JP2023088149A - Synchronous operation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理的には繋がっていない複数の機械を同期させて運転する同期運転装置に関するものである。 The present invention relates to a synchronous operation device for synchronizing and operating a plurality of machines that are not physically connected.
従来、複数のモータにより駆動されるそれぞれの機械の回転速度や回転位置を、相互に精度良く同期させて運転する同期運転装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a synchronous operation device that operates by synchronizing the rotational speeds and rotational positions of machines driven by a plurality of motors with high accuracy.
図4に、特許文献1に示される従来の同期運転装置を示す。スレーブ2は、モータ206によってギア208を介して駆動される機械207と、マスター1からの基準速度指令をギア208のギア比の逆数倍して出力する速度指令変換器201と、マスター1からの基準位置指令と位置センサ210出力の回転位置との偏差を増幅して出力する位置制御器202と、速度指令変換器201の出力と位置制御器202の出力を加算する加算器203と、加算器203の出力を速度指令に速度センサ209出力の回転速度が追従するようなトルク指令を出力する速度制御器204と、速度制御器204の出力トルクにモータ206の出力トルクが追従するようにモータ206を制御するトルク制御器205と、を備える。モータ206にはモータ206の回転速度を検出する速度センサ209が付属し、機械207には機械207の回転位置を検出する位置センサ210が付属している。以上の構成により、マスター1からの基準位置指令どおりに機械207の回転位置を制御することができる。
FIG. 4 shows a conventional synchronous operation device disclosed in
スレーブ3は、図示されていないがスレーブ2と同じ構成であり、モータ306、ギア308、機械307、速度センサ309、位置センサ310、速度指令変換器301、位置制御器302、加算器303、速度制御器304、トルク制御器305で構成されている。スレーブ3のギア308はスレーブ2のギア208と異なるギア比としても、速度指令変換器301においてマスター1からの基準速度指令をギア308のギア比の逆数倍して出力することで、スレーブ2の機械207の回転位置とスレーブ3の機械307の回転位置を同じにすることができる。
Although not shown, the slave 3 has the same configuration as the
図5に、特許文献2に示される従来の同期運転装置を示す。スレーブ4は、モータ206、位置センサ211と、ギア208と、機械207と、速度変換器219と、位置変化分検出器214,220と、総合ドロー比設定器218と、乗算器212,213と、加減算器215と、累積器216と、増幅器217と、加算器203と、速度制御器204と、トルク制御器205と、を備える。
FIG. 5 shows a conventional synchronous operation device disclosed in
乗算器212は、マスター1からの基準速度指令と総合ドロー比設定器218出力との積を求めてモータ206の回転速度相当の指令として出力する。位置変化分検出器214は、マスター1からの基準位置指令の所定周期Ts間の変化分ΔP0を出力する。ΔP0は、乗算器213で総合ドロー比設定器218出力倍されてモータ206のTs間の回転位置変化分相当となる。一方、位置変化分検出器220は、モータ206の回転位置を検出する位置センサ211の出力を入力してモータ206のTs間の回転位置変化分ΔCnを出力する。加減算器215は、乗算器213出力の位置変化分の指令相当から位置変化分検出器220出力のモータ位置変化分を減算することで位置変化分の偏差を求める。それは、累積器216に入力されて累積されることで位置偏差相当となり増幅器217を介して位置偏差を抑制するための速度指令となって、加算器203で乗算器212出力と加算することで、モータ206の速度指令となる。速度変換器219は、位置センサ211の出力を入力して微分演算処理を行ってモータ206の回転速度を出力する。速度制御器204は、加算器203出力の速度指令と速度変換器219出力との偏差を増幅してトルク指令として出力する。トルク制御器205はモータ206の出力トルクが速度制御器204出力のトルク指令どおりとなるようにモータ206を制御する。以上の構成で、モータ206の回転速度をマスター1からの基準速度指令に総合ドロー比設定器218出力の総合ドロー比を乗じた値にすることができ、機械207の回転速度をギア208のギア比倍したものとすることができる。
The
スレーブ5は、図示されていないがスレーブ4と同じ構成であり、モータ506と、位置センサ511と、ギア508と、機械507と、速度変換器519と、位置変化分検出器520,514と、総合ドロー比設定器518と、乗算器512,513と、加減算器515と、累積器516と、増幅器517と、加算器503と、速度制御器504と、トルク制御器505と、を備える。例えば、スレーブ4の総合ドロー比設定器218出力をギア208にギア比の逆数とし、スレーブ5の総合ドロー比設定器518出力をギア508にギア比の逆数とすれば、ギア208とギア508のギア比が異なっても機械207と機械507の回転速度を同じにすることができる。
Although not shown, the slave 5 has the same configuration as the slave 4, and includes a motor 506, a position sensor 511, a gear 508, a machine 507, a speed converter 519, position change detectors 520 and 514, A total draw ratio setter 518 , multipliers 512 and 513 , an adder/subtractor 515 , an accumulator 516 , an amplifier 517 , an adder 503 , a speed controller 504 and a torque controller 505 are provided. For example, if the output of the general
しかし、特許文献1に開示された同期運転装置によれば、モータと機械との物理ギアのギア比として任意の値を選択することができるが、機械に高精度な位置センサが必要となる。また、特許文献2において累積器216の初期値について示されていない。累積器216や累積器516の初期値が正しく設定されていないと、機械207と機械507の回転位置関係を所定値に固定できる絶対同期運転が実現できないことになる。
However, according to the synchronous operation device disclosed in
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、高精度な位置センサを必要とせず、且つ絶対同期運転を実現可能な同期運転装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention, which has been made in view of such circumstances, is to provide a synchronous operation device that does not require a highly accurate position sensor and can realize an absolutely synchronous operation.
上記課題を解決するため、一実施形態に係る同期運転装置は、複数のスレーブを備える同期運転装置であって、前記スレーブはそれぞれ、機械と、該機械を駆動するモータと、前記モータの回転位置に応じて回転方向の極性付きのパルスを出力する位置センサと、前記モータの1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力するモータ原点センサと、前記機械の1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力する機械原点センサと、前記モータを制御する制御装置とを備え、マスターからの、位置指令クリア指令と、該位置指令クリア指令がオン時は0とし該位置指令クリア指令がオフ時は基準機械の基準速度指令を積分させた基準位置指令とを、所定周期毎に受信し、前記制御装置は、電源投入直後から前記位置指令クリア指令が一旦オンしてからオフ直前まで0でその後1となる指令完了フラグを出力する指令完了フラグ演算器と、前記位置センサ、前記モータ原点センサ、及び前記機械原点センサから、前記機械の回転位置Cnの初期値Cn0と、該初期値Cn0を出力する時点に0から1に変化する原点完了フラグとを出力する初期位置検出器と、前記位置指令クリア指令がオン時には回転位置指令Pnをクリアし、前記位置指令クリア指令がオフ時には前記基準位置指令の変化分ΔP0を用いて求められた位置指令変化分ΔPnだけ前記回転位置指令Pnを更新する回転位置指令演算器と、前記原点完了フラグが1の状態に前記Cn0を初期値として前記位置センサの出力パルスを累積することで前記機械の回転位置Cn求めて出力する機械回転位置演算器とを備え、前記指令完了フラグと前記原点完了フラグとの積が0の時は所定速度指令で前記モータの回転速度を制御し、前記積が1の時は前記回転位置指令Pnに前記機械の回転位置Cnが追従するように前記モータを制御する。 In order to solve the above problems, a synchronous operation device according to one embodiment is a synchronous operation device including a plurality of slaves, the slaves each having a machine, a motor for driving the machine, and a rotational position of the motor. a position sensor for outputting a pulse with polarity in the direction of rotation according to the rotation direction; a motor origin sensor for outputting a pulse for determining one predetermined position during one rotation of the motor; and a one predetermined position during one rotation of the machine. Equipped with a mechanical origin sensor for outputting a pulse for determining a position, and a control device for controlling the motor, a position command clear command from the master, and when the position command clear command is set to 0 when on, the position command clear command When is off, it receives a reference position command obtained by integrating the reference speed command of the reference machine at predetermined intervals, and the control device receives the position command clear command immediately after the power is turned on until immediately before it is turned off. an initial value Cn0 of the rotational position Cn of the machine, and the initial value from a command completion flag calculator that outputs a command completion flag that becomes 1 after 0; an initial position detector that outputs an origin complete flag that changes from 0 to 1 at the time Cn0 is output; a rotational position command Pn is cleared when the position command clear command is ON; a rotational position command calculator for updating the rotational position command Pn by a position command change amount ΔPn obtained using the reference position command change amount ΔP0; a machine rotation position computing unit that calculates the rotation position Cn of the machine by accumulating the output pulses of the position sensor and outputs the result; The rotational speed of the motor is controlled, and when the product is 1, the motor is controlled so that the rotational position Cn of the machine follows the rotational position command Pn.
