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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023152029
(43)【公開日】2023-10-16
(54)【発明の名称】制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラム
(51)【国際特許分類】
G05B 19/042 20060101AFI20231005BHJP
【ＦＩ】
G05B19/042
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022061952
(22)【出願日】2022-04-01
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100108213
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 豊隆
(72)【発明者】
【氏名】浪江 正樹
【テーマコード（参考）】
5H220
【Ｆターム（参考）】
5H220BB09
5H220CC09
5H220CX01
5H220CX05
5H220HH01
5H220HH04
5H220HH08
5H220JJ12
5H220JJ22
5H220JJ26
5H220LL01
5H220LL03
(57)【要約】
【課題】制御周期が通信周期よりも短い制御系において制御応答性を向上させる制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラムを提供すること。
【解決手段】制御システム１００は、制御信号を受信し、対象装置２０に制御信号を出力するモータドライバ２５と、制御信号に基づいて制御される対象装置２０の物理量を測定するセンサ３０と、物理量を送信するセンサドライバ３５と、制御信号を対象装置２０に送信し、フィードバック制御を行う制御装置１０と、を備え、制御装置１０は、制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期で送信する送信部１２と、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期で受信する受信部１３と、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期Ｔｓで制御対象２０を制御する制御部１１と、を備え、第１のデータ数は、所定の制御周期Ｔｓと第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。
【選択図】図１
【解決手段】制御システム１００は、制御信号を受信し、対象装置２０に制御信号を出力するモータドライバ２５と、制御信号に基づいて制御される対象装置２０の物理量を測定するセンサ３０と、物理量を送信するセンサドライバ３５と、制御信号を対象装置２０に送信し、フィードバック制御を行う制御装置１０と、を備え、制御装置１０は、制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期で送信する送信部１２と、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期で受信する受信部１３と、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期Ｔｓで制御対象２０を制御する制御部１１と、を備え、第１のデータ数は、所定の制御周期Ｔｓと第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御信号を受信し、対象装置に前記制御信号を出力するモータドライバと、
前記制御信号に基づいて制御される前記対象装置の物理量を測定するセンサと、
前記物理量を送信するセンサドライバと、
前記物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期で前記モータドライバに送信する送信部と、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期で前記センサドライバから受信する受信部と、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部と、
を備え、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御システム。
前記制御信号に基づいて制御される前記対象装置の物理量を測定するセンサと、
前記物理量を送信するセンサドライバと、
前記物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期で前記モータドライバに送信する送信部と、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期で前記センサドライバから受信する受信部と、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部と、
を備え、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御システム。
【請求項2】
前記第１の通信周期及び前記第２の通信周期は、前記所定の制御周期の自然数倍である、
請求項１に記載の制御システム。
請求項１に記載の制御システム。
【請求項3】
前記第１の通信周期及び前記第２の通信周期が同一である場合、前記第１のデータ数及び前記第２のデータ数は同一である、
請求項１に記載の制御システム。
請求項１に記載の制御システム。
【請求項4】
前記第１の通信周期及び前記第２の通信周期が異なる場合、前記第１のデータ数及び前記第２のデータ数は異なる、
請求項１に記載の制御システム。
請求項１に記載の制御システム。
【請求項5】
前記モータドライバは、前記制御信号を所定の出力周期で前記対象装置に出力し、
前記所定の出力周期は、前記所定の制御周期と同一、又は、前記所定の制御周期よりも短くなるように設定される、
請求項１に記載の制御システム。
