JP6833799B2

JP6833799B2 - Ｐｌｃに基づく位置制御装置

Info

Publication number: JP6833799B2
Application number: JP2018238546A
Authority: JP
Inventors: イ、サン−ベク
Original assignee: LS Electric Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: KR102115310B1; US10528022B2; EP3561619A1; ES2890530T3; CN110398933B; KR20190123948A; EP3561619B1; US20190332080A1; CN110398933A; JP2019192208A

Description

本発明は、ＰＬＣに基づく位置制御装置に関し、より詳細には、移動体を決定した移動位置へ正確に移動させるためのＰＬＣに基づく位置制御装置に関する。

ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）は、各種サーボ駆動装置やステッピングモータ制御駆動装置に連結されて、駆動パルスを用いて高精密度の位置制御を行う。ＰＬＣを用ると、移動体（被加工物、工具等）を設定した速度に移動して、現在の位置から設定した移動位置へ正確に移動させることができる。

駆動パルスを出力する専用ＡＳＩＣを用いるＰＬＣは、小型化が難しくて、製造原価が上昇し得る。逆に、専用ＡＳＩＣを用いないＰＬＣは、位置制御の精密度が低い。

最近は、複数のチャンネル又はモータを用いて多軸制御を行えるＰＬＣが開発されている。

本発明の目的は、移動体を決定した移動位置へ正確に移動させるためのＰＬＣに基づく位置制御装置を提供することにある。

課題を解決しようとする手段

本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置は、移動体を移動させるモータを駆動するモータ駆動モジュール、前記移動体の移動位置を決定する位置命令を入力する入力モジュール、及び前記位置命令に基づいて、前記モータ駆動モジュールを動作させる駆動パルスを出力する制御モジュールを含み、前記制御モジュールは、第１の位置制御周期内に第１の位置演算割り込みが発生すると、前記位置命令に従って位置プロファイルを生成するプロファイル生成部、前記位置プロファイルに応じて、前記第１の位置制御周期の次の第２の位置制御周期に出力される前記駆動パルスの出力数を演算するパルス演算部、及び前記第２の位置制御周期の開始時点を知らせる第２の位置演算割り込みが発生すると、前記モータ駆動モジュールに前記パルス演算部で演算された出力数を有する前記駆動パルスを出力する駆動制御部を含んでいてもよい。

前記制御モジュールは、前記第１、２の位置演算割り込みを発生させる第１の割り込み発生部、及び前記第２の位置制御周期の開始時点前に、前記駆動パルスを出力するためのパルス割り込みを発生させる第２の割り込み発生部をさらに含んでいてもよい。

前記プロファイル生成部は、前記位置命令に従って、前記第２の位置制御周期に出力される前記駆動パルスの出力速度情報及び出力数情報を含む前記位置プロファイルを生成することができる。

前記パルス演算部は、前記駆動パルスの出力数を貯蔵するバッファを含んでいてもよい。

前記駆動制御部は、前記パルス割り込みを入力する際、前記パルス演算部で演算された前記駆動パルスの出力のため起動した後、前記第２の位置演算割り込みが発生すると、前記駆動パルスを出力することができる。

前記第１の割り込み発生部は、前記駆動パルスを出力すると同時に、前記パルス演算部で前記第２の位置制御周期の次の第３の位置制御周期に出力される次の駆動パルスの出力数が演算されるように第３の位置演算割り込みを発生することができる。

前記駆動制御部は、前記第３の位置演算割り込みの発生時点が、前記第３の位置制御周期の開始時点に発生したかを確認することができる。

前記駆動制御部は、前記第３の位置演算割り込みの発生時点が前記第３の位置制御周期の開始時点より早いと、前記第３の位置制御周期の次の第４の位置制御周期に出力される次の駆動パルスの出力速度を遅く補正することができる。

前記駆動制御部は、前記第３の位置演算割り込みの発生時点が前記第３の位置制御周期の開始時点より遅いと、前記第３の位置制御周期の次の第４の位置制御周期に出力される次の駆動パルスの出力速度を早く補正することができる。

本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置は、設定した位置制御周期別に駆動パルスの個数及び速度を補正することで、位置制御周期別に累積する誤差を減らせる利点がある。

また、本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置は、多軸制御のための位置演算割り込みを、設定した位置制御周期に従って順次に発生させることで、位置制御周期に発生する駆動パルスの遅延を防止できる利点がある。

本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置を示した制御ブロック図である。本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置から出力される駆動パルスを示したタイミング図である。本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置に対する動作方法を示した手順図である。図３に示した（Ｓ１３０）に対する動作方法を示した手順図である。図３に示した（Ｓ１７０）に対する動作方法を示した手順図である。

