JP2007267480A - Servo control device and servo system using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、FA、ロボット等に用いるサーボ制御装置とそれを利用するサーボシステムに関する。 The present invention relates to a servo control device used for an FA, a robot and the like and a servo system using the servo control device.
従来のサーボ制御装置において、第1従来例は、主回路モジュールと、オプションのデバイスネットインタフェースモジュールと、制御回路モジュールとを備え、制御対象のモータの速度制御や位置制御を行い、各モジュールはそれぞれ基板として構成していた。
また、第1従来例の問題点を解決すべく、第2従来例は、主回路モジュールと、オプションのインタフェースモジュールとを備え、主回路モジュールが、各相の上下の半導体スイッチをブリッジ接続したインバータと、モータに付属の位置検出手段からの位置フィードバックまたは電流検出手段からの電流フィードバックに基づく内部の位相指令、或いは、外部からの位相指令に基づきインバータの各相の上下半導体スイッチの開閉を制御する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、位相指令または主回路モジュール内の制御情報についてシリアル伝送路を介して他モジュールとシリアル伝送を行う第1インタフェース手段とを備え、インタフェースモジュールが、上位コントローラからの速度指令を受信する第2インタフェース手段と、速度指令に基づき主回路モジュールに対する位相指令を決定する制御手段と、位相指令または主回路モジュール内の制御情報について、シリアル伝送路を介して主回路モジュールとシリアル伝送を行う第3インタフェース手段と、を備え、た制御回路モジュールとを備え、制御対象のモータの速度制御や位置制御を行い、各モジュールはそれぞれ基板として構成していた。(特許文献1参照)。
In the conventional servo control apparatus, the first conventional example includes a main circuit module, an optional device net interface module, and a control circuit module, and performs speed control and position control of the motor to be controlled. It was configured as a substrate.
Further, in order to solve the problems of the first conventional example, the second conventional example includes a main circuit module and an optional interface module, and the main circuit module bridges the upper and lower semiconductor switches of each phase. And the internal phase command based on the position feedback from the position detection means attached to the motor or the current feedback from the current detection means, or the opening and closing of the upper and lower semiconductor switches for each phase of the inverter based on the phase command from the outside Drive signal generating means for generating a drive signal, and first interface means for serially transmitting a phase command or control information in the main circuit module with another module via a serial transmission path, and the interface module is connected to the host controller. Second interface means for receiving a speed command of: Control means for determining a phase command for the main circuit module based on the degree command, and third interface means for serially transmitting the phase command or control information in the main circuit module with the main circuit module via the serial transmission path, The control circuit module is provided, and speed control and position control of the motor to be controlled are performed, and each module is configured as a substrate. (See Patent Document 1).
また、従来のモータ制御システムにおいて、第3従来例として、複数個のモータと、前記複数個のモータにそれぞれ設けられ、外部から入力される制御信号に応じて直流駆動電流を所定周波数の交流駆動電流に変換して前記モータに供給する複数個のパワー変換手段と、前記複数個のモータにそれぞれ設けられ、前記モータの現在位置を示す信号を検出する位置センサと、外部から入力される速度指令信号及び内部に設定されたパラメータに応じて前記制御信号を双方向のシリアル通信回線を介して前記複数個のパワー変換手段のそれぞれに出力するインバータ制御手段と、前記パラメータの設定変更を行うパラメータ設定手段と、前記モータの目標位置を示す位置指令信号及び前記モータの現在位置を示す信号を入力し、これらの信号に基づいた前記速度指令信号を前記インバータ制御手段に出力する位置制御手段と、前記モータの回転を制御するための前記位置指令信号及び前記パラメータを出力する上位コントローラと、前記上位コントローラに第2の通信回線を介して接続され、前記位置指令信号を前記位置制御手段に、前記パラメータを前記パラメータ設定手段にそれぞれ出力する通信手段とから構成していた。(特許文献2参照)。 Further, in a conventional motor control system, as a third conventional example, a plurality of motors and a plurality of motors are provided for each of the plurality of motors, and a DC drive current is driven at a predetermined frequency according to a control signal input from the outside. A plurality of power conversion means for converting the current to be supplied to the motor; a position sensor provided in each of the plurality of motors for detecting a signal indicating the current position of the motor; and a speed command input from the outside Inverter control means for outputting the control signal to each of the plurality of power conversion means via a bi-directional serial communication line in accordance with a signal and a parameter set therein, and parameter setting for changing the setting of the parameter And a position command signal indicating the target position of the motor and a signal indicating the current position of the motor are input based on these signals. Position control means for outputting the speed command signal to the inverter control means, a host controller for outputting the position command signal and the parameter for controlling the rotation of the motor, and a second communication line to the host controller. And communication means for outputting the position command signal to the position control means and the parameter to the parameter setting means, respectively. (See Patent Document 2).
