制御・計測システム

高い測定精度を実現する制御系を開発するために，ラジアル軸の制御には従 来の制御システムを用い，それに加えて測定に関わる回転駆動系と直線駆動系 のコントローラには専用のパーソナルコンピュータ(PC)を用い，カウンタで計 測された現在位置とコントローラ内部で作成される指令位置との位置偏差に基 づいて制御指令値の計算を行う．そして，その制御指令値はPCから D/A変換 器を介してサーボアンプへ送り，モータへの指令電流を一定周期で制御し，安 定した回転駆動と直進駆動を実現する．また，高精度な測定のために検出器の 変位をレーザ測長機で計測し，その変位量を同じ制御用PCに取り込んでいる．

実験機の制御・計測システムでは，各軸の制御安定性をより高めるための制 御系を検討することを目的として，2 種類の制御方法を使い分けることができ るような構成にした．その制御・計測装置の構成要素をTable 3.19，サーボドラ イバの仕様をTable 3.20，制御系の構成を Figure 3.11に示す．

第1の制御方法は，インテリジェントサーボドライバの機能を使用し，パル ス発生器から出力された位置指令に追従するようにサーボドライバで制御を行 ってモータを駆動する位置指令制御系である．第2の制御方法は，サーボドラ イバをアンプとして使用し，PCを使用したコントローラにて各エンコーダの計 測値を元にリアルタイムに指令値を作成してモータを駆動するソフトウェアサ ーボによるトルク指令制御系である．

Table 3.19 Components of control and measurement equipment Function Specifications

Controler CPU / Memory Pentium3 1.26GHz / 512MB

(PC) OS Linux RedHat 7.2 kernel-2.4.7-10

Counter Model (Maker) PCI-6205C (Interface)

Input signal Difference input (A,B,Z-phase) Counter size 24bit

Input frequency Max. 2MHz

Digital Input Model (Maker) PCI-2702C (Interface) Number of input 64

Input voltage 5V(DC) Response time 0.1μs

D/A converter Model (Maker) PCI-3523A (Interface)

Resolution 12bit

Output voltage ±10V Settling time 10μsec

Pulse generator Model (Maker) ServoFixer SFH-PC/AT (Servo Land) Number of control 2

Pulse frequency 2Mpps/1axis，1Mpps/2axes

Table 3.20 Specifications of servo driver Rotary Model (Maker) SVDM6-A (Servo Land)

axis Option function High resolution, synchronous Control function Position/Velocity/Torque Control power DC5V

PWM carrier frequency 25kHz

Input pulse frequency 19.99Mpps Max. (Position control mode) Input pulse level TTL single (Position control mode)

Output voltage DC±10V (Velocity/Torque control mode) Rated voltage/current 84V/5A

Peak voltage/current 84V/13A

Main power AC16 - 110V 50/60Hz Linear Model (Maker) SVDM2-A (Servo Land) axis Option function High resolution, synchronous

Control function Position/Velocity/Torque Control power DC5V

PWM carrier frequency 25kHz

Input pulse frequency 19.99Mpps Max. (Position control mode) Input pulse level TTL single (Position control mode)

Output voltage DC±10V (Velocity/Torque control mode) Rated voltage/current 59.4V/1.6A

Peak voltage/current 59.4V/3.9A

Main power AC16 - 110V 50/60Hz

PC

Pulse generator Servo Fixer

Servo driver MOVO SVDM2-A

Linear motor 160T

D/A converter PCI-3523A Counter

PCI-6205C

Servo driver MOVO SVDM6-A

DD motor QT-3802 Linear encoder

LIP481R

Rotary encoder RON806

Figure 3.11 Model of control system

１）位置指令制御系

Figure 3.12は，パルス入力による位置指令制御系のブロック線図である．こ

の位置指令制御系では，あらかじめ台形速度曲線を PC で作成し，測定開始と 同時にその台形速度曲線に相当するパルス指令をサーボドライバに出力する．

サーボドライバはパルス発生器からの指令値とフィードバックされた移動量と の位置偏差に応じてモータを駆動する．Figure 3.13 は，そのサーボドライバ内 部の制御系ブロック線図である．制御安定性を高めるためには制御パラメータ

TP，TV，KA をチューニングする．PC では，指令出力と同時に分岐された移

動量と位置指令値をカウンタにて計測する．

Figure 3.12 Block diagram of position command control system

Figure 3.13 Control block diagram of servo driver

２）トルク指令制御系

Figure 3.14は，トルク指令制御系のブロック線図である．このトルク指令制

御系では，カウンタで計測された移動量と PC で作成された位置指令値との位 置偏差に基づいて PC がコントローラの役割を果たすソフトウェアサーボ制御 を行う．PCは各モータに必要なトルクや推力を計算し，サーボドライバを介し てモータに与える電流に応じてDA変換器に対する指令をリアルタイムに制御 する．サーボドライバはアンプとしてのみ使用し，DA変換器からの電圧指令(±

10V)に比例した電流をモータに与える．

Figure 3.14 Block diagram of torque command control system

ソフトウェアサーボでは，基本的にPID制御を採用し，各軸の制御性能評価 の結果に応じて，フィードフォワード(FF)，オブザーバ(Observer)，ローパスフ ィルタ(LPF)，等を付加して制御性能の向上を図る．その詳細については，次節 で述べる．