また、上記課題を解決するため、一実施形態に係る同期運転装置は、複数のスレーブを備える同期運転装置であって、前記スレーブはそれぞれ、機械と、該機械を駆動するモータと、前記モータの回転位置に応じて回転方向の極性付きのパルスを出力する位置センサと、前記モータの1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力するモータ原点センサと、前記機械の1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力する機械原点センサと、前記モータを制御する制御装置とを備え、マスターからの、位置指令クリア指令と、該位置指令クリア指令がオン時は0とし該位置指令クリア指令がオフ時は基準機械の基準速度指令を積分させた基準位置指令とを、所定周期毎に受信し、前記制御装置は、電源投入直後から前記位置指令クリア指令が一旦オンしてからオフ直前まで0でその後1となる指令完了フラグを出力する指令完了フラグ演算器と、前記位置センサ、前記モータ原点センサ、及び前記機械原点センサから、前記機械の回転位置Cnの初期値Cn0と、該初期値Cn0を出力する時点に0から1に変化する原点完了フラグとを出力する初期位置検出器と、前記指令完了フラグを前記所定周期毎にサンプリングし、前記指令完了フラグが0の時は0とし、前記指令完了フラグが1の時は前記基準位置指令の前記所定周期間の変化分ΔP0を用いて求められた位置指令変化分ΔPnとした値ΔPnxを出力する同期位置指令変化分演算器と、前記原点完了フラグを前記所定周期毎にサンプリングし、前記原点完了フラグが0の時は0とし、前記原点完了フラグが1へ変化した時は前記回転位置Cnとし、前記原点完了フラグが1の時は前記位置センサの前記所定周期間の出力パルス数ΔCnとした値ΔCnxを出力する絶対機械回転位置変化分演算器と、電源投入直後の位置偏差Piを0とし、前記基準位置指令を受信する毎に、前記位置偏差Piを、前記値ΔPnxと前記値ΔCnxの差ΔPiだけ更新し、前記指令完了フラグと前記原点完了フラグとの積が0の時は所定速度指令で前記モータの回転速度を制御し、前記積が1の時は前記位置偏差Piが0となるように前記モータを制御する。 Further, in order to solve the above problems, a synchronous operation device according to one embodiment is a synchronous operation device including a plurality of slaves, wherein the slaves each include a machine, a motor for driving the machine, and a drive for driving the motor. A position sensor that outputs a pulse with polarity in the direction of rotation according to the rotational position, a motor origin sensor that outputs a pulse for determining a predetermined position at one point during one rotation of the motor, and one point during one rotation of the machine. and a control device for controlling the motor, the position command clear command from the master and the position command clear command are set to 0 when on and the position command When the clear command is off, the reference position command obtained by integrating the reference speed command of the reference machine is received at predetermined intervals, and the control device turns off the position command clear command once after the power is turned on. an initial value Cn0 of the rotational position Cn of the machine obtained from the position sensor, the motor origin sensor, and the mechanical origin sensor; an initial position detector that outputs an origin completion flag that changes from 0 to 1 at the time of outputting an initial value Cn0; and a synchronous position command change amount calculator for outputting a value ΔPnx as a position command change amount ΔPn obtained by using the change amount ΔP0 between the predetermined cycles of the reference position command when the command completion flag is 1. , the origin completion flag is sampled at the predetermined intervals, and when the origin completion flag is 0, it is set to 0; when the origin completion flag changes to 1, it is set to the rotational position Cn; When the absolute mechanical rotation position change calculator outputs a value ΔCnx as the number of output pulses ΔCn of the position sensor during the predetermined period, and the position deviation Pi immediately after the power is turned on is set to 0, and the reference position command is received. every time, the positional deviation Pi is updated by the difference ΔPi between the value ΔPnx and the value ΔCnx, and when the product of the command completion flag and the origin completion flag is 0, the rotation speed of the motor is increased by a predetermined speed command. The motor is controlled so that the positional deviation Pi becomes zero when the product is one.
さらに、一実施形態において、前記機械が前記モータによってギア比Da/Dbの物理ギアで駆動される場合であって、前記機械が前記基準機械とギア比Ea/Ebの仮想のギアで連結されているとして、前記位置センサの1回転当たりの出力パルス数をPmnとし、前記基準位置指令が前記基準機械の1回転で0からPm0-1の範囲の整数で変化するとして、(Db*Ea*Pmn)/(Da*Eb*Pm0)の既約分数を総合ギア比An/Bnと定義して、前記位置指令変化分ΔPnは、前記変化分ΔP0を用いて
ΔPn=(An*ΔP0+F)/Bn
で求められ、前記Fは前回のΔPnを得る際の除算での余りとしてもよい。
Further, in one embodiment, when the machine is driven by the motor with physical gears having a gear ratio of Da/Db, the machine is coupled to the reference machine with virtual gears having a gear ratio of Ea/Eb. Assuming that the number of output pulses per one rotation of the position sensor is Pmn, and that the reference position command changes by an integer in the range of 0 to Pm0-1 in one rotation of the reference machine, (Db*Ea*Pmn )/(Da*Eb*Pm0) is defined as the total gear ratio An/Bn.
and the F may be the remainder of the division when obtaining the previous ΔPn.