図4は、第1従来例のサーボ制御装置を示す概略構成図である。図において、主回路モジュール500と、オプションのデバイスネットインタフェースモジュール600と、制御回路モジュール700とを備え、制御対象のモータ511の速度制御や位置制御を行うものである。また、各モジュールはそれぞれ基板として構成されるものである。
可変速駆動されるモータ511には、回転速度および位置を検出する手段としてエンコーダ512が付属的に設置されている。主回路モジュール500は、コンバータ501、CPU502、3相インバータ504、インタフェース506および電流検出用抵抗507を備えて構成されている。また、デバイスネットインタフェースモジュール600は、デバイスネットインタフェース部601、CPU602および2ポートRAM603を備えて構成されている。さらに、制御回路モジュール700は、ADコンバータ701、CPU702、制御回路(ASIC)703、パラメータスイッチおよびLED704並びにインタフェース705を備えて構成されている。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the servo control device of the first conventional example. In the figure, a
A variable speed driven
先ず、主回路モジュール500および制御回路モジュール700のみの(構成で、デバイスネットインタフェースモジュール600を接続していない)構成を考える。
この場合、制御回路モジュール700にアナログ速度指令が与えられ、ADコンバータ701によりデジタル速度指令に変換された後、CPU702に読み込まれ、所定の演算による演算結果が制御回路(ASIC)703に供給されて、3相インバータ504のU相,V相,W相の各相の上下のパワートランジスタをオン/オフ制御するためのゲートドライブ信号GDが生成される。制御回路(ASIC)703で生成されたゲートドライブ信号GDは、インタフェース705および506のアイソレータを介して、主回路モジュール500の3相インバータ504に供給される。
First, consider a configuration having only the
In this case, an analog speed command is given to the
また、主回路モジュール500の電流検出用抵抗507等によって検出された電流や電圧等はCPU502に取り込まれて電流制御等に反映されているが、CPU502およびCPU702間はシリアルインタフェースで結合されており、電流・電圧等の情報はインタフェース506および705のアイソレータを介して、制御回路モジュール700のCPU702に入力されて速度制御やベクトル制御等に反映される。また、モータ511に付属のエンコーダ512からの速度または位置検出情報は、制御回路モジュール700の制御回路(ASIC)703に入力されて、フィードバック制御に供される。なお、制御回路モジュール700において行われるモータ制御のパラメータ設定については、パラメータスイッチおよびLED704により入力および出力(確認)が行われ、また、制御回路(ASIC)703よりアナログモニタ出力を得ることが可能である。
Further, the current and voltage detected by the
次に、オプションのデバイスネットインタフェースモジュール600を付加した構成を考える。デバイスネットインタフェースモジュール600では、デジタル速度指令がデバイスネットインタフェース部601を介してCPU602に読み込まれると、所定の演算による演算結果は2ポートRAM603に書き込まれる。一方、制御回路モジュール700のCPU702は、信号線(データバス、アドレスバスおよび制御信号群を含む)650を介して2ポートRAM603にアクセス可能であり、2つのCPU602および702は、2ポートRAM603によって結合された構成である。
Next, a configuration in which an optional device
このように、第1従来例では、主回路モジュールとオプションモジュール(例えば、デバイスネットインタフェース)と制御回路モジュールで構成し、用途によって異なる指令(例えば、デバイスネットやアナログ信号やパルス列)に対応している。 As described above, in the first conventional example, the main circuit module, the option module (for example, the device net interface) and the control circuit module are configured to correspond to different commands (for example, the device net, analog signal, and pulse train) depending on the application. Yes.
図5は、第2従来例のサーボ制御装置を示す概略構成図であり、第1従来例の問題点である、用途によって無駄な回路部分を持つことになる構成を解決したものである。図において、主回路モジュール450と、デバイスネットインタフェースモジュール400とを備え、制御対象のモータ460の速度制御や位置制御を行うものである。また、各モジュールはそれぞれ基板として構成されるものである。
可変速駆動されるモータ460には、回転速度および位置を検出する手段(位置検出手段)としてエンコーダ470が付属的に設置されている。主回路モジュール450は、コンバータ451、CPU452、ドライブ回路(ASIC)453、3相インバータ454、シリアルインタフェース455および電流検出用抵抗456を備えて構成されている。また、デバイスネットインタフェースモジュール400は、デバイスネットインタフェース部401、CPU402、制御回路(ASIC)403およびシリアルインタフェース404を備えて構成されている。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a servo control device of a second conventional example, which solves a configuration that has a useless circuit portion depending on the application, which is a problem of the first conventional example. In the figure, a
A variable speed driven
ここで、主回路モジュール450内のCPU452およびドライブ回路(ASIC)453は、モータ460に付属のエンコーダ470からの位置フィードバックまたは電流検出用抵抗456からの電流フィードバックに基づく内部の位相指令、或いは、デバイスネットインタフェースモジュール400からの位相指令に基づき、3相インバータ454のU相,V相,W相の各相の上下のパワートランジスタをオン/オフ制御するゲートドライブ信号GDを生成する駆動信号生成手段に該当する。また、シリアルインタフェース455は、デバイスネットインタフェースモジュール400からの位相指令または当該主回路モジュール450内の制御情報について、シリアル信号線ケーブル410を介して高速シリアル伝送を行う第1インタフェース手段に該当する。
Here, the
また、デバイスネットインタフェースモジュール400内のデバイスネットインタフェース部401は、上位コントローラからの速度指令を受信する第2インタフェース手段に該当し、CPU402および制御回路(ASIC)403は、速度指令に基づき主回路モジュール450に対する位相指令を決定する制御手段に該当し、シリアルインタフェース404は、位相指令または主回路モジュール450内の制御情報について、シリアル信号線ケーブル410を介して高速シリアル伝送を行う第3インタフェース手段に該当する。なお、シリアルインタフェース455およびシリアルインタフェース404では、パルストランス等でアイソレーションされている。
The device