前記所定の出力周期は、前記所定の制御周期と同一、又は、前記所定の制御周期よりも短くなるように設定される、
請求項１に記載の制御システム。
【請求項6】
前記センサドライバは、前記物理量を所定の入力周期で前記センサから入力し、
前記所定の入力周期は、前記所定の制御周期と同一、又は、前記所定の制御周期よりも短くなるように設定される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の制御システム。
前記所定の入力周期は、前記所定の制御周期と同一、又は、前記所定の制御周期よりも短くなるように設定される、
請求項１から５のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項7】
センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置であって、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部と、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部と、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部と、
を備え、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御装置。
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部と、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部と、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部と、
を備え、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御装置。
【請求項8】
センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置で実行される制御方法であって、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信することと、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信することと、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御することと、
を含み、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御方法。
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信することと、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信することと、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御することと、
を含み、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御方法。
【請求項9】
センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置を、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部、
として機能させ、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御プログラム。
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部、
として機能させ、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、通信周期が制御周期の自然数倍でない場合でも、複数のスレーブ制御部同士を確実に同期させることが可能な同期制御システムが記載されている。この同期制御システムは、マスタ制御部と、マスタ制御部の通信周期と同期する同期クロックに基づいて制御される複数のスレーブ制御部と、を備える。複数のスレーブ制御部の各々は、共通の時間情報に基づいて、通信周期ごとに発生する同期クロックのうちの互いに共通のタイミングの同期クロックに制御周期の位相を合わせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１８２８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に記載の同期制御システムは、マスタと複数スレーブ間の制御周期の位相ずれをなくすこと、つまり、マスタと複数スレーブ間の同期を維持することを目的としている。つまり、特許文献１に記載の同期制御システムは、マスタとスレーブ間における制御応答性を高めることを全く考慮していない。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、制御周期が通信周期よりも短い制御系において制御応答性を向上させる制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラムを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る制御システムは、制御信号を受信し、対象装置に制御信号を出力するモータドライバと、制御信号に基づいて制御される対象装置の物理量を測定するセンサと、物理量を送信するセンサドライバと、物理量及び指令値に基づいて生成された制御信号を対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置と、を備え、制御装置は、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部と、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部と、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する制御部と、を備え、第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。
