位置指令を受信して、所定の第１の演算を実行
し、求められた第１の演算結果を前記ネットワークを介
して第２の従コントローラへ送信し、一方、第Ｎの従コ
ントローラから送信された所定の駆動指令を前記ネット
ワークを介して受信し駆動制御する第１の従コントロー
ラと、前記各軸について順次、第ｎ−１（ｎは、１＜ｎ＜Ｎの
整数）の従コントローラから出力された第ｎ−１の演算
結果を受信して、所定の第ｎの演算を実行し、求められ
た第ｎの演算結果を前記ネットワークを介して第ｎ＋１
の従コントローラへ送信し、一方、第Ｎの従コントロー
ラから送信された所定の駆動指令を前記ネットワークを
介して受信し駆動制御する第ｎの従コントローラと、前記各軸について順次、第Ｎ−１（Ｎは、ｎ＜Ｎの整
数）の従コントローラから出力された第Ｎ−１の演算結
果を受信して、所定の第Ｎの演算を実行し、求められた
第Ｎの演算結果が自己の従コントローラの軸についての
演算結果である場合、前記第Ｎの演算結果を接続された
駆動部の駆動指令として用い、一方、前記第Ｎの演算結
果がそれ以外の軸についての演算結果である場合、前記
第Ｎの演算結果を駆動指令として当該軸に対応する所定
の従コントローラへ前記ネットワークを介して転送する
第Ｎの従コントローラとをを備えた通信サーボ制御装
置。
【請求項３】前記第１〜第Ｎの従コントローラにおいて
は、各軸について順次、特定の前記部分的な演算処理を
実行し、前記第１〜第Ｎの従コントローラによるそれぞれの前記
部分的な演算処理により前記演算パイプラインを構成
し、各軸について順次前記主コントローラから出力された前
記位置指令から、前記演算パイプラインによる一連の演
算ループを実行することにより、前記駆動指令を演算す
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信サーボ
制御装置。
【請求項４】前記演算パイプラインにより、前記主コン
トローラからの前記位置指令から各軸についての駆動指
令をもとめるための一連の演算ループを、前記従コント
ローラの数又は各軸の数だけ備えることを特徴とする請
求項２又は３に記載の通信サーボ制御装置。
【請求項５】前記従コントローラは、キャッシュメモリを含み、一連の演算処理の内の互いに
異なる部分的な演算処理を前記キャッシュメモリにより
専門的に実行するプロセッサと、前記部分的な演算処理の演算結果を相互に前記ネットワ
ークを介して送受し、複数の従コントローラの前記プロ
セッサにより前記一連の演算処理を実行する演算パイプ
ラインを構成する通信制御部と、接続された各軸についての前記駆動部を駆動する駆動制
御部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載の通信サーボ制御装置。
【請求項６】前記従コントローラは、前記プロセッサと前記通信制御部との間に、前記ネット
ワークと送信又は受信するデータを一時記憶し、前記プ
ロセッサ又は前記通信制御部により、適宜読み出し又は
書込みを行う記憶部をさらに備えたことを特徴とする請
求項５に記載の通信サーボ制御装置。
【請求項７】前記通信制御部は、ネットワーク上に、前記主コントローラが出力した前記
位置指令又は他のサーボコントローラが出力した演算結
果が、自己のサーボコントローラ宛の情報であることを
識別し、前記位置指令又は前記演算結果を受信して、前
記記憶部に記憶し、一方、前記記憶部に記憶された自己
の前記プロセッサが演算した前記演算結果をネットワー
ク上に出力することを特徴とする請求項５又は６に記載
の通信サーボ制御装置。
【請求項８】前記従コントローラは、接続されたサーボ
モータを駆動制御するサーボコントローラであって、自己のサーボコントローラが受信した情報及び送信する
情報を一時記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された、前記主コントローラが出力し
た前記位置指令又は他のサーボコントローラが出力した
演算結果に基づいて、所定の演算を実行し、求められた
演算結果を前記記憶部に記憶するとともに、前記記憶部
に記憶された演算結果が自己のサーボコントローラに対
応する駆動指令である場合、前記駆動制御部に駆動電流
を出力するプロセッサ、ネットワーク上に、前記主コントローラが出力した前記
位置指令又は他のサーボコントローラが出力した演算結
果が、自己のサーボコントローラ宛の情報であることを
識別し、前記位置指令又は前記演算結果を受信して、前
記記憶部に記憶し、一方、前記記憶部に記憶された自己
の前記プロセッサが演算した前記演算結果をネットワー
ク上に出力する通信制御部と、前記プロセッサから出力された前記駆動電流によりサー
ボモータを駆動する駆動制御部とを備えたことを特徴と
する請求項１乃至４のいずれかに記載の通信サーボ制御
装置。
【請求項９】駆動部が接続されてなく駆動制御を実行し
ないが、所定の演算ループの実行及び演算結果の授受の
みを行う従コントローラをさらに備えたことを特徴とす
る請求項１乃至８のいずれかに記載の通信サーボ制御装
置。
【請求項１０】前記位置指令又は前記駆動指令は、前記
駆動部の位置、速度、又はトルクを制御する指令を含む
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の通
信サーボ制御装置。