このように、第2従来例では、主回路モジュールとインタフェースモジュール(例えば、デバイスネットインタフェース)で構成し、主回路モジュールとインタフェースモジュール間でシリアル伝送を行い、また、用途によって異なる指令の場合(例えば、デバイスネットやアナログ信号やパルス列、その他のネットワーク)は、主回路モジュールは共通とし、インタフェースモジュールを代えることで対応し、第1従来例の問題点(主回路モジュールとオプションモジュール(例えば、デバイスネットインタフェース)と制御回路モジュールで構成されているため、1対1で上位コントローラと接続されてデジタル指令を受け付けるための構成や、1対Nにマルチドロップ接続されたネットワークドライブの構成とするためには、オプションモジュールを付加して対応しており、該オプションモジュール装着時には、アナログインタフェース用の回路部分が無駄な構成となる問題点)を解決している。 As described above, in the second conventional example, a main circuit module and an interface module (for example, a device net interface) are configured, serial transmission is performed between the main circuit module and the interface module, and a command that varies depending on the application (for example, Device nets, analog signals, pulse trains, and other networks have the same main circuit module and can be handled by replacing the interface module. The problem of the first conventional example (main circuit module and option module (for example, device network) Interface) and a control circuit module, so that a configuration for receiving a digital command by connecting to a host controller on a one-to-one basis or a network drive having a multi-drop connection on a one-to-N basis ,option It corresponds by adding modules, at the time of the optional module mounted solves the circuit portion is a problem that a wasteful configuration) for analog interface.
第3従来例(図示しない)は、パワー変換手段と位置制御手段とを分離してそれぞれの別々のユニットで構成し、両者間のデータ伝送を双方向のシリアル通信回線で行えるものである。パワー変換手段は、コンバータやインバータ等を有する、いわゆる主回路部であり、通信インタフェイスを備える。位置制御手段は、指令を発生する上位コントローラとパワー変換手段の両方とシリアル通信できる通信インタフェイスと、回転位置センサからの位置検出信号を入力して上位コントローラからの指令に基づいて位置制御演算する位置制御部と、パワー変換手段のインバータを駆動するためのインバータ制御回路等とを有する、いわゆる制御部である。また、位置制御手段は、複数のパワー変換手段と接続可能であり、複数のモータを駆動することもできる。 In the third conventional example (not shown), the power conversion means and the position control means are separated and configured as separate units, and data transmission between them can be performed by a bidirectional serial communication line. The power conversion means is a so-called main circuit unit including a converter, an inverter, and the like, and includes a communication interface. The position control means inputs a position detection signal from the rotation position sensor and a communication interface capable of serial communication with both the host controller that generates the command and the power conversion means, and performs position control calculation based on the command from the host controller. This is a so-called control unit having a position control unit and an inverter control circuit for driving an inverter of the power conversion means. The position control means can be connected to a plurality of power conversion means, and can drive a plurality of motors.
このように、第3従来例では、パワー変換手段と位置制御手段で構成し、パワー変換手段と位置制御手段間でシリアル伝送を行い、また、複数のモータを駆動する場合は、位置制御手段を共通とし、パワー変換手段のみをモータの個数分備えることで対応し、位置制御手段で複数のモータを一括に位置制御を行うように対応している。
第1従来例は、特許文献1にも記載されているように、主回路モジュールとオプションモジュール(例えば、デバイスネットインタフェース)と制御回路モジュールで構成されているため、1対1で上位コントローラと接続されてデジタル指令を受け付けるための構成や、1対Nにマルチドロップ接続されたネットワークドライブの構成とするためには、オプションモジュールを付加して対応しており、該オプションモジュール装着時には、アナログインタフェース用の回路部分が無駄な構成となる問題点があった。
第2従来例は、主回路モジュールとインタフェースモジュールで構成することにより、用途によって異なる指令の場合、主回路モジュールは共通とし、インタフェースモジュールを代えることで対応して、第1従来例の問題点を解決している。しかしながら、制御対象のモータの速度制御や位置制御等の高度な制御を行なうのは、エンコーダからの位置フィードバックを入力する主回路モジュールなため、高度な制御に必要な各種制御アルゴリズムを要する高い能力の演算手段とそれに伴う高機能な周辺回路を有する必要があり、低コスト化を図ることができないという問題点があった。また、共通化できる主回路モジュールが高価となるため、主回路モジュールの汎用性を上げることができないという問題点もあった。
第3従来例は、パワー変換手段と位置制御手段で構成し、上位コントローラから通信を介して指令を位置制御手段に入力し、また、位置センサから位置検出信号を位置制御手段に入力し、位置制御手段で位置制御演算等をし、パワー変換手段へ通信を介してPWM信号、すなわちゲートドライブ信号を出力するので、位置制御手段の演算等の負荷が過大となる問題点があった。特に、複数のモータを駆動する複数のパワー変換手段を備える場合、更に演算等の負荷が過大となり、これに耐え得る能力の演算手段が必要なため高価なものになるという問題点もあった。また、位置制御手段が、上位コントローラから通信を介して指令を受ける構成のため、標準的な用途でもあるアナログ指令(例えば、速度指令やトルク指令)やパルス列指令(例えば、位置指令)に対応できないという問題点もある。また、パワー変換手段の共通利用が可能ではあるが、パワー変換手段の機能パフォーマンスが低く、サーボ用途での汎用性を十分に出せないという問題点もあった。
As described in Patent Document 1, the first conventional example is composed of a main circuit module, an option module (for example, a device net interface), and a control circuit module. In order to achieve a configuration for accepting digital commands and a network drive configuration with multi-drop connection to 1 to N, an optional module is added, and when the optional module is installed, an analog interface is used. There is a problem in that the circuit portion of the configuration becomes useless.