【0007】
この態様によれば、制御装置は、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部と、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部と、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する制御部と、を備える。第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。したがって、フィードバック制御ゲインの制御（例えば高ゲイン化）が可能となるから、対象装置に関する制御応答性を向上させる。
【0008】
上記態様において、第１の通信周期及び第２の通信周期は、所定の制御周期の自然数倍であってもよい。
【0009】
上記態様において、第１の通信周期及び第２の通信周期が同一である場合、第１のデータ数及び第２のデータ数は同一であってもよい。
【0010】
上記態様において、第１の通信周期及び第２の通信周期が異なる場合、第１のデータ数及び第２のデータ数は異なってもよい。
【0011】
上記態様において、モータドライバは、制御信号を所定の出力周期で対象装置に出力し、所定の出力周期は、所定の制御周期と同一、又は、所定の制御周期よりも短くなるように設定されてもよい。
【0012】
上記態様において、センサドライバは、物理量を所定の入力周期でセンサから入力し、所定の入力周期は、所定の制御周期と同一、又は、所定の制御周期よりも短くなるように設定されてもよい。
【0013】
本発明の他の態様に係る制御装置は、センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて生成された制御信号を対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置であって、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部と、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部と、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する制御部と、を備え、第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。
【0014】
この態様によれば、制御装置は、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部と、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部と、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する制御部と、を備える。第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。したがって、フィードバック制御ゲインの制御が可能となるから、対象装置に関する制御応答性を向上させる。
【0015】
本発明の他の態様に係る制御方法は、センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて生成された制御信号を対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置で実行される制御方法であって、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信することと、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信することと、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御することと、を含み、第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。
【0016】
この態様によれば、制御装置は、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信し、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信し、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する。第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。したがって、フィードバック制御ゲインの制御が可能となるから、対象装置に関する制御応答性を向上させる。
【0017】
本発明の他の態様に係る制御プログラムは、センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて生成された制御信号を対象装置に送信し、フィードバック制御を行う制御装置を、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する制御部、として機能させ、第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される、制御プログラム。
【0018】
この態様によれば、制御装置を、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する制御部、として機能させる。第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。したがって、フィードバック制御ゲインの制御が可能となるから、対象装置に関する制御応答性を向上させる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、制御周期が通信周期よりも短い制御系において制御応答性を向上可能である。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態に係る制御システムのネットワーク構成を示す図である。