前述した目的、特徴及び長所は、添付の図面を参照して詳細に後述されており、これによって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明の技術思想を容易に実施することができる。本発明を説明するにおいて、本発明に係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合には詳説を省略する。以下では、添付の図面を参照して、本発明による好ましい実施形態を詳説する。図面における同じ参照符号は、同一又は類似の構成要素を指すものに使われる。

図１は、本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置を示した制御ブロック図である。

図１を参照すれば、ＰＬＣに基づく位置制御装置１００は、入力モジュール１１０、モータ駆動モジュール１２０及び制御モジュール１３０を含んでいてもよい。

ここで、入力モジュール１１０は、使用者又は作業者によって移動体の移動位置を決定するための位置命令（ａ）を入力することができる。

モータ駆動モジュール１２０は、複数の軸を制御するサーボモータを動作させて、移動体を移動位置に移動することができる。

実施形態において、モータ駆動モジュール１２０は、制御モジュール１３０から出力される駆動パルスに応じて、前記複数の軸を制御する複数のサーボモータ（未図示）を動作させることができる。

制御モジュール１３０は、第１、２の割り込み発生部１３１、１３３、プロファイル生成部１３５、パルス演算部１３７及び駆動制御部１３９を含んでいてもよい。

位置命令（ａ）が入力されると、第１の割り込み発生部１３１は、位置命令（ａ）に対応する位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）が生成されるように第１の位置演算割り込み（ｉｎｔ１）を発生させる。

その後、第１の割り込み発生部１３１は、プロファイル生成部１３５へ第１の位置演算割り込み（ｉｎｔ１）を出力する。

第１の位置演算割り込み（ｉｎｔ１）を出力した後、第１の割り込み発生部１３１は、プロファイル生成部１３５で生成された位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に基づいて、位置制御周期に従って位置演算割り込み（ｉｎｔ）を発生させる。

第１の位置演算周期内に位置命令（ａ）が入力されて、第１の割り込み発生部１３１から出力された第１の位置演算割り込み（ｉｎｔ１）が入力されると、プロファイル生成部１３５は、位置命令（ａ）に対応する位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を生成することができる。

ここで、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）は、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度情報及び出力数情報を含んでいてもよい。

すなわち、プロファイル生成部１３５は、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）に対し、入力モジュール１１０から入力された位置命令（ａ）に基づいて生成することができる。

パルス演算部１３７は、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に基づいて、第１の位置制御周期の次の第２の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数を演算する。パルス演算部１３７は、演算された駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数をバッファ１３８に貯蔵することができる。

このとき、第２の割り込み発生部１３３は、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に応じて、第２の位置制御周期に同期して、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）が発生する前に、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）を出力するためのパルス割り込み（ｐｕｌｓｅｉｎｔ）を発生させて駆動制御部１３９に出力することができる。

第２の割り込み発生部１３３からパルス割り込み（ｐｕｌｓｅｉｎｔ）が入力されると、駆動制御部１３９は、パルス演算部１３７で演算された駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力のために駆動される。第１の割り込み発生部１３１から第２の位置制御周期の開始時点であることを知らせる第２の位置演算割り込み（ｉｎｔ２）が入力されると、駆動制御部１３９は、駆動パルス（ｐｕｌｓｅｉｎｔ）をモータ駆動モジュール１２０に出力することができる。

第２の位置演算割り込み（ｉｎｔ２）を出力した後、第１の割り込み発生部１３１は、第２の位置制御周期の次の第３の位置制御周期の開始時点であることを知らせる第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）を発生することができる。

このとき、駆動制御部１３９は、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の発生時点又は入力時点が、第３の位置制御周期の開始時点に発生したかを確認することができる。

第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の発生時点が第３の位置制御周期の開始時点より早いと、駆動制御部１３９は、第３の位置制御周期の次の第４の位置制御周期に出力される次の駆動パルスの出力速度を遅く補正することができる。

また、第３の位置演算割り込みの（ｉｎｔ３）発生時点が第３の位置制御周期の開始時点より遅いと、駆動制御部１３９は、第３の位置制御周期の次の第４の位置制御周期に出力される次の駆動パルスの出力速度を早く補正することができる。

このように、駆動制御部１３９は、位置演算割り込み（ｉｎｔ）の発生時点と位置制御周期の開始時点を比較して、次の位置制御周期に出力される駆動パルスの出力速度を調節する。これによって、位置制御周期の開始時点の遅延を防止できる利点がある。

また、駆動制御部１３９は、複数のサーボモータそれぞれの位置制御周期の開始時点を、設定した時間間隔に可変させる。これによって、複数のサーボモータそれぞれに供給される駆動パルスによる遅延を防止できる利点がある。

図２は、本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置から出力される駆動パルスを示したタイミング図である。