The second conventional example is composed of a main circuit module and an interface module, so that in the case of different commands depending on the application, the main circuit module is made common and the interface module is changed to cope with the problem of the first conventional example. It has been solved. However, advanced control such as speed control and position control of the motor to be controlled is the main circuit module that inputs position feedback from the encoder, so it has a high capability that requires various control algorithms necessary for advanced control. There is a problem that it is necessary to have an arithmetic means and a high-performance peripheral circuit associated therewith, and it is impossible to reduce the cost. Further, since the main circuit module that can be shared is expensive, there is a problem that the versatility of the main circuit module cannot be improved.
The third conventional example is composed of power conversion means and position control means. A command is input from the host controller to the position control means via communication, and a position detection signal is input from the position sensor to the position control means. Since the control means performs position control calculation and the like, and outputs the PWM signal, that is, the gate drive signal to the power conversion means via communication, there is a problem that the load of calculation of the position control means becomes excessive. In particular, when a plurality of power conversion means for driving a plurality of motors are provided, there is another problem that the calculation load becomes excessive and a calculation means capable of withstanding this is required, which is expensive. In addition, since the position control means receives a command from the host controller via communication, it cannot cope with an analog command (for example, a speed command or a torque command) or a pulse train command (for example, a position command) that is also a standard application. There is also a problem. In addition, although the power conversion means can be used in common, there is also a problem that the functional performance of the power conversion means is low and general versatility in servo applications cannot be sufficiently obtained.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、低コストの主回路モジュールと、容易に主回路モジュールの共通化を図ることができるインタフェースを有するインタフェースモジュールとの構成を備え、主回路モジュールの汎用性が向上できると共に、サーボ制御装置自体の低コスト化、機種統合ができ、更に、用途によって異なる指令の場合でも対応することができるサーボ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and includes a configuration of a low-cost main circuit module and an interface module having an interface that can easily share the main circuit module. It is an object of the present invention to provide a servo control device that can improve the versatility of a circuit module, reduce the cost of the servo control device itself, integrate the models, and can cope with different commands depending on the application.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、外部からの指令を入力する指令入力手段と前記指令をシリアル信号に変換するシリアル変換手段とを有するインターフェースモジュールと、駆動信号に基づいて直流駆動電流を交流駆動電流に変換するインバータとモータ駆動電流を検出する電流検出手段とを有する主回路モジュールと、を備え、前記インターフェースモジュールと前記主回路モジュールのデータ伝送を双方向のシリアル通信で行うサーボ制御装置において、前記インターフェースモジュールが、エンコーダ付きモータからの位置検出信号を入力し、前記指令と前記位置検出信号に基づいて位置または速度制御演算を行ない、制御指令を出力する第1の演算手段を有し、前記主回路モジュールが、前記制御指令に基づいて電流制御演算を行ない、前記駆動信号を出力する第2の演算手段を有するものである。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載における前記インターフェースモジュールが出力する前記制御指令が、トルク指令およびモータ電気角指令であるものである。
請求項3に記載の発明は、請求項1記載における外部からの前記指令の信号形態が変更された場合、または、エンコーダ付きモータからの前記位置検出信号の信号形態が変更された場合、前記インターフェースモジュールのみを各前記信号形態に対応する入力手段を備えたものに替え、前記主回路モジュールは替えずに使用するものである。
請求項4に記載の発明は、外部からの指令を入力する指令入力手段と前記指令をシリアル信号に変換するシリアル変換手段とを有するインターフェースモジュールと、駆動信号に基づいて直流駆動電流を交流駆動電流に変換するインバータとモータ駆動電流を検出する電流検出手段とを有する主回路モジュールと、を備え、前記インターフェースモジュールと前記主回路モジュールのデータ伝送を双方向のシリアル通信で行うサーボ制御装置において、外部からの前記指令が、トルク指令およびモータ電気角指令である制御指令であり、前記主回路モジュールが、前記制御指令に基づいて電流制御演算を行ない、前記駆動信号を出力する演算手段を有するものである。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の前記サーボ制御装置と、位置検出信号を出力するエンコーダ付きモータと、前記位置検出信号を入力し前記指令を出力する上位装置と、を備えるものである。
請求項6に記載の発明は、外部からの指令を入力する指令入力手段を有するインターフェースモジュールと、駆動信号に基づいて直流駆動電流を交流駆動電流に変換するインバータとモータ駆動電流を検出する電流検出手段とを有する主回路モジュールと、を備え、前記インターフェースモジュールと前記主回路モジュールのデータ伝送を双方向のシリアル通信で行うサーボ制御装置において、前記インターフェースモジュールが、エンコーダ付きモータからの位置検出信号を入力する入力手段と、前記指令をシリアル信号に変換して出力する第1の演算手段と、を有し、前記主回路モジュールが、前記指令および前記位置検出信号に基づいてサーボ制御演算を行ない、前記駆動信号を出力する第2の演算手段を有するものである。