【図2】第１実施形態に係る制御システムの制御ブロック図である。
【図3】第１実施形態に係る制御装置の物理的な構成を示す図である。
【図4】第１実施形態に係る制御システムの制御装置により実行される制御処理のフローチャートである。
【図5】第１実施形態に係る制御システムのモータドライバにより実行される制御処理のフローチャートである。
【図6】第１実施形態に係る制御システムのセンサドライバにより実行される制御処理のフローチャートである。
【図7】第１実施形態において比較例に係る制御システムの制御ブロック図の例を示す図である。
【図8a】第１シミュレーション例の指令位置を示す図である。
【図8b】第１シミュレーション例の指令速度を示す図である。
【図9a】第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された対象装置の位置を示す図である。
【図9b】第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された位置と指令位置との誤差を示す図である。
【図9c】第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【図10a】第１シミュレーション例において比較例に係る制御装置により制御された対象装置の位置を示す図である。
【図10b】第１シミュレーション例において比較例に係る制御装置により制御された位置と指令位置との誤差を示す図である。
【図10c】第１シミュレーション例において比較例に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【図11】第２実施形態に係る制御システムの制御ブロック図である。
【図12】第２実施形態に係る制御システムの制御装置により実行される制御処理のフローチャートである。
【図13】第２実施形態に係る制御システムのモータドライバにより実行される制御処理のフローチャートである。
【図14】第２実施形態に係る制御システムのセンサドライバにより実行される制御処理のフローチャートである。
【図15a】第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された対象装置の位置を示す図である。
【図15b】第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された位置と指令位置との誤差を示す図である。
【図15c】第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【0022】
図１は、本発明の実施形態に係る制御システム１００のネットワーク構成を示す図である。制御システム１００は、制御信号に基づいて制御される対象装置２０と、対象装置２０の物理量を測定するセンサ３０と、センサ３０により測定された物理量及び指令値に基づいて生成された制御信号を対象装置２０に送信し、フィードバック制御を行う制御装置１０と、を含んで構成される。
【0023】
対象装置２０は、制御信号に基づいて制御される装置であればどのようなものであってもよい。以下では、説明を具体的にするため、対象装置２０として、可動部の位置をサーボモータによって制御する装置を仮定する。この場合、後述するとおり、対象装置２０への制御が制御周期Ｔｓ毎に繰り返されることによって、物理量である位置ｙが指令値ｒに追従するように制御される。その結果、指令値ｒが目標値に収束する。また、制御信号はサーボモータの推力（トルク）である。
【0024】
センサ３０は、対象装置２０に関する任意の物理量を測定するものであってよい。例えば、対象装置２０が可動部の位置を制御する装置である場合、センサ３０は、当該可動部の位置を測定するものであればよい。
【0025】
制御装置１０、対象装置２０、及び、センサ３０は、通信ネットワークＮによって互いに通信可能に接続される。通信ネットワークＮは、有線通信又は無線通信のネットワークであってよく、例えばEtherNet/IPやEtherCAT（登録商標）等の規格に従う通信ネットワークであってもよいし、ローカル５Ｇを用いる通信ネットワークであってもよい。
【0026】
制御システム１００は、モータドライバ２５及びセンサドライバ３５をさらに含む。モータドライバ２５は、対象装置２０を制御するためのデバイスドライバである。例えば、モータドライバ２５は、制御装置１０から制御信号を受信し、対象装置２０に制御信号を出力する。センサドライバ３５は、センサ３０を制御するためのデバイスドライバである。例えば、センサドライバ３５は、センサ３０によって測定された物理量を制御装置１０に送信する。モータドライバ２５及びセンサドライバ３５は、対象装置２０及びセンサ３０と別体の構成として設けてもよいし、対象装置２０及びセンサ３０にインストールしてもよい。
【0027】
制御装置１０は、機能的な構成として、例えば、制御部１１、送信部１２及び受信部１３を有する。
【0028】
送信部１２は、制御部１１により生成された制御信号を、モータドライバ２５を介して、対象装置２０に送信する。例えば、送信部１２は、制御部１１により生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバ２５に送信する。「第１のデータ数」及び「第１の通信周期」については、図２を参照して説明する。
【0029】
受信部１３は、対象装置２０に関する物理量のデータを受信する。例えば、受信部１３は、対象装置２０に関する物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバ３５から受信する。「第２のデータ数」及び「第２の通信周期」については、図２を参照して説明する。
【0030】
制御部１１は、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する。「所定の制御周期」については、図２を参照して説明する。
【0031】
制御部１１は、指令値に対する物理量のずれが小さくなるように制御信号を生成する。制御装置１０の制御対象が対象装置２０の可動部の位置である場合、目標値及び指令値は位置に関する値となる。