図２は、第１〜第５の位置演算割り込み（ｉｎｔ１〜ｉｎｔ５）、パルス割り込み（ｐｕｌｓｅｉｎｔ）及び補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）の発生時点及びこれによる駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）が供給されるタイミング図である。

駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）が出力されない第１の位置制御周期内に位置命令が入力されると、制御モジュール１３０は、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を生成すると同時に、第２の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数を演算するため第１の位置演算割り込み（ｉｎｔ１）を発生させる。

制御モジュール１３０は、第１の位置制御周期の終了時点前に、パルス割り込み（ｆｉｎｔ）を発生させて、第２の位置制御周期と同期化し、次の第２の位置制御周期の開始時点前に駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）を出力することができる。

このとき、制御モジュール１３０は、第２の位置制御周期の開始時点に第３の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数を演算する第２の位置演算割り込み（ｉｎｔ２）を発生させる。

制御モジュール１３０は、第２の位置制御周期の終了時点又は第３の位置制御周期の開始時点に、第４の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数を演算する第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）を発生させる。

また、制御モジュール１３０は、第２の位置制御周期の終了時点又は第３の位置制御周期の開始時点に、第４の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度を補正するための補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）を発生させる。

補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）は、第３の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の遅延を防止するために、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度を補正するための割り込みを意味する。

補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）が発生すると、制御モジュール１３０は、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の発生時点を第３の位置制御周期の開始時点と比較して、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度を補正することができる。

このように、制御モジュール１３０は、現在の位置制御周期と次の位置制御周期との間に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の遅延を防止することができる。

制御モジュール１３０は、第３の位置制御周期の終了時点又は第４の位置制御周期の開始時点に、第５の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数を演算する第４の位置演算割り込み（ｉｎｔ４）を発生させる。制御モジュール１３０は、前述した手続きを繰り返して行い、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に記録された位置制御終了時点まで駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度を補正することができる。

図３は、本発明によるＰＬＣに基づく位置制御装置に対する動作方法を示した手順図である。

図３を参照すれば、位置制御装置１００の制御モジュール１３０は、第１の位置制御周期内に位置命令（ａ）が入力されると、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を生成することができる（Ｓ１１０）。

制御モジュール１３０は、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に応じて、第１の位置演算割り込み（ｉｎｔ１）を発生させて、第１の位置制御周期の次の第２の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数を演算することができる（Ｓ１２０）。

制御モジュール１３０は、第２の位置制御周期の開始時点又は第１の位置制御周期の終了時点前、すなわち、第２の位置制御周期に連動して、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力のためのパルス割り込み（ｐｕｌｓｅｉｎｔ）を発生させる（Ｓ１３０）。

その後、制御モジュール１３０は、第２の位置制御周期の開始時点を知らせる第２の位置演算割り込み（ｉｎｔ２）が発生すると、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）をモータ駆動モジュール１２０に出力することができる（Ｓ１４０）。

制御モジュール１３０は、第２の位置演算割り込み（ｉｎｔ２）の発生時点、すなわち、第２の位置制御周期の開始時点に、次の第３の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）数を演算することができる（Ｓ１５０）。

制御モジュール１３０は、第３の位置制御周期の開始時点に、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）及び補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）が発生する（Ｓ１６０）。

制御モジュール１３０は、補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）が発生すると、第３の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度を補正することができる（Ｓ１７０）。

制御モジュール１３０は、第３の位置制御周期に速度が補正された駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）をモータ駆動モジュール１２０へ供給することができ（Ｓ１８０）、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に応じて、位置制御周期が終了する時点まで（Ｓ１５０）〜（Ｓ１７０）ステップを繰り返す。

例えば、制御モジュール１３０は、位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に応じて位置制御周期が４回で終了すると、第３の位置制御周期の開始時点に、次の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）及び駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度を補正することができる。

図４は、図３に示した（Ｓ１３０）に対する動作方法を示した手順図である。

図４を参照すれば、制御モジュール１３０は、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力のためのパルス割り込み（ｐｕｌｓｅｉｎｔ）を第２の位置演算割り込み（ｉｎｔ２）が発生する前に発生させる（Ｓ２１０）。

制御モジュール１３０は、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数が設定数より大きいかを判断して（Ｓ２２０）、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数が設定数より大きければ、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）が出力中であるかを判断することができる（Ｓ２３０）。

ここで、制御モジュール１３０は、ステップ（Ｓ２２０）において、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数が設定数の以下であるか、ステップ（Ｓ２３０）において、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）が出力中であれば、パルス割り込み（ｐｕｌｓｅｉｎｔ）の発生を終了する。

ステップ（Ｓ２３０）において、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）が出力中ではないと判断されると、制御モジュール１３０は、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度又は周期、補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）数を位置プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）に応じて設定することができる（Ｓ２４０）。