請求項7に記載の発明は、請求項6記載における外部からの前記指令の信号形態が変更された場合、または、エンコーダ付きモータからの前記位置検出信号の信号形態が変更された場合、前記インターフェースモジュールのみを各前記信号形態に対応する入力手段を備えたものに替え、前記主回路モジュールは替えずに使用するものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, there is provided an interface module having command input means for inputting a command from the outside and serial conversion means for converting the command into a serial signal, and the DC drive current is converted into an AC drive current based on the drive signal. In the servo control device, comprising: an inverter for converting to a main circuit module having a current detection means for detecting a motor driving current; and performing data transmission between the interface module and the main circuit module by bidirectional serial communication. The interface module includes first calculation means for inputting a position detection signal from a motor with an encoder, performing position or speed control calculation based on the command and the position detection signal, and outputting a control command, The circuit module performs a current control calculation based on the control command, and And has a second arithmetic means for outputting a driving signal.
According to a second aspect of the present invention, the control command output by the interface module according to the first aspect is a torque command and a motor electrical angle command.
According to a third aspect of the present invention, when the signal form of the command from the outside according to the first aspect is changed, or when the signal form of the position detection signal from the motor with an encoder is changed, the interface Only the module is replaced with one provided with input means corresponding to each signal form, and the main circuit module is used without replacement.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an interface module having command input means for inputting a command from the outside and serial conversion means for converting the command into a serial signal, and the DC drive current is converted into an AC drive current based on the drive signal. And a main circuit module having a current detecting means for detecting a motor driving current and an inverter that converts the data to the interface module and the main circuit module in a two-way serial communication. Is a control command that is a torque command and a motor electrical angle command, and the main circuit module has a calculation means for performing a current control calculation based on the control command and outputting the drive signal. is there.
The invention according to claim 5 includes the servo control device according to
The invention according to claim 6 is an interface module having command input means for inputting a command from the outside, an inverter for converting a DC driving current into an AC driving current based on a driving signal, and a current detection for detecting the motor driving current. A servo control device for performing data transmission between the interface module and the main circuit module by bidirectional serial communication, wherein the interface module receives a position detection signal from a motor with an encoder. Input means for inputting, and first calculation means for converting the command into a serial signal and outputting the serial signal, and the main circuit module performs servo control calculation based on the command and the position detection signal, It has a 2nd calculating means which outputs the said drive signal.
According to a seventh aspect of the present invention, when the signal form of the command from the outside according to the sixth aspect is changed, or the signal form of the position detection signal from the motor with an encoder is changed, the interface Only the module is replaced with one provided with input means corresponding to each signal form, and the main circuit module is used without replacement.
請求項1、4に記載の発明によると、主回路モジュールを安価にすることができ、また、主回路モジュールを適用用途を超えた共通化をすることができる。すなわち、主回路モジュールが、サーボ制御用途、インバータ制御用途(単なる可変速等の用途)のいずれにも対応させる、機種統合をすることができ、汎用性を向上させることができ、更なる低コスト化を図ることができる。
請求項2に記載の発明によると、主回路モジュールの共通化、低コスト化をより容易に図ることができる。
請求項3、7に記載の発明によると、主回路モジュールを共通のまま、様々な指令信号形態、様々な位置検出信号形態への対応を容易にすることができる。
請求項5に記載の発明によると、サーボ制御装置およびエンコーダ付きモータを複数台備える多軸制御得の展開を容易にすることができる。
請求項6に記載の発明によると、主回路モジュールを共通とした、高機能なサーボ制御装置を構成することができる。
According to the first and fourth aspects of the invention, the main circuit module can be made inexpensive, and the main circuit module can be shared beyond the application. In other words, the main circuit module can be used for servo control applications and inverter control applications (applications such as simple variable speed), enabling model integration, improving versatility, and further reducing costs. Can be achieved.
According to the second aspect of the present invention, the main circuit module can be shared and the cost can be reduced more easily.