さらに、一実施形態において、前記機械が前記モータによってギア比Da/Dbの物理ギアで駆動される場合であって、前記初期位置検出器は、前記ギア比Da/Dbが1未満の場合は前記機械原点センサのパルス出力時から前記モータ原点センサのパルス出力までの間の前記位置センサの出力パルス数を計測することで前記回転位置Cnの初期値を設定し、前記ギア比Da/Dbが1超過の場合は前記モータ原点センサのパルス出力時から前記機械原点センサのパルス出力までの間の前記位置センサの出力パルス数を計測することで前記回転位置Cnの初期値を設定し、前記ギア比Da/Dbが1の場合は、前記モータ原点センサのパルス出力時点によって前記回転位置Cnの初期値を設定してもよい。 Further, in one embodiment, when the machine is driven by the motor with a physical gear having a gear ratio Da/Db, the initial position detector detects the The initial value of the rotational position Cn is set by measuring the number of output pulses of the position sensor between the pulse output of the mechanical origin sensor and the pulse output of the motor origin sensor, and the gear ratio Da/Db is set to 1. In the case of excess, the initial value of the rotational position Cn is set by measuring the number of output pulses of the position sensor between the pulse output of the motor origin sensor and the pulse output of the mechanical origin sensor, and the gear ratio When Da/Db is 1, the initial value of the rotational position Cn may be set according to the pulse output timing of the motor origin sensor.
さらに、一実施形態において、前記基準位置指令を受信するタイミングを入力して、PLL(Phase Locked Loop)処理により前記タイミングの平均的時点と前記タイミングとの差であるばらつき時間を求め、該ばらつき時間に応じて位置指令補正値を求め、該位置指令補正値で前記回転位置指令Pnを補正してもよい。 Furthermore, in one embodiment, the timing for receiving the reference position command is input, the variation time is obtained by PLL (Phase Locked Loop) processing, which is the difference between the average point of the timing and the timing, and the variation time is calculated. A position command correction value may be obtained according to the position command correction value, and the rotational position command Pn may be corrected with the position command correction value.
さらに、一実施形態において、前記基準位置指令を受信するタイミングを入力して、PLL処理により前記タイミングの平均的時点と前記タイミングとの差であるばらつき時間を求め、該ばらつき時間に応じて位置指令補正値を求め、該位置指令補正値で前記位置偏差Piを補正してもよい。 Furthermore, in one embodiment, the timing for receiving the reference position command is input, the variation time, which is the difference between the average time point of the timing and the timing, is obtained by PLL processing, and the position command is determined according to the variation time. A correction value may be obtained, and the position deviation Pi may be corrected with the position command correction value.
さらに、一実施形態において、前記スレーブは、前記位置指令クリア指令がオンの時は位置指令クリア中信号をセットして前記マスターに送信し、前記位置指令クリア指令がオフから所定時間経過後に前記位置指令クリア中信号をクリアして前記マスターに送信し、前記マスターは、全てのスレーブからのセットされた前記位置指令クリア中信号を受信するまで前記位置指令クリア指令のオンを継続するようにし、前記マスターは、前記位置指令クリア指令のオン時間が所定値を超えた場合、又は前記位置指令クリア指令のオンを送信していないにも係わらずセットされた前記位置指令クリア中信号を受信した場合に異常と判断してもよい。 Further, in one embodiment, when the position command clear command is on, the slave sets a position command clearing signal and transmits it to the master, and after a predetermined time has passed since the position command clear command is off, the position command clear command is turned off. clearing a command clearing signal and transmitting it to the master, the master continuing to turn on the position command clearing command until receiving the set position command clearing signal from all the slaves; When the ON time of the position command clear command exceeds a predetermined value, or when the master receives the position command clearing signal that is set even though the ON of the position command clear command has not been transmitted. It can be judged as abnormal.
さらに、一実施形態において、前記初期位置検出器は、前記モータ原点センサ又は前記機械原点センサの出力パルスが矩形波の場合に、該矩形波の立上り又は立下りエッジからその逆のエッジまでの間の前記位置センサの出力パルス数を計測し、計測値が所定範囲内の場合に前記モータ原点センサ又は前記機械原点センサの出力パルスが有効と判断してもよい。 Furthermore, in one embodiment, when the output pulse of the motor origin sensor or the mechanical origin sensor is a square wave, the initial position detector detects the position between the rising edge or the falling edge of the square wave and the opposite edge thereof. The output pulse number of the position sensor may be measured, and if the measured value is within a predetermined range, it may be determined that the output pulse of the motor origin sensor or the mechanical origin sensor is valid.
さらに、一実施形態において、前記各スレーブは、前記マスターから受信した基準速度指令に基づいて前記モータを駆動した状態とし、前記マスターは、前記位置指令クリア指令がオン状態で、前記スレーブの中の所定の1つのスレーブから、前記回転位置指令Pnと前記回転位置Cnとの差を位置偏差として受信し、該位置偏差の絶対値が最小になるタイミングで前記位置指令クリア指令をオフしてもよい。 Further, in one embodiment, each of the slaves drives the motor based on the reference speed command received from the master, and the master controls the position command clear command in the ON state, A difference between the rotational position command Pn and the rotational position Cn may be received as a position deviation from a predetermined slave, and the position command clear command may be turned off at the timing when the absolute value of the position deviation becomes minimum. .
さらに、一実施形態において、前記各スレーブは、前記マスターから受信した基準速度指令に基づいて前記モータを駆動した状態とし、前記マスターは、前記位置指令クリア指令がオン状態で、前記スレーブの中の所定の1つのスレーブから、前記位置偏差Piを受信し、該位置偏差Piの絶対値が最小になるタイミングで前記位置指令クリア指令をオフしてもよい。 Further, in one embodiment, each of the slaves drives the motor based on the reference speed command received from the master, and the master controls the position command clear command in the ON state, The positional deviation Pi may be received from a predetermined slave, and the positional command clear command may be turned off at the timing when the absolute value of the positional deviation Pi becomes minimum.