【0032】
制御部１１は、センサ３０により測定された対象装置２０の物理量、及び指令値に基づいて、対象装置２０を制御するための制御信号を生成する。例えば、対象装置２０が、可動部の位置をサーボモータによって制御する装置である場合、制御信号は、サーボモータの推力（トルク）を制御する信号となる。
【0033】
＜第１実施形態＞
図２は、第１実施形態に係る制御システム１００の制御ブロック図である。以下では、制御装置１０によって対象装置２０の可動部の位置を制御する場合について説明する。第１実施形態に係る制御システム１００では、制御装置１０の所定の制御周期Ｔｓは、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ（第１の通信周期）、及び、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ（第２の通信周期）よりも短く、かつ、第１の通信周期Ｔｃと第２の通信周期Ｔｃは同一となるように設定される。
図２は、第１実施形態に係る制御システム１００の制御ブロック図である。以下では、制御装置１０によって対象装置２０の可動部の位置を制御する場合について説明する。第１実施形態に係る制御システム１００では、制御装置１０の所定の制御周期Ｔｓは、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ（第１の通信周期）、及び、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ（第２の通信周期）よりも短く、かつ、第１の通信周期Ｔｃと第２の通信周期Ｔｃは同一となるように設定される。
【0034】
最初に、制御装置１０は、指令値ｒを生成する（Ｓ１）。本例の場合、指令値ｒは位置に関する値である。制御装置１０は、生成された指令値ｒに基づいて、推力を表す制御信号ｕを生成し、制御信号ｕを出力する（Ｓ２）。なお、同図ではフィードフォワード制御ブロックを省略しているが、制御ブロックとしてフィードフォワード制御ブロックを含んでもよく、例えば、モデル追従型２自由度制御を適用してもよい。
【0035】
制御装置１０は、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ（第１の通信周期）、及び、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ（第２の通信周期）よりも短い制御周期Ｔｓ（所定の制御周期）で制御対象２０を制御する。例えば、制御装置１０は、第１の通信周期及び第２の通信周期が、制御周期Ｔｓの自然数（ｎ）倍となるように、この自然数ｎを決定する。例えば、制御周期Ｔｓは、０．１ｍｓであり、通信周期Ｔｃは、１ｍｓである場合、自然数ｎは、１０である。
【0036】
ここで、自然数ｎは、制御装置１０からモータドライバ２５に一括で送信されるデータ数（第１のデータ数）に対応し、制御装置１０がセンサドライバ３５から一括で受信するデータ数（第２のデータ数）に対応する。このように、第１のデータ数は、制御周期Ｔｓと第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、制御周期Ｔｓと第２の通信周期とに基づいて設定される。また、本第１実施形態に係る制御システム１００では、第１の通信周期及び第２の通信周期が同一であり、第１のデータ数及び第２のデータ数も「ｎ」となり同一である。
【0037】
制御装置１０は、生成された制御信号ｕを含む、第１のデータ数（ｎ）のデータを通信周期Ｔｃでモータドライバ２５に送信する（Ｓ３）。
【0038】
モータドライバ２５は、制御装置１０から制御信号ｕを受信する（Ｓ４）。モータドライバ２５は、制御信号ｕを制御対象２０に出力する（Ｓ５）。例えば、モータドライバ２５は、制御信号ｕを出力周期Ｔｏｕｔ（所定の出力周期）で対象装置２０に出力する。図２に示すように、出力周期Ｔｏｕｔは、制御周期Ｔｓと同一となるように設定されることが好ましいが、これに限られない。例えば、出力周期Ｔｏｕｔは、制御周期Ｔｓよりも短くなるように設定されてもよい。
【0039】
制御対象２０のサーボモータは、制御信号ｕである推力により制御される（Ｓ６）。ここで、制御対象２０は、制御対象２０の一部（例えば可動部）又は全部であってよい。続いて、制御対象２０の物理量の一例である位置ｙがセンサ３０により読み取られる（Ｓ７）。
【0040】
センサ３０により読み取られた物理量である位置ｙがセンサドライバ３５に入力される（Ｓ８）。センサドライバ３５は、位置ｙを入力周期Ｔｉｎ（所定の入力周期）でセンサ３０から入力する。図２に示すように、入力周期Ｔｉｎは、制御周期Ｔｓと同一となるように設定されることが好ましいが、これに限られない。例えば、入力周期Ｔｉｎは、制御周期Ｔｓよりも短くなるように設定されてもよい。
【0041】
センサドライバ３５は、位置ｙを制御装置１０に送信する（Ｓ９）。制御装置１０は、位置ｙを含む、第２のデータ数（ｎ）のデータを通信周期Ｔｃでセンサドライバ３５から受信する（Ｓ１０）。
【0042】
なお、制御装置１０から制御信号ｕが送信され、当該制御信号ｕに対応する物理量である位置ｙを制御装置１０が受信するまでの時間が、通信によるむだ時間Ｌである。したがって、往復の通信時間に対応するむだ時間Ｌは、２Ｔｃとなり、離散化した制御アルゴリズムにおけるむだ時間周期数ｄは、２ｎとなる。このような制御ループ内におけるむだ時間については、所定のスミス補償処理やＭＰＣ（Model Predictive Control）等のむだ時間を陽に扱うことが可能な制御方式を適用して対処可能である。なお、後述する第２実施形態におけるむだ時間の対処についても同様に対応可能である。
【0043】
制御装置１０は、センサドライバ３５から受信した位置ｙを制御演算処理に対してフィードバックする（Ｓ２）。
【0044】
制御装置１０は、このような制御を制御周期Ｔｓ毎に繰り返すことで、物理量である位置ｙが指令値ｒに追従するように制御を行う。その結果、指令値ｒが目標値に収束することになる。
【0045】