図５は、図３に示した（Ｓ１７０）に対する動作方法を示した手順図である。

補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）が発生すると、制御モジュール１３０は、第３の位置制御周期に出力される駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力数が設定数より大きいかを判断する（Ｓ３１０）。

制御モジュール１３０は、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の入力時点が、設定した第３の位置制御周期の開始時点と同様であるを判断する（Ｓ３２０）。

第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の入力時点と第３の位置制御周期の開始時点が同様であると判断されると、制御モジュール１３０は、後述する（Ｓ３６０）ステップを行う。

また、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の入力時点と第３の位置制御周期の開始時点が同様でなければ、制御モジュール１３０は、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の入力時点が第３の位置制御周期の開始時点より早いかを判断する（Ｓ３３０）。

ステップ（Ｓ３３０）の後、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の入力時点が第３の位置制御周期の開始時点より早いと判断されると、制御モジュール１３０は、入力時点と開始時点の差異だけ駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度を遅く補正する（Ｓ３４０）。

ステップ（Ｓ３３０）の後、第３の位置演算割り込み（ｉｎｔ３）の入力時点が第３の位置制御周期の開始時点より遅いと判断されると、制御モジュール１３０は、入力時点と開始時点の差異だけ駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度を早く補正する（Ｓ３５０）。

ステップ（Ｓ３４０）及びステップ（Ｓ３５０）の後、制御モジュール１３０は、駆動パルス（ｐｕｌｓｅ）の出力速度又は周期、補正割り込み（ＤＭＡｉｎｔ）数を再び設定する（Ｓ３６０）。

前述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者にとって、本発明の技術思想を脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、前述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではない。

Claims

移動体を移動するモータを駆動させるモータ駆動モジュール；
前記移動体の移動位置を決定する位置命令を入力する入力モジュール；及び、
前記位置命令に基づいて、前記モータ駆動モジュールを動作させる駆動パルスを出力する制御モジュールを含み、
前記制御モジュールは、
位置制御周期に従って生成される第１、２、３の位置演算割り込みを発生させる第１の割り込み発生部；
第１の位置制御周期内に第１の位置演算割り込みが発生すると、前記位置命令に従って位置プロファイルを生成するプロファイル生成部；
前記位置プロファイルに応じて、前記第１の位置制御周期の次の第２の位置制御周期に出力される前記駆動パルスの出力数を演算するパルス演算部；及び、
前記第２の位置制御周期の開始時点を知らせる第２の位置演算割り込みが発生すると、前記モータ駆動モジュールに前記パルス演算部で演算された出力数を有する前記駆動パルスを出力する駆動制御部を含み、
前記駆動制御部は、
前記第３の位置演算割り込みの発生時点が、前記第３の位置制御周期の開始時点に発生したかを確認するものであり、
前記駆動制御部は、
前記第３の位置演算割り込みの発生時点が前記第３の位置制御周期の開始時点より早いと確認した場合、前記第３の位置制御周期の次の第４の位置制御周期に出力される次の駆動パルスの出力速度を遅く補正するものであり、
前記駆動制御部は、
前記第３の位置演算割り込みの発生時点が前記第３の位置制御周期の開始時点より遅いと確認した場合、前記第３の位置制御周期の次の第４の位置制御周期に出力される次の駆動パルスの出力速度を早く補正する、
ＰＬＣに基づく位置制御装置。
前記制御モジュールは、
前記第２の位置制御周期の開始時点前に、前記駆動パルスを出力するためのパルス割り込みを発生させる第２の割り込み発生部をさらに含む、
請求項１に記載のＰＬＣに基づく位置制御装置。
前記プロファイル生成部は、
前記位置命令に従って、前記第２の位置制御周期に出力される前記駆動パルスの出力速度情報及び出力数情報を含む前記位置プロファイルを生成する、
請求項２に記載のＰＬＣに基づく位置制御装置。
前記パルス演算部は、
前記駆動パルスの出力数を貯蔵するバッファを含む、
請求項２に記載のＰＬＣに基づく位置制御装置。
前記駆動制御部は、
前記パルス割り込みを入力する際、前記パルス演算部で演算された前記駆動パルスの出力のために起動した後、前記第２の位置演算割り込みが発生すると、前記駆動パルスを出力する、
請求項２に記載のＰＬＣに基づく位置制御装置。
前記第１の割り込み発生部は、
前記駆動パルスを出力すると同時に、前記パルス演算部で前記第２の位置制御周期の次の第３の位置制御周期に出力される次の駆動パルスの出力数が演算されるように第２の位置演算割り込みを発生する、
請求項２に記載のＰＬＣに基づく位置制御装置。