本発明によれば、高精度な位置センサを必要とせず、且つ絶対同期運転を実現可能な同期運転装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the synchronous operation apparatus which can implement|achieve an absolute synchronous operation without requiring a highly accurate position sensor can be provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1に基づいて、本発明の第1の実施形態に係る同期運転装置10について説明する。同期運転装置10は、複数のスレーブを備える。スレーブは3台以上であってもよいが、ここではスレーブ60とスレーブ61の2台のスレーブ構成について示しており、図示していないがスレーブ61の内部構成はスレーブ60と同じとする。スレーブ60は、モータ206によってギア208を介して駆動される機械207を備える。機械207には、機械207の1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力する機械原点センサ223が付いている。
(First embodiment)
A
モータ206には、モータ206の回転位置に応じて回転方向の極性付きのパルスを出力する位置センサ211と、モータ206の1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力するモータ原点センサ222が付いている。位置センサ211とモータ原点センサ222は、回転位置に応じて矩形波状で位相が90度ずれたA信号及びB信号と、1回転に1回の矩形波状のZ信号とを出力するインクリメンタルエンコーダであってもよい。
The
図2は、上述したインクリメンタルエンコーダの出力波形例を示す図である。位置センサ211のパルスが出力は、図2のA信号およびB信号の立上りや立下りのエッジと等価となる。
FIG. 2 is a diagram showing an output waveform example of the incremental encoder described above. The pulse output of the
マスター1とスレーブ60,61とは、通信ケーブル234により、例えばEtherCAT(登録商標)のような高速で同期性のあるフィールドネットワークによる通信で、情報のやりとりを行う。
The
マスター1は、所定周期毎に、基準機械の基準速度指令と、位置指令クリア指令と、基準位置指令とを複数のスレーブ60,61に同時に送信する。基準位置指令は、位置指令クリア指令がオン時は0とし、該位置指令クリア指令がオフ時はマスター1から送信される基準速度指令を積分させたものとする。
The
モータ206を制御する制御装置30は、速度制御器204と、トルク制御器205と、速度変換器219と、位置変化分検出器220,232と、初期位置検出器224と、機械回転位置演算器225と、加算器226,250と、位置制御器227と、加減算器228と、回転位置指令演算器229と、位置指令変化分演算器230と、送受信処理器233と、乗算器236,237,251と、指令完了フラグ演算器240と、PLL252と、速度指令変換器261と、を備える。
A
送受信処理器233は、マスター1から所定周期毎に、基準機械の基準速度指令と、位置指令クリア指令と、基準位置指令とを受信し、位置偏差Piをマスター1へ送信する。ここで、「基準機械」とは、基準となる仮想の機械であるが、複数のスレーブのうちの基準とする機械であってもよい。スレーブ61に装備されている送受信処理器においても、送受信処理器233と同じタイミングでマスター1から、基準速度指令と、位置指令クリア指令と、基準位置指令とを受信する。
The transmission/
位置変化分検出器232は、送受信処理器233出力の基準位置指令の変化分ΔP0を位置指令変化分演算器230に出力する。
The position
位置指令変化分演算器230は、位置指令変化分ΔPnを求め、回転位置指令演算器229に出力する。具体的には、ギア208のモータ206側の歯数をDaとし機械207側の歯数をDbとし、基準機械と機械207が仮想ギアで連結されていると仮定した際の該仮想ギアの基準機械側の歯数をEaとし機械207側の歯数をEbとし、基準位置指令が基準機械の1回転で0からPm0-1の範囲の整数で変化するとして、位置センサ211の1回転当たりの出力パルス数をPmnとして、(Db*Ea*Pmn)/(Da*Eb*Pm0)の既約分数を総合ギア比An/Bnと定義すると、位置指令変化分ΔPnを
ΔPn=(An*ΔP0+F)/Bn (1)
で求める。ここで(1)式の変数は全て整数値であり、Fは前回のΔPnを得る際のBnによる除算での余りである。よって次回の演算用に
An*ΔP0+F-ΔPn*Bn (2)
で余りFを更新する必要がある。これにより、位置指令変化分ΔPnを累積誤差無しで求めることが可能となる。
The position
Ask for Here, all the variables in equation (1) are integer values, and F is the remainder of the division by Bn when obtaining the previous ΔPn. Therefore, for the next calculation, An*ΔP0+F-ΔPn*Bn (2)
It is necessary to update the remainder F with . This makes it possible to obtain the position command variation ΔPn without accumulated error.
回転位置指令演算器229は、回転位置指令Pnを求め、加減算器228に出力する。回転位置指令Pnは、送受信処理器233出力の位置指令クリア指令がオン時には0とし(クリアし)、位置指令クリア指令がオフ時には位置指令変化分演算器230出力の位置指令変化分ΔPnを累積(ΔPnだけPnを更新)したものとする。回転位置指令Pnは、機械207が1回転すると0~Pmn*Db/Da-1の間で変化することになるが、Pmn*Db/Daが整数になるとは限らないので、回転位置指令Pnは機械207が歯数Da回転で0~Pmn*Db-1の範囲で変化するとする。この処理は全てのスレーブにおいて同時に実行されるので、各スレーブの回転位置指令は絶対同期して変化することになる。
A rotational
速度指令変換器261は、基準速度指令に(Db*Ea)/(Da*Eb)を乗じることで、基準機械に仮想ギアで仮想に連結された機械207をギア208で駆動するモータ206の速度指令であるモータ基準速度指令を求めて、乗算器251と加算器226へ出力する。
The
機械原点センサ223は、機械207の1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを初期位置検出器224に出力する。
The
初期位置検出器224は、ギア208のギア比Da/Dbが1未満の場合に機械原点センサ223のパルス出力時からモータ原点センサ222のパルス出力までの間の位置センサ211の出力パルス数を計測することで機械207の回転位置Cnの初期値Cn0を設定し、機械回転位置演算器225に出力する。例えば歯数Da=3、歯数Db=5の場合、機械原点センサ223のパルス出力時からモータ原点センサ222のパルス出力までの間の位置センサ211の出力パルス数には、3つの異なった値が存在する。予めそれら3つの値が分かっているならば、機械原点センサ223の低い応答性や機械振動などで機械原点センサ223の精度の再現性が低い場合でも、機械原点センサ223のパルス出力時からモータ原点センサ222のパルス出力までの間の位置センサ211の出力パルス数を計測した結果と予め分かっている3つの値とを比較して最も近いものを選択して使用することで、正確な機械原点センサ223の出力位置を求めることができる。その結果、機械207の正しい回転位置Cnを初期値Cn0として得ることができる。
The
同様な考え方で、ギア比Da/Dbが1超過の場合は、モータ原点センサ222のパルス出力時から機械原点センサ223のパルス出力までの間の位置センサ211の出力パルス数を計測することで、回転位置Cnの初期値Cn0を設定できる。また、ギア比Da/Dbが1の場合は、モータ原点センサ222のパルス出力時点によって回転位置Cnの初期値Cn0を設定する。
In a similar way of thinking, when the gear ratio Da/Db exceeds 1, by measuring the number of output pulses of the
また、初期位置検出器224は、電源投入後初めて初期値Cn0を得るまで0でその後1となる原点完了フラグFoを乗算器236に出力する。
Also, the
位置変化分検出器220は、モータ206の回転位置を検出する位置センサ211の出力パルスを入力して、モータ206の回転位置変化分ΔCnを機械回転位置演算器225に出力する。
The
機械回転位置演算器225は、Cn0を初期値として、位置変化分検出器220による位置センサ211出力の変化量ΔCnを累積することで、機械207の回転位置Cnを求め、加減算器228に出力する。ここで回転位置Cnは、回転位置指令Pnと同様に、機械207がDa回転で0~Pmn*Db-1の範囲で変化する。加減算器228は、回転位置指令Pnと回転位置Cnとの差を位置偏差Piとして求め、送受信処理器233及び加算器250に出力する。
The machine
PLL252は、送受信処理器233がマスター1より基準位置指令を受信したタイミングを入力して、PLL処理により該タイミングと該タイミングの平均的時点との差である処理ばらつき時間Δtを求め、乗算器251に出力する。
The
乗算器251は、処理ばらつき時間Δtと、速度指令変換器261が出力する基準速度指令とを乗算し、処理ばらつき時間Δt相当の位置指令補正値Phnを得る。
A
加算器250は、加減算器228で得られた位置偏差Piを位置指令補正値Phnだけ補正することで、機械回転位置演算器225出力の回転位置Cnを得たタイミングと同じタイミングでの位置偏差を得ることができる。
The
指令完了フラグ演算器240は、位置指令クリア指令を入力し、電源投入直後から位置指令クリア指令が一旦オンしてからオフ直前まで0でその後1となる指令完了フラグFrを出力する。
A command completion