図３は、第１実施形態に係る制御装置１０の物理的な構成を例示する図である。制御装置１０は、演算部に相当するＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａと、記憶部に相当するＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｂと、記憶部に相当するＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｃと、通信部１０ｄと、入力部１０ｅと、表示部１０ｆと、を有する。これらの各構成は、バスを介して相互にデータ送受信可能に接続される。なお、本例では制御装置１０が一台のコンピュータで構成される場合について説明するが、制御装置１０は、複数のコンピュータが組み合わされて実現されてもよい。また、図３に示す構成は一例であり、制御装置１０はこれら以外の構成を有してもよいし、これらの構成のうち一部を有さなくてもよい。
【0046】
ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｂ又はＲＯＭ１０ｃに記憶されたプログラムを実行し、各種の制御やデータの演算及び加工を行う制御部として機能する。例えば、ＣＰＵ１０ａは、対象装置２０を制御するためのプログラム（制御プログラム）を実行する。また、ＣＰＵ１０ａは、入力部１０ｅや通信部１０ｄから種々のデータを受け取り、データの演算結果を表示部１０ｆに表示したり、ＲＡＭ１０ｂに格納したりする。
【0047】
ＲＡＭ１０ｂは、記憶部のうちデータの書き換えが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＡＭ１０ｂは、例えばＣＰＵ１０ａが実行するプログラム、そのプログラムで用いるデータを記憶してよい。なお、これらは例示であって、ＲＡＭ１０ｂには、これら以外のデータが記憶されてもよいし、これらの一部が記憶されなくてもよい。
【0048】
ＲＯＭ１０ｃは、記憶部のうちデータの読み出しが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＯＭ１０ｃは、例えば制御プログラムや、書き換えが行われないデータを記憶してよい。
【0049】
通信部１０ｄは、制御装置１０を他の機器に接続するインターフェースである。通信部１０ｄは、ＬＡＮ等の通信ネットワークに接続されてよい。
【0050】
入力部１０ｅは、ユーザからデータの入力を受け付けるものであり、例えば、キーボード及びタッチパネルを含んでよい。
【0051】
表示部１０ｆは、ＣＰＵ１０ａによる演算結果を視覚的に表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）により構成されてよい。表示部１０ｆは、例えば、制御信号や物理量を時系列で表示してよい。
【0052】
制御プログラムは、ＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃ等のコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されてもよいし、通信部１０ｄにより接続される通信ネットワークを介して提供されてもよい。制御装置１０では、ＣＰＵ１０ａが制御プログラムを実行することにより、上記で説明した様々な動作が実現される。なお、これらの物理的な構成は例示であって、必ずしも独立した構成でなくてもよい。例えば、制御装置１０は、ＣＰＵ１０ａとＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃが一体化したＬＳＩ（Large-Scale Integration）を備えてもよい。
【0053】
【0054】
まず図４を参照して、第１実施形態に係る制御システム１００の制御装置１０により実行される制御処理の一例について説明する。
【0055】
最初に、制御装置１０は、初期処理を実行する（ステップＳ１１）。初期処理には、例えば、通信周期Ｔｃと制御周期Ｔｓに基づいて一括伝送データ数ｎ（ｎ＝Ｔｃ／Ｔｓ）を決定すること、時間管理タイマを初期化（ｔ＝０）すること、及び、受信バッファでデータ数ｎのデータを受信できるまで待機すること等が含まれる。
【0056】
制御装置１０は、通信ループ処理を開始する。通信ループ処理は、通信周期毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ１２からステップＳ２０までの処理）。制御装置１０は、図１及び２に示すセンサドライバ３５から物理量を含むデータ数ｎのデータを一括で受信する（Ｓ１２）。
【0057】
制御装置１０は、制御ループ処理を開始する。制御ループ処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ１３からステップＳ１７までの処理）。
【0058】
制御ループ処理において、最初に、制御装置１０は、データ数ｎのデータのうち一のデータについて処理を実行する。制御装置１０は、フィードバック（ＦＢ）データの取り出しを実行する（Ｓ１３）。
【0059】
制御装置１０は、ＦＢデータに含まれる物理量と指令値に基づいて制御演算を実行して制御信号を生成する（Ｓ１４）。
【0060】
制御装置１０は、制御演算によって生成された推力データを格納する（Ｓ１５）。例えば、制御装置１０は、送信バッファの今制御周期における位置に推力データを格納する。
【0061】
制御装置１０は、時間管理タイマを（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）に更新する（Ｓ１６）。次に、制御装置１０は、制御ループ処理を終了するか否か判定する。例えば、制御装置１０は、更新された時間管理タイマ（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）が通信周期Ｔｃ以上であるか否かを判定する（Ｓ１７）。ステップＳ１７においてＮｏの場合は、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１７においてＹｅｓの場合は、制御ループ処理を抜けてステップＳ１８に進む。
【0062】
制御装置１０は、時間管理タイマを「０」（ゼロ）に戻し（Ｓ１８）、データ数ｎのデータを一括して、図１及び２に示すモータドライバ２５に送信する（Ｓ１９）。