According to the third and seventh aspects of the invention, it is possible to easily cope with various command signal forms and various position detection signal forms while maintaining the main circuit module in common.
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to easily develop multi-axis control that includes a plurality of servo control devices and motors with encoders.
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to configure a high-function servo control device having a common main circuit module.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施例を示すサーボ制御装置の概略構成図である。図において、100はインターフェースモジュール、101はA/D変換器、102は第1の演算手段、103はアイソレータ、104は表示設定器、150は主回路モジュール、151はコンバータ、152は第2の演算手段、153はインバータ、154は電流検出抵抗、200はエンコーダ付きモータである。
本発明が特許文献1および特許文献2と異なる部分は、外部からの指令に対するそれ相応のインターフェース、エンコーダ付きモータ200からの位置検出信号を入力し位置または速度制御のサーボ演算処理をする第1の演算手段102、サーボ演算やシーケンス、アラーム等に関するパラメータの設定や表示をする表示設定器104を有し、外部からの指令に基づく制御指令(トルク指令と電気角指令)を主回路モジュール150へシリアル信号で出力する、または、主回路モジュール150からのアラーム等の信号をシリアル信号で入力するインターフェースモジュール100と、制御指令(トルク指令と電気角指令)を入力しシーケンスまたはアラーム、電流制御等の演算処理をする第2の演算手段152を有し、エンコーダ付きモータ200を駆動する電力を供給する主回路モジュール150と、を備えた部分である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a servo control apparatus showing a first embodiment of the present invention. In the figure, 100 is an interface module, 101 is an A / D converter, 102 is a first calculation means, 103 is an isolator, 104 is a display setting unit, 150 is a main circuit module, 151 is a converter, and 152 is a second calculation.
The present invention is different from Patent Document 1 and Patent Document 2 in that the interface corresponding to the command from the outside, the position detection signal from the motor with
図1において、本発明の第1の実施例を示すサーボ制御装置の動作を説明する。図において、第1の実施例は外部からの指令がアナログ信号の場合の実施例であり、外部からの指令がデバイスネット等の通信指令の場合は、A/D変換器101の部分が通信インターフェース(パルストランス、ラインドライバレシーバ等)に代わる。また、外部からの指令がパルス列の位置指令の場合は、同様に、A/D変換器101の部分がパルス列インターフェース(パルスカウンタ、ラインレシーバ等)に代わる。また、その他の指令の場合も同様に、それ相応のインターフェースに代わることで、様々な外部からの指令に対しては、インターフェース部100のみが代わることにより、対応できる構成とするものである。
In FIG. 1, the operation of the servo control apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. In the figure, the first embodiment is an embodiment in the case where the command from the outside is an analog signal. When the command from the outside is a communication command such as a device net, the A /
外部からのアナログ指令電圧がインターフェースモジュール100に入力されると、A/D変換器101に入力されディジタル指令に変換され、第1の演算手段102に入力される。また、エンコーダ付きモータ200からの位置検出信号も第1の演算手段102に入力される。ここで、位置検出信号は、シリアル信号、パルス信号、アナログ信号のいずれかのサーボ演算に必要な位置フィードバック信号であり、第1の演算手段102に直接入力できない信号形態の場合は、それ相応のインターフェースを介して第1の演算手段102に入力される。また、表示設定器104はサーボ演算やシーケンス、アラーム等に関するパラメータの設定や表示をするものであり、第1の演算手段102への設定データ書込み、あるいは、第1の演算手段102からの表示データ表示を行なうツールとして使用される。ここで、表示設定器104はインターフェースモジュール100の外部にあってもよく、その場合はコネクタ等を介して第1の演算手段102に接続される。
When an analog command voltage from the outside is input to the
第1の演算手段102は、ディジタル指令、位置検出信号、パラメータ等の設定データに基づいて、位置または速度制御のサーボ演算処理を行ない、制御指令(トルク指令と電気角指令)を出力する。制御指令(トルク指令と電気角指令)は、アイソレータ103を介して主回路モジュール150へ入力される。また、第1の演算手段102は、CPUとASIC、その周辺制御回路で構成されており、サーボ演算処理を司るため、CPUは比較的高い性能を有するものが必要とされる。
The first calculation means 102 performs servo calculation processing for position or speed control based on setting data such as a digital command, a position detection signal, and a parameter, and outputs a control command (a torque command and an electrical angle command). Control commands (torque command and electrical angle command) are input to the
制御指令(トルク指令と電気角指令)が主回路モジュール150へ入力されると、第2の演算手段152に入力される。また、インバータ153の下アームに配置した電流検出抵抗154からの電流検出信号(電流フィードバック信号)、図示しないアラーム検出回路からのアラーム信号等も第2の演算手段152に入力される。
第2の演算手段152は、制御指令(トルク指令と電気角指令)、電流検出信号に基づいて電流制御演算し、インバータ153へ駆動信号(ゲートドライブ信号)を出力すると共に、アラーム信号等に基づいて、シーケンスまたはアラーム信号をシリアル信号でインターフェースモジュール100に出力する。また、第2の演算手段152は、CPUとASIC、その周辺制御回路で構成されており、第1の演算手段とは異なり、CPUは比較的低い性能を有するものでよく、主回路モジュール150の低コスト化を図ることができる。なお、電流制御演算はASICで行なうものである。
インバータ153は、駆動信号に基づいて駆動電流を出力しエンコーダ付きモータ200を駆動する。
When a control command (torque command and electrical angle command) is input to the
The second calculation means 152 performs a current control calculation based on the control command (torque command and electrical angle command) and the current detection signal, outputs a drive signal (gate drive signal) to the
The
図2は、本発明の第2の実施例を示すサーボ制御装置の概略構成図である。図において、300はインターフェースモジュール、301はラインドライバレシーバ、350は上位コントローラである。なお、図1と同符号を付した構成要素は、同様な動作をするため説明を省略する。
本発明が第1の実施例と異なる部分は、エンコーダ付きモータ200からの位置検出信号を入力し制御指令(トルク指令と電気角指令)出力する上位コントローラ350をサーボ制御装置の外部に配置し、制御指令(トルク指令と電気角指令)を入力してシリアル信号に変換しアイソレータ103を介して主回路モジュール150に出力するインターフェースモジュール300を備える点である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a servo control apparatus showing a second embodiment of the present invention. In the figure, 300 is an interface module, 301 is a line driver receiver, and 350 is a host controller. In addition, since the component which attached | subjected the same code | symbol as FIG. 1 operate | moves similarly, description is abbreviate | omitted.