位置制御器227は、位置偏差を増幅して速度指令補正値として乗算器237に出力する。
乗算器236,237及び加算器226は、指令完了フラグFrと原点完了フラグFoとが共に1であるときだけ位置制御器227の出力を速度指令変換器261出力のモータ基準速度指令に加算して速度制御器204に入力する。
The
速度変換器219は、位置センサ211の出力を入力して微分演算処理を行ってモータ206の回転速度を出力する。
A
速度制御器204は、加算器226出力の速度指令と速度変換器219出力との偏差を増幅してトルク指令として出力する。
The
トルク制御器205は、モータ206の出力トルクが速度制御器204の出力トルク指令どおりとなるようにモータ206を制御する。
A
上述した指令完了フラグ演算器240と、位置制御器227と、乗算器236,237と、加算器226と、速度変換器219と、速度制御器204と、トルク制御器205とにより、指令完了フラグFrと原点完了フラグFoが共に1になるまでは、速度指令変換器261出力のモータ基準速度指令による速度制御のみとなるが、指令完了フラグFrと原点完了フラグFoが共に1となった後は、位置偏差Piが0となるように動作する。すなわち、指令完了フラグFrと原点完了フラグFoとの積が0の時は速度指令変換器261出力のモータ基準速度指令でモータ206の回転速度を制御し、積が1の時は回転位置指令Pnに機械207の回転位置Cnが追従するようにモータ206を制御する。
Command
上述した式(1)の導出について、以下に説明する。基準位置指令がΔP0だけ変化することは、基準機械がΔP0/Pm0回転したことになる。基準機械と機械207との間にはギア比Ea/Ebの仮想ギアで連結されていると仮定しているので、基準位置指令がΔP0だけ変化することは機械207が(Ea/Eb)*(ΔP0/Pm0)だけ回転することになる。モータ206はギア比Da/Dbのギア208で機械207と連結されているので、基準位置指令がΔP0だけ変化することはモータ206がDb/Da*Ea/Eb*ΔP0/Pm0だけ回転することになる。1回転当たりPmnのパルスを出力する位置センサ211の位置指令変化分ΔPnとの関係は、
ΔPn/Pmn=(Db/Da)*(Ea/Eb)*(ΔP0/Pm0) (3)
となることから、
ΔPn=An*ΔP0/Bn (4)
となる。式(4)のBnによる除算が割り切れない場合は、誤差が累積されてしまうので、式(1)のように除算の余りを次回の計算に繰り越すようにしている。
The derivation of the above equation (1) will be explained below. A change in the reference position command by ΔP0 means that the reference machine has rotated by ΔP0/Pm0. Since it is assumed that the reference machine and the
ΔPn/Pmn=(Db/Da)*(Ea/Eb)*(ΔP0/Pm0) (3)
Since
ΔPn=An*ΔP0/Bn (4)
becomes. If the division by Bn in Equation (4) is not divisible, the error is accumulated, so the remainder of the division is carried over to the next calculation as in Equation (1).
初期位置検出器224は、モータ原点センサ222又は機械原点センサ223の出力波形が図2のZ信号のように矩形波の場合、該波形の立上りエッジ又は立下りエッジから逆のエッジまでの期間の位置センサ211の出力パルス数を計測し、所定範囲内か否かでモータ原点センサ222又は機械原点センサ223が有効か否かを判別する(所定範囲内の場合に出力パルスが有効と判断する)。例えば図2の場合は、Z信号の立下りエッジから立上りエッジまでの期間に位置センサ211の出力パルス相当のA信号やB信号のエッジの回数が4となっている。つまり、Z信号の立下りエッジから立上りエッジまでの期間の位置センサ211の出力パルス相当総数が4以外の場合は無効のZ信号と判断して無視することとし、4の場合は有効と判断して例えばZ信号の立下りエッジポイントをモータ原点センサ222や機械原点センサ223の出力パルスポイントとする。このようにすることで、モータ原点センサ222や機械原点センサ223の出力の誤検知を抑制することができ、モータ原点センサ222や機械原点センサ223の出力にノイズが混入して正常な同期運転ができなくなるという問題の発生を抑制することが可能となる。
When the output waveform of the
同期運転される各スレーブの機械の回転位置は回転位置指令Pnとの位置偏差が0になるように制御されるので、位置制御開始時点において該位置偏差が非常に大きい機械は回転速度を大きく変化させて位置偏差を最小化するように動作する。よって、回転速度を大きく変化させることで不具合が発生する機械の同期運転は困難となる。そのため、さらに以下の処理を行ってもよい。 Since the rotational position of each slave machine operated synchronously is controlled so that the positional deviation from the rotational position command Pn becomes 0, machines with a very large positional deviation at the start of position control will greatly change their rotational speeds. to minimize the position deviation. Therefore, it is difficult to synchronize the operation of machines in which problems occur due to a large change in rotational speed. Therefore, the following processing may be further performed.
マスター1が、位置指令クリア指令オンと基準速度指令を送信し、各スレーブからの位置偏差を受信している状態において、各スレーブはPn=0で位置制御を止めて基準速度指令に基づいて各スレーブのモータ206を駆動した状態となっている。この状態で、例えばスレーブ60から受信した位置偏差の絶対値が最小になるタイミングで位置指令クリア指令をオフする。そうすると、スレーブ60は位置偏差が最小になった時点で位置制御を開始することになるので、位置制御による速度補正が小さくて済み、位置制御に移行する際の過渡状態を最小に抑制することが可能となる。
In the state where the
マスター1からの位置指令クリア指令を全てのスレーブ60,61が正常に受信できない場合は、正常な同期運転ができなくなる。そのため、さらに以下の処理を行ってもよい。スレーブ60,61は、位置指令クリア指令がオンの時は位置指令クリア中信号をセットしてマスター1に送信し、位置指令クリア指令がオフから所定時間経過後に位置指令クリア中信号をクリアしてマスター1に送信する。マスター1は、全てのスレーブからのセットされた位置指令クリア中信号を受信するまで位置指令クリア指令のオンを継続して送信する。マスター1は、位置指令クリア指令のオン時間が所定値を超えた場合、又は位置指令クリア指令のオンを送信していないにも係わらずセットされた位置指令クリア中信号を受信した場合に異常と判断する。
If all the
(第2の実施形態)
次に、図3に基づいて、本発明の第2の実施形態に係る同期運転装置11について説明する。同期運転装置11は、複数のスレーブを備える。スレーブは3台以上であってもよいが、ここではスレーブ70とスレーブ71の2台のスレーブ構成について示しており、図示していないがスレーブ71の内部構成はスレーブ70と同じとする。
(Second embodiment)
Next, a
モータ206を制御する制御装置33は、速度制御器204と、トルク制御器205と、速度変換器219と、位置変化分検出器220,232と、初期位置検出器224と、絶対機械回転位置変化分演算器235と、加算器226,250と、位置制御器227と、位置指令変化分演算器230と、送受信処理器233と、乗算器236,237,251と、累積器238と、加減算器239と、指令完了フラグ演算器240と、同期位置指令変化分演算器241と、PLL252と、速度指令変換器261と、を備える。スレーブ70の構成において、図1のスレーブ60の構成と同じものについては説明を省略する。
A
同期位置指令変化分演算器241は、指令完了フラグ演算器240から指令完了フラグFrを入力し、位置指令変化分演算器230から位置指令変化分ΔPnを入力する。そして、同期位置指令変化分演算器241は、指令完了フラグFrを所定周期毎にサンプリングし、指令完了フラグFrが0の時は0とし、指令完了フラグFrが1の時は基準位置指令の所定周期間の変化分ΔP0を用いて求められた位置指令変化分ΔPnとした値ΔPnxを加減算器239に出力する。
Synchronous position
絶対機械回転位置変化分演算器235は、初期位置検出器224から原点完了フラグFoと回転位置Cnの初期値Cn0を入力し、位置変化分検出器220からモータ206の回転位置変化分ΔCnを入力する。そして、原点完了フラグFoを所定周期毎にサンプリングし、原点完了フラグFoが0の時は0とし、原点完了フラグFoが1へ変化した時は回転位置Cnとし、原点完了フラグFoが1の時は位置センサ211の所定周期間の出力パルス数ΔCnとした値ΔCnxを加減算器239に出力する。
The absolute mechanical rotational
加減算器239は、ΔPnxとΔCnxとの差ΔPiを累積器238に出力する。
The adder/subtractor 239 outputs the difference ΔPi between ΔPnx and ΔCnx to the
累積器238は、ΔPiを累積して位置偏差Piとする。位置偏差Piは、電源投入直後は0であり、基準位置指令を受信する毎に、値ΔPnxと値ΔCnxの差ΔPiだけ更新される。この位置偏差Piは、図1に示した第1の実施形態の位置偏差Piと全く同じものとなる。
(効果)