【0063】
制御装置１０は、通信ループ処理を終了するか否か判定する（Ｓ２０）。この判定がＮｏである場合には、ステップＳ１２に戻る。他方で、この判定がＹｅｓである場合に、通信ループ処理を抜けて本処理が終了する。
【0064】
次に、図５を参照して、第１実施形態に係る制御システム１００のモータドライバ２５により実行される制御処理の一例について説明する。
【0065】
最初に、モータドライバ２５は、初期処理を実行する（ステップＳ３１）。初期処理には、例えば、通信周期Ｔｃと出力周期Ｔｏｕｔに基づいて一括伝送データ数ｎ（ｎ＝Ｔｃ／Ｔｏｕｔ）を決定すること、時間管理タイマを初期化（ｔ＝０）すること、及び、受信バッファでデータ数ｎのデータを受信できるまで待機すること等が含まれる。
【0066】
モータドライバ２５は、通信ループ処理を開始する。通信ループ処理は、通信周期毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ３２からステップＳ３８までの処理）。モータドライバ２５は、図１及び２に示す制御装置１０から制御信号を含むデータ数ｎのデータを一括で受信する（Ｓ３２）。
【0067】
モータドライバ２５は、出力ループ処理を開始する。出力ループ処理は、出力周期Ｔｏｕｔ毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ３３からステップＳ３６までの処理）。
【0068】
出力ループ処理において、最初に、モータドライバ２５は、データ数ｎのデータのうち一のデータについて処理を実行する。モータドライバ２５は、推力データの取り出しを実行する（Ｓ３３）。例えば、モータドライバ２５は、受信バッファのデータ数ｎのデータから今出力周期用のデータを取り出す。
【0069】
モータドライバ２５は、取り出した推力データを制御対象２０に出力する（Ｓ３４）。
【0070】
モータドライバ２５は、時間管理タイマを（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）に更新する（Ｓ３５）。次に、モータドライバ２５は、出力ループ処理を終了するか否か判定する。例えば、制御装置１０は、更新された時間管理タイマ（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）が通信周期Ｔｃ以上であるか否かを判定する（Ｓ３６）。ステップＳ３６においてＮｏの場合は、ステップＳ３３に戻り、ステップＳ３６においてＹｅｓの場合は、出力ループ処理を抜けてステップＳ３７に進む。
【0071】
モータドライバ２５は、時間管理タイマを「０」（ゼロ）に戻す（Ｓ３７）。
【0072】
モータドライバ２５は、通信ループ処理を終了するか否か判定する（Ｓ３８）。この判定がＮｏである場合には、ステップＳ３２に戻る。他方で、この判定がＹｅｓである場合に、通信ループ処理を抜けて本処理が終了する。
【0073】
図６を参照して、第１実施形態に係る制御システム１００のセンサドライバ３５により実行される制御処理の一例について説明する。
【0074】
最初に、センサドライバ３５は、初期処理を実行する（ステップＳ４１）。初期処理には、例えば、通信周期Ｔｃと入力周期Ｔｉｎに基づいて一括伝送データ数ｎ（ｎ＝Ｔｃ／Ｔｉｎ）を決定すること、及び、時間管理タイマを初期化（ｔ＝０）すること等が含まれる。
【0075】
センサドライバ３５は、通信ループ処理を開始する。通信ループ処理は、通信周期毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ４２からステップＳ４８までの処理）。また、センサドライバ３５は、入力ループ処理を開始する。入力ループ処理は、入力周期Ｔｉｎ毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ４２からステップＳ４５までの処理）。
【0076】
入力ループ処理において、最初に、センサドライバ３５は、データ数ｎのデータのうち一のデータについて処理を実行する。センサドライバ３５は、センサ３０で測定された物理量の入力処理を実行する（Ｓ４２）。
【0077】
センサドライバ３５は、物理量を測定データとして格納する（Ｓ４３）。例えば、センサドライバ３５は、送信バッファの今入力周期における位置に計測データを格納する。
【0078】
センサドライバ３５は、時間管理タイマを（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）に更新する（Ｓ４４）。次に、センサドライバ３５は、入力ループ処理を終了するか否か判定する。例えば、センサドライバ３５は、更新された時間管理タイマ（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）が通信周期Ｔｃ以上であるか否かを判定する（Ｓ４５）。ステップＳ４５においてＮｏの場合は、ステップＳ４２に戻り、ステップＳ４５においてＹｅｓの場合は、入力ループ処理を抜けてステップＳ４６に進む。
【0079】
【0080】
センサドライバ３５は、通信ループ処理を終了するか否か判定する（Ｓ４８）。この判定がＮｏである場合には、ステップＳ４２に戻る。他方で、この判定がＹｅｓである場合に、通信ループ処理を抜けて本処理が終了する。
【0081】
ここで、図７を参照して、第１実施形態において比較例に係る制御システム１００Ａの制御ブロック図の例を説明する。この比較例は、後述するシミュレーション結果における「比較例」である。
【0082】
比較例に係る制御システム１００Ａでは、制御装置１０の所定の制御周期Ｔｓは、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ（第１の通信周期）、及び、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ（第２の通信周期）と同一、かつ、第１の通信周期Ｔｃと第２の通信周期Ｔｃは同一となるように設定される。
【0083】
このようなフィードバック制御系においては、以下の理由（１）及び（２）によって、通常、制御周期Ｔｓは通信周期Ｔｃと同一となるように設定される場合がある。