The present invention is different from the first embodiment in that a
第2の実施例は、モータ付きエンコーダやサーボ制御装置を複数備える、多軸制御への適用が有効であり、特に、ロボット等の軸間の協調動作を必要とする用途においては、上位コントローラ350が軸全体の協調制御を行なった上で、各軸のサーボ制御装置へ制御指令(トルク指令と電気角指令)を出力するのである。よって、各軸のサーボ制御装置は、制御指令(トルク指令と電気角指令)をラインドライバレシーバ301でシリアル信号に変換しアイソレータ103を介して主回路モジュール150に出力するインターフェースモジュール300を備えれば、主回路モジュール150は、第1の実施例と同じものを使用することができ、用途別の主回路モジュール150の共通化をすることができ、更には低コスト化、汎用性向上に繋げることができるのである。
The second embodiment is effective when applied to multi-axis control including a plurality of motor-equipped encoders and servo control devices. In particular, the
図3は、本発明の第3の実施例を示すサーボ制御装置の概略構成図である。図において、250はインターフェースモジュール、252は別の第1の演算手段、251はアイソレータ、155は主回路モジュール、156は別の第2の演算手段である。なお、図1と同符号を付した構成要素は、同様な動作をするため説明を省略する。
本発明が第1の実施例と異なる部分は、図1における第1の演算手段の代わりに別の第1の演算手段252、エンコーダ付きモータ200からの位置検出信号をアイソレートするアイソレータ251を有するインターフェースモジュール250と、図1における第2の演算手段の代わりに別の第2の演算手段156を有する主回路モジュール155と、を備える点である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a servo control apparatus showing a third embodiment of the present invention. In the figure, 250 is an interface module, 252 is another first computing means, 251 is an isolator, 155 is a main circuit module, and 156 is another second computing means. In addition, since the component which attached | subjected the same code | symbol as FIG. 1 operate | moves similarly, description is abbreviate | omitted.
The present invention is different from the first embodiment in that it has an
第3の実施例は、第1の実施例とは異なり、位置、速度、電流制御のサーボ演算処理機能を主回路モジュール155で行ない、外部からの指令形態(アナログ信号、パルス列、通信等)、および、エンコーダ付きモータ200からの位置検出信号形態(シリアル信号、パルス信号、アナログ信号等)に応じて、これらの信号をシリアル信号に変換して主回路モジュール155への出力をインターフェースモジュール250で行なうものである。
別の第2の演算手段156は、CPUとASIC、その周辺制御回路で構成されており、サーボ演算処理を司るため、CPUは比較的高い性能を有するものが必要とされる。また、シーケンスやアラーム等の演算処理もCPUで行ない、電流制御演算はASICで行なうものである。また、別の第1の演算手段252は、ASICとその周辺制御回路で構成されており、別の第2の演算手段とは異なり、低コスト化を図ることができる。
Unlike the first embodiment, the third embodiment performs servo calculation processing functions for position, speed, and current control in the
Another second calculation means 156 is composed of a CPU, an ASIC, and its peripheral control circuit, and controls the servo calculation process, so that the CPU needs to have a relatively high performance. Further, arithmetic processing such as sequence and alarm is performed by the CPU, and current control calculation is performed by the ASIC. Further, the different first calculation means 252 is composed of an ASIC and its peripheral control circuit, and unlike the second calculation means, the cost can be reduced.