次に、本発明による効果について説明する。請求項1又は請求項2に係る発明によれば、スレーブ2の機械60,61に高精度な位置センサを取り付ける必要がなくなる。また、請求項1に係る発明により機械位置の初期値を正しく設定でき、請求項2に係る発明により位置偏差の初期値を正しく設定でき、請求項1又は請求項2に係る発明により全てのスレーブの位置指令を同時にクリアできることで、特許文献2に記載された累積器216の初期値設定と等価となるので、絶対同期運転を実現することが可能となる。
(effect)
Next, the effects of the present invention will be described. According to the invention according to
また、特許文献1に記載の同期運転装置においては、スレーブ2の機械207とスレーブ3の機械307とを仮想のギアで連結されているのと等価となるように両者の機械間の仮想ギア比による速度比を設定することができないという問題がある。この点、請求項3に係る発明によれば、仮想ギア比を考慮した位置指令変化分を得ることができるため、この問題を解決することが可能となる。
Further, in the synchronous operation device described in
また、特許文献2において、任意の小数点以下の値をもつギア比の場合に、乗算器213で倍精度浮動小数点演算を行ったとしても必ず演算誤差が存在することになり、それが累積器216によって累積されることで、スレーブ4の機械207とスレーブ5の機械507の回転位置の同期性が保てなくなる。それを回避するために、特許文献2では整数化定数を導入しているが、それはギア比の有効桁数が有限である場合にしか適用できない。例えばギア比=3/7の場合は、その逆数が無限小数なので整数化定数を使っても徐々に同期がずれてしまうという問題がある。この点、請求項3に係る発明によれば、累積誤差無しで位置指令変化分を得ることができるため、スレーブの機械間の回転位置の同期性を保つことができ、この問題を解決することが可能となる。
Further, in
また、機械の絶対回転位置を得るために機械の1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力する機械原点センサが使用されるが、一般的に機械原点センサは応答が遅く機械の回転速度に応じて所定位置検出ずれが発生する可能性がある。また機械の振動によっても所定位置検出ずれが発生する可能性がある。それを回避するために、機械原点センサの代わりに高速応答で精度の高いモータ軸のモータ原点センサを使用することが提案されている。しかし、モータと機械が物理ギアで連結されていると、モータ原点センサ出力から機械の位置を一義的に決定できなくなるのでモータ原点センサで代用することができなくなるという問題がある。この点、請求項4に係る発明によれば、この問題を解決することが可能となる。 Also, in order to obtain the absolute rotational position of the machine, a mechanical origin sensor is used that outputs a pulse that determines one predetermined position during one rotation of the machine. Predetermined position detection deviation may occur depending on the speed. Machine vibrations may also cause deviation in detection of the predetermined position. In order to avoid this, it has been proposed to use a motor origin sensor of the motor shaft with high speed response and high accuracy instead of the mechanical origin sensor. However, if the motor and machine are connected by physical gears, the position of the machine cannot be uniquely determined from the output of the motor origin sensor, so there is a problem that the motor origin sensor cannot be used as a substitute. In this regard, according to the invention according to claim 4, it is possible to solve this problem.
また、特許文献2の各スレーブにおいて、位置変化分検出器220による検出タイミングのばらつきで基準位置指令変化分と回転位置変化分との間に時間的誤差が発生してしまうという問題がある。例えば各スレーブがマスターからシリアル通信で基準位置指令を受信して使用する場合、基準位置指令が所定周期Ts毎にマスターから送信されたとしても受信処理や割込み処理などによりスレーブ側の処理タイミングにはばらつきが発生する。つまり、マスターは時刻t1時点の基準位置指令を送信したつもりでも、スレーブ側ではt1+ΔT1時点に位置変化分検出器220による検出をしたり、t1+ΔT2時点に検出をしたりすることになり、実際の位置偏差とスレーブが持つ位置偏差が一致しないことになり、それによって速度制御を補正することから処理ポイントのばらつきによって速度リプルなどを発生してしまう。この点、請求項5又は請求項6に係る発明によれば、位置変化分検出器による検出時点のずれ時間を検知し、回転位置指令や位置偏差をそのずれ時間に応じて補正することできるため、この問題を解決することが可能となる。
Further, in each slave of
また、マスター1からの位置指令クリア指令を全てのスレーブ60,61が正常に受信できない場合は、正常な同期運転ができなくなるという問題がある。この点、請求項7に係る発明によれば、上述した理由により、この問題の発生を抑制することが可能となる。
Moreover, if all the
また、モータ原点センサや機械原点センサの出力にノイズが混入すると、正常な同期運転ができなくなるという問題がある。この点、請求項8に係る発明によれば、上述した理由により、この問題の発生を抑制することが可能となる。 Also, if noise is mixed in the output of the motor origin sensor or the mechanical origin sensor, there is a problem that normal synchronous operation cannot be performed. In this regard, according to the eighth aspect of the invention, it is possible to suppress the occurrence of this problem for the reason described above.
また、同期運転される各スレーブの機械の回転位置は回転位置指令との位置偏差が0になるように制御されるので、位置制御開始時点において該位置偏差が非常に大きい機械は回転速度を大きく変化させて位置偏差を最小化するように動作する。よって、回転速度を大きく変化させることで不具合が発生する機械の同期運転は困難となるという問題がある。この点、請求項9、10に係る発明によれば、位置制御による速度補正が小さくて済み、位置制御に移行する際の過渡状態を最小に抑制することができるため、この問題を解決することが可能となる。なお、特開2008-125183号公報では、機械の機械原点センサの出力でマスターから出力される基準位置指令をクリアすることを提案している。しかし、該機械の機械原点センサの出力をマスターに接続しなければならないという問題がある。この点、請求項9又は請求項10に係る発明によれば、マスター1と各スレーブ間の情報の交換を双方向通信で実現している場合は、機械原点センサ223の出力をマスター1に接続する必要がなく、この問題を解決することが可能となる。
In addition, since the rotational position of each slave machine operated synchronously is controlled so that the positional deviation from the rotational position command becomes 0, the machine with a very large positional deviation at the start of position control increases the rotational speed. It operates to minimize the positional deviation by changing. Therefore, there is a problem that the synchronous operation of the machines, in which problems occur due to a large change in the rotation speed, becomes difficult. In this respect, according to the inventions of
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを統合したり、1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions may be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as limited by the embodiments described above, and various modifications and changes are possible without departing from the scope of the claims. For example, it is possible to integrate a plurality of configuration blocks described in the configuration diagrams of the embodiments, or to divide one configuration block.
本発明により、各スレーブのモータと機械間の物理ギアのギア比を任意の値にすることができ、また基準機械と各スレーブの機械間の任意のギア比での仮想ギアを設定可能であることから、各スレーブ間の機械を仮想ギアで連結したのと等価な絶対同期運転が可能となり、さまざまなシステムへの適用が可能となる。また、同期精度を劣化させることなく精度の低い機械原点センサが使用可能となり、また簡単な処理でモータ原点センサや機械原点センサのノイズ対策を講ずることができることからシステムの低コスト化となる。そして、位置制御開始時点において回転速度を大きく変化させることができない機械にも適用可能である。 According to the present invention, the gear ratio of the physical gear between the motor of each slave and the machine can be set to any value, and the virtual gear can be set with any gear ratio between the reference machine and each slave machine. Therefore, absolute synchronous operation equivalent to connecting machines between slaves with virtual gears is possible, and application to various systems is possible. In addition, a low-precision mechanical origin sensor can be used without deteriorating the synchronization accuracy, and noise countermeasures for the motor origin sensor and the mechanical origin sensor can be taken with a simple process, resulting in a low cost system. Also, it can be applied to a machine whose rotational speed cannot be greatly changed at the start of position control.
1 マスター
10,11 同期運転装置
30,33 制御装置
60,61,70,71 スレーブ
227 位置制御器
226,250 加算器
204 速度制御器
205 トルク制御器
206 モータ
207 機械
208 ギア
211 位置センサ
219 速度変換器
220,232 位置変化分検出器
222 モータ原点センサ
223 機械原点センサ
224 初期位置検出器
225 機械回転位置演算器
228,239 加減算器
229 回転位置指令演算器
230 位置指令変化分演算器
233 送受信処理器
234 通信ケーブル
235 絶対機械回転位置変化分演算器
236,237,251 乗算器
238 累積器
240 指令完了フラグ演算器
241 同期位置指令変化分演算器
252 PLL(Phase Locked Loop)
261 速度指令変換器
1
261 speed command converter
Claims (10)
前記スレーブはそれぞれ、機械と、該機械を駆動するモータと、前記モータの回転位置に応じて回転方向の極性付きのパルスを出力する位置センサと、前記モータの1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力するモータ原点センサと、前記機械の1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力する機械原点センサと、前記モータを制御する制御装置とを備え、マスターからの、位置指令クリア指令と、該位置指令クリア指令がオン時は0とし該位置指令クリア指令がオフ時は基準機械の基準速度指令を積分させた基準位置指令とを、所定周期毎に受信し、
前記制御装置は、
電源投入直後から前記位置指令クリア指令が一旦オンしてからオフ直前まで0でその後1となる指令完了フラグを出力する指令完了フラグ演算器と、
前記位置センサ、前記モータ原点センサ、及び前記機械原点センサから、前記機械の回転位置Cnの初期値Cn0と、該初期値Cn0を出力する時点に0から1に変化する原点完了フラグとを出力する初期位置検出器と、
前記位置指令クリア指令がオン時には回転位置指令Pnをクリアし、前記位置指令クリア指令がオフ時には前記基準位置指令の変化分ΔP0を用いて求められた位置指令変化分ΔPnだけ前記回転位置指令Pnを更新する回転位置指令演算器と、
前記原点完了フラグが1の状態に前記Cn0を初期値として前記位置センサの出力パルスを累積することで前記機械の回転位置Cn求めて出力する機械回転位置演算器とを備え、
前記指令完了フラグと前記原点完了フラグとの積が0の時は所定速度指令で前記モータの回転速度を制御し、前記積が1の時は前記回転位置指令Pnに前記機械の回転位置Cnが追従するように前記モータを制御する、同期運転装置。 A synchronous operation device comprising a plurality of slaves,
Each of the slaves includes a machine, a motor that drives the machine, a position sensor that outputs a pulse with polarity in the direction of rotation according to the rotational position of the motor, and a predetermined position that is detected during one rotation of the motor. A motor origin sensor that outputs a pulse for determining a position, a mechanical origin sensor that outputs a pulse for determining a predetermined position in one rotation of the machine, and a control device that controls the motor. receiving a command clear command and a reference position command obtained by setting 0 when the position command clear command is ON and integrating the standard speed command of the reference machine when the position command clear command is OFF at predetermined intervals;
The control device is
a command completion flag calculator for outputting a command completion flag that is 0 until immediately before the position command clear command is turned ON immediately after the power is turned on and then becomes 1;
The position sensor, the motor origin sensor, and the mechanical origin sensor output an initial value Cn0 of the rotational position Cn of the machine and an origin completion flag that changes from 0 to 1 at the time the initial value Cn0 is output. an initial position detector;
When the position command clear command is ON, the rotational position command Pn is cleared. a rotational position command calculator to be updated;
a machine rotational position calculator that calculates and outputs the rotational position Cn of the machine by accumulating the output pulses of the position sensor with the Cn0 as an initial value when the origin completion flag is 1;
When the product of the command completion flag and the origin completion flag is 0, the rotation speed of the motor is controlled by a predetermined speed command, and when the product is 1, the rotation position Cn of the machine is controlled by the rotation position command Pn. A synchronizing device for controlling the motors to follow.