よって、メインのサーボ演算処理機能をもつ主回路モジュール155を共通化すると共に、汎用性向上と低コスト化へ繋げ、外部からの指令形態およびエンコーダ付きモータ200からの位置検出信号形態応じたシリアル信号変換機能をもつインターフェースモジュール250の低コスト化を図ることができるものである。なお、この場合のインターフェースモジュール250から主回路モジュール155へのシリアル信号は、外部からの指令、エンコーダ付きモータ200からの位置検出信号、表示設定器104での設定データ等である。
Therefore, the
なお、実施例1〜3でのインターフェースモジュールと主回路モジュール間で授受するシリアル信号は、制御指令(トルク指令と電気角指令)、位置検出信号、表示設定器104の設定データや表示データ、シーケンスやアラーム等の信号を例に挙げて記述したが、この限りではない。例えば、第2の実施例に挙げたロボット等の軸間の協調動作を必要とする用途における他の軸の制御情報(位置や速度フィードバック、アラーム等の信号等)を他の軸から入力し、これをインターフェースモジュールと主回路モジュール間で授受することにより、サーボ制御演算において、軸間の非干渉化制御等をすることができ、所望の協調制御を外部の上位コントローラに頼らずに行なえる。
The serial signals exchanged between the interface module and the main circuit module in the first to third embodiments are control commands (torque commands and electrical angle commands), position detection signals, setting data and display data of the
100、250、300 インターフェースモジュール
101 A/D変換器
102、252 第1の演算手段
103、251 アイソレータ
104 表示設定器
150、155 主回路モジュール
151 コンバータ
152、156 第2の演算手段
153 インバータ
154 電流検出抵抗
200 エンコーダ付きモータ
301 ラインドライバレシーバ
350 上位装置
100, 250, 300 Interface module 101 A /
150, 155
Claims (7)
前記インターフェースモジュールが、エンコーダ付きモータからの位置検出信号を入力し、前記指令と前記位置検出信号に基づいて位置または速度制御演算を行ない、制御指令を出力する第1の演算手段を有し、
前記主回路モジュールが、前記制御指令に基づいて電流制御演算を行ない、前記駆動信号を出力する第2の演算手段を有することを特徴とするサーボ制御装置。 An interface module having command input means for inputting a command from the outside and serial conversion means for converting the command into a serial signal, an inverter for converting a DC drive current into an AC drive current based on the drive signal, and a motor drive current A servo control device for performing data transmission between the interface module and the main circuit module by bidirectional serial communication.
The interface module has a first calculation means for inputting a position detection signal from a motor with an encoder, performing a position or speed control calculation based on the command and the position detection signal, and outputting a control command;
The servo control device according to claim 1, wherein the main circuit module includes second calculation means for performing current control calculation based on the control command and outputting the drive signal.
前記インターフェースモジュールのみを各前記信号形態に対応する入力手段を備えたものに替え、前記主回路モジュールは替えずに使用することを特徴とする請求項1記載のサーボ制御装置。 When the signal form of the command from the outside is changed, or when the signal form of the position detection signal from the motor with an encoder is changed,
2. The servo control apparatus according to claim 1, wherein only the interface module is replaced with one having an input unit corresponding to each signal form, and the main circuit module is used without being changed.
外部からの前記指令が、トルク指令およびモータ電気角指令である制御指令であり、
前記主回路モジュールが、前記制御指令に基づいて電流制御演算を行ない、前記駆動信号を出力する演算手段を有することを特徴とするサーボ制御装置。 An interface module having command input means for inputting a command from the outside and serial conversion means for converting the command into a serial signal, an inverter for converting a DC drive current into an AC drive current based on the drive signal, and a motor drive current A servo control device for performing data transmission between the interface module and the main circuit module by bidirectional serial communication.
The command from the outside is a control command that is a torque command and a motor electrical angle command,
The servo control device according to claim 1, wherein the main circuit module has a calculation means for performing a current control calculation based on the control command and outputting the drive signal.
前記インターフェースモジュールが、エンコーダ付きモータからの位置検出信号を入力する入力手段と、前記指令をシリアル信号に変換して出力する第1の演算手段と、を有し、
前記主回路モジュールが、前記指令および前記位置検出信号に基づいてサーボ制御演算を行ない、前記駆動信号を出力する第2の演算手段を有することを特徴とするサーボ制御装置。 An interface module having command input means for inputting a command from the outside; a main circuit module having an inverter for converting a DC drive current into an AC drive current based on a drive signal; and a current detection means for detecting a motor drive current; In a servo control device that performs data transmission between the interface module and the main circuit module by bidirectional serial communication,
The interface module includes input means for inputting a position detection signal from a motor with an encoder, and first calculation means for converting the command into a serial signal and outputting the serial signal.
The servo control device, wherein the main circuit module includes second calculation means for performing a servo control calculation based on the command and the position detection signal and outputting the drive signal.
前記インターフェースモジュールのみを各前記信号形態に対応する入力手段を備えたものに替え、前記主回路モジュールは替えずに使用することを特徴とする請求項6記載のサーボ制御装置。 When the signal form of the command from the outside is changed, or when the signal form of the position detection signal from the motor with an encoder is changed,
7. The servo control device according to claim 6, wherein only the interface module is replaced with one having input means corresponding to each signal form, and the main circuit module is used without being changed.
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