前記スレーブはそれぞれ、機械と、該機械を駆動するモータと、前記モータの回転位置に応じて回転方向の極性付きのパルスを出力する位置センサと、前記モータの1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力するモータ原点センサと、前記機械の1回転中1箇所の所定位置を判断するパルスを出力する機械原点センサと、前記モータを制御する制御装置とを備え、マスターからの、位置指令クリア指令と、該位置指令クリア指令がオン時は0とし該位置指令クリア指令がオフ時は基準機械の基準速度指令を積分させた基準位置指令とを、所定周期毎に受信し、
前記制御装置は、
電源投入直後から前記位置指令クリア指令が一旦オンしてからオフ直前まで0でその後1となる指令完了フラグを出力する指令完了フラグ演算器と、
前記位置センサ、前記モータ原点センサ、及び前記機械原点センサから、前記機械の回転位置Cnの初期値Cn0と、該初期値Cn0を出力する時点に0から1に変化する原点完了フラグとを出力する初期位置検出器と、
前記指令完了フラグを前記所定周期毎にサンプリングし、前記指令完了フラグが0の時は0とし、前記指令完了フラグが1の時は前記基準位置指令の前記所定周期間の変化分ΔP0を用いて求められた位置指令変化分ΔPnとした値ΔPnxを出力する同期位置指令変化分演算器と、
前記原点完了フラグを前記所定周期毎にサンプリングし、前記原点完了フラグが0の時は0とし、前記原点完了フラグが1へ変化した時は前記回転位置Cnとし、前記原点完了フラグが1の時は前記位置センサの前記所定周期間の出力パルス数ΔCnとした値ΔCnxを出力する絶対機械回転位置変化分演算器と、
電源投入直後の位置偏差Piを0とし、前記基準位置指令を受信する毎に、前記位置偏差Piを、前記値ΔPnxと前記値ΔCnxの差ΔPiだけ更新し、
前記指令完了フラグと前記原点完了フラグとの積が0の時は所定速度指令で前記モータの回転速度を制御し、前記積が1の時は前記位置偏差Piが0となるように前記モータを制御する、同期運転装置。 A synchronous operation device comprising a plurality of slaves,
Each of the slaves includes a machine, a motor that drives the machine, a position sensor that outputs a pulse with polarity in the direction of rotation according to the rotational position of the motor, and a predetermined position that is detected during one rotation of the motor. A motor origin sensor that outputs a pulse for determining a position, a mechanical origin sensor that outputs a pulse for determining a predetermined position in one rotation of the machine, and a control device that controls the motor. receiving a command clear command and a reference position command obtained by setting 0 when the position command clear command is ON and integrating the standard speed command of the reference machine when the position command clear command is OFF at predetermined intervals;
The control device is
a command completion flag calculator for outputting a command completion flag that is 0 until immediately before the position command clear command is turned ON immediately after the power is turned on and then becomes 1;
The position sensor, the motor origin sensor, and the mechanical origin sensor output an initial value Cn0 of the rotational position Cn of the machine and an origin completion flag that changes from 0 to 1 at the time the initial value Cn0 is output. an initial position detector;
The command completion flag is sampled every predetermined period, and when the command completion flag is 0, it is set to 0, and when the command completion flag is 1, the variation ΔP0 of the reference position command between the predetermined cycles is used. a synchronous position command change amount calculator for outputting a value ΔPnx as the obtained position command change amount ΔPn;
The origin completion flag is sampled at each predetermined period, and when the origin completion flag is 0, it is set to 0, when the origin completion flag changes to 1, it is set to the rotational position Cn, and when the origin completion flag is 1 is an absolute mechanical rotational position change calculator that outputs a value ΔCnx as the number of output pulses ΔCn of the position sensor during the predetermined period;
setting the position deviation Pi immediately after power-on to 0, and updating the position deviation Pi by the difference ΔPi between the value ΔPnx and the value ΔCnx each time the reference position command is received;
When the product of the command completion flag and the origin completion flag is 0, the rotation speed of the motor is controlled by a predetermined speed command, and when the product is 1, the motor is operated so that the position deviation Pi becomes 0. Synchronous operation device to control.
前記機械が前記基準機械とギア比Ea/Ebの仮想のギアで連結されているとして、前記位置センサの1回転当たりの出力パルス数をPmnとし、前記基準位置指令が前記基準機械の1回転で0からPm0-1の範囲の整数で変化するとして、(Db*Ea*Pmn)/(Da*Eb*Pm0)の既約分数を総合ギア比An/Bnと定義して、前記位置指令変化分ΔPnは、前記変化分ΔP0を用いて
ΔPn=(An*ΔP0+F)/Bn
で求められ、
前記Fは前回のΔPnを得る際の除算での余りである、請求項1又は2に記載の同期運転装置。 When the machine is driven by the motor with physical gears of gear ratio Da/Db,
Assuming that the machine is connected to the reference machine by a virtual gear having a gear ratio of Ea/Eb, the number of output pulses per rotation of the position sensor is Pmn, and the reference position command is given by one rotation of the reference machine. The irreducible fraction of (Db*Ea*Pmn)/(Da*Eb*Pm0) is defined as the total gear ratio An/Bn assuming that it changes by an integer in the range of 0 to Pm0-1, and the position command change amount ΔPn is obtained by using the change ΔP0 as ΔPn=(An*ΔP0+F)/Bn
is required by
3. The synchronous operation device according to claim 1, wherein said F is a remainder of division when obtaining the previous .DELTA.Pn.
前記初期位置検出器は、
前記ギア比Da/Dbが1未満の場合は前記機械原点センサのパルス出力時から前記モータ原点センサのパルス出力までの間の前記位置センサの出力パルス数を計測することで前記回転位置Cnの初期値を設定し、
前記ギア比Da/Dbが1超過の場合は前記モータ原点センサのパルス出力時から前記機械原点センサのパルス出力までの間の前記位置センサの出力パルス数を計測することで前記回転位置Cnの初期値を設定し、
前記ギア比Da/Dbが1の場合は、前記モータ原点センサのパルス出力時点によって前記回転位置Cnの初期値を設定する、請求項1から3のいずれか一項に記載の同期運転装置。 When the machine is driven by the motor with physical gears of gear ratio Da/Db,
The initial position detector,
When the gear ratio Da/Db is less than 1, the initial rotational position Cn is determined by measuring the number of output pulses from the position sensor between the pulse output of the mechanical origin sensor and the pulse output of the motor origin sensor. set the value and
When the gear ratio Da/Db exceeds 1, the initial rotation position Cn is determined by measuring the number of output pulses from the position sensor between the pulse output of the motor origin sensor and the pulse output of the mechanical origin sensor. set the value and
4. The synchronous operation device according to claim 1, wherein when the gear ratio Da/Db is 1, the initial value of the rotational position Cn is set according to the pulse output time of the motor origin sensor.
前記マスターは、全てのスレーブからのセットされた前記位置指令クリア中信号を受信するまで前記位置指令クリア指令のオンを継続するようにし、
前記マスターは、前記位置指令クリア指令のオン時間が所定値を超えた場合、又は前記位置指令クリア指令のオンを送信していないにも係わらずセットされた前記位置指令クリア中信号を受信した場合に異常と判断する、請求項1又は2に記載の同期運転装置。 When the position command clear command is on, the slave sets a position command clear signal and transmits it to the master, and clears the position command clear signal after a predetermined time has passed since the position command clear command is off. to the master,
The master continues to turn on the position command clear command until receiving the set position command clearing signals from all the slaves,
When the ON time of the position command clear command exceeds a predetermined value, or when the master receives the position command clearing signal which is set even though the ON of the position command clear command is not transmitted. 3. The synchronous operation device according to claim 1 or 2, which judges that there is an abnormality in the
前記マスターは、前記位置指令クリア指令がオン状態で、前記スレーブの中の所定の1つのスレーブから、前記回転位置指令Pnと前記回転位置Cnとの差を位置偏差として受信し、該位置偏差の絶対値が最小になるタイミングで前記位置指令クリア指令をオフする、請求項1に記載の同期運転装置。 each of the slaves drives the motor based on the reference speed command received from the master;
The master receives, as a position deviation, the difference between the rotational position command Pn and the rotational position Cn from a predetermined one of the slaves when the position command clear command is in an ON state, and calculates the position deviation. 2. The synchronous operation device according to claim 1, wherein said position command clear command is turned off at the timing when the absolute value becomes minimum.
前記マスターは、前記位置指令クリア指令がオン状態で、前記スレーブの中の所定の1つのスレーブから、前記位置偏差Piを受信し、該位置偏差Piの絶対値が最小になるタイミングで前記位置指令クリア指令をオフする、請求項2に記載の同期運転装置。
each of the slaves drives the motor based on the reference speed command received from the master;
The master receives the positional deviation Pi from a predetermined one of the slaves while the positional command clear command is in an ON state, and outputs the positional command at the timing when the absolute value of the positional deviation Pi becomes the minimum. 3. The synchronous operation device according to claim 2, wherein the clear command is turned off.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118288514A (en) * | 2024-06-06 | 2024-07-05 | 博创智能装备股份有限公司 | Synchronous control system and method suitable for injection molding machine |
-
2021
- 2021-12-14 JP JP2021202837A patent/JP2023088149A/en active Pending
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