【0084】
（１）もし仮に、制御周期Ｔｓが通信周期Ｔｃよりも長い場合は、フィードバック位置のきめ細かな情報を無駄にすることになり、フィードバック制御系における制御性能が低下する。
【0085】
（２）他方で、もし仮に、制御周期Ｔｓが通信周期Ｔｃよりも短い場合は、同一データのフィードバック位置を使用して、複数回の制御演算を実行することになるため、問題が発生する。より具体的には、フィードバック制御系における制御演算部では、制御周期時間が経過しても、フィードバック位置が同一値だと、制御対象の位置が停止していると誤認識する可能性がある。そして、指令位置の変化方向に動かす力を不必要に大きく計算する（例えば過大な推力を算出する）おそれがあり、結果として振動的になる。
【0086】
以下では、図７に示す、比較例に係る制御システム１００Ａを具体的に説明する。図２に示す第１実施形態に係る制御システム１００のブロック図と異なる点について特に説明し、共通する点については省略する。例えば、ステップＳ１，Ｓ６，Ｓ７の処理に関する説明は省略する。
【0087】
図７に示すように、例えば、制御装置１０は、制御周期Ｔｓが、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ（第１の通信周期）、及び、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ（第２の通信周期）と同一となるように設定する（Ｓ２ａ）。
【0088】
制御装置１０は、生成された制御信号ｕを含むデータを制御周期Ｔｓと同一の通信周期Ｔｃでモータドライバ２５に送信する（Ｓ３ａ）。
【0089】
モータドライバ２５は、制御装置１０から制御信号ｕを受信する（Ｓ４ａ）。モータドライバ２５は、制御信号ｕを制御対象２０に出力する（Ｓ５ａ）。例えば、モータドライバ２５は、制御信号ｕを所定の出力周期で対象装置２０に出力する。所定の出力周期は、制御周期Ｔｓと同一となるように設定されることが好ましいが、これに限られない。例えば、所定の出力周期は、制御周期Ｔｓよりも短くなるように設定されてもよい。
【0090】
センサ３０により読み取られた物理量である位置ｙがセンサドライバ３５に入力される（Ｓ８ａ）。センサドライバ３５は、位置ｙを所定の入力周期でセンサ３０から入力する。所定の入力周期は、制御周期Ｔｓと同一となるように設定されることが好ましいが、これに限られない。例えば、所定の入力周期は、制御周期Ｔｓよりも短くなるように設定されてもよい。
【0091】
センサドライバ３５は、位置ｙを制御装置１０に送信する（Ｓ９ａ）。制御装置１０は、位置ｙを含むデータを通信周期Ｔｃでセンサドライバ３５から受信する（Ｓ１０ａ）。
【0092】
なお、上記のとおり、制御装置１０から制御信号ｕが送信され、当該制御信号ｕに対応する物理量である位置ｙを制御装置１０が受信するまでの時間が、通信によるむだ時間Ｌである。。したがって、比較例に係る制御システム１００Ａにおいて、往復の通信時間に対応するむだ時間Ｌは、２Ｔｃとなり、離散化した制御アルゴリズムにおけるむだ時間周期数ｄは、２となる。
【0093】
［第１シミュレーション結果］
第１実施形態に係る制御システム１００の効果を検証するために行った第１シミュレーションの結果について以下に説明する。
第１実施形態に係る制御システム１００の効果を検証するために行った第１シミュレーションの結果について以下に説明する。
【0094】
図８ａは、第１シミュレーション例の指令位置を示す図である。図８ｂは、第１シミュレーション例の指令速度を示す図である。特に、図８ｂに示す第１シミュレーション例の指令速度は、図８ａに示す第１シミュレーション例の指令位置について微分処理を実行したものである。本シミュレーション例において、指令位置の軌道に関しては、時刻１０[ｍｓ]より開始し、振幅２０[ｍｍ]、周波数４[Ｈｚ]の正弦波である。
【0095】
第１シミュレーション例のその他の条件は以下のとおりである。慣性質量Ｊは１０ｋｇ、粘性摩擦係数Ｃは０[Ｎｓ／ｍ]、むだ時間周期数ｄは２０（第１実施形態に係る制御システム１００の例）と、２（比較例）である。また、通信周期Ｔｃは１[ｍｓ]であり、制御周期Ｔｓは０．１[ｍｓ]（第１実施形態に係る制御システム１００の例）と１[ｍｓ]（比較例）である。本シミュレーション例においてモデル誤差及び外乱は生じていないとする。
【0096】
図９ａから図９ｃに、第１実施形態に係る制御システム１００の制御装置に対するシミュレーション結果を示し、図１０ａから図１０ｃに、比較例に係る制御システム１００Ａの制御装置に対するシミュレーション結果を示す。
【0097】
図９ａは、第１実施形態に係る制御システム１００の制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙを示す図である。同図では、対象装置２０の位置ｙを実線で示し、指令値ｒを破線で示している。図９ｂは、第１実施形態に係る制御装置１０により制御された位置ｙと指令値ｒとの誤差（偏差）を示す図である。図９ｃは、第１実施形態に係る制御装置１０により制御された推力を示す図である。推力は、制御装置１０から対象装置２０に送信される制御信号である。
【0098】
図１０ａは、比較例に係る制御システム１００Ａの制御装置により制御された対象装置の位置ｙを示す図である。同図では、対象装置２０の位置ｙを実線で示し、指令値ｒを破線で示している。図１０ｂは、比較例に係る制御装置により制御された位置ｙと指令値ｒとの誤差（偏差）を示す図である。図１０ｃは、比較例に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【0099】
まず、比較例に係る制御システム１００Ａでは、第１実施形態に係る制御システム１００と比べて制御周期が長いために、フィードバック制御の制御ゲインを増加することは容易ではない。これは、制御周期が長い場合には、制御ゲインを増加すると発振する可能性があるためである。
【0100】
ここで第１実施形態と比較例とを比較すると、図１０ｂに示すように、比較例におけるピーク偏差Ｐ２は１．８１４［ｍｍ］である一方で、図９ｂに示すように、第１実施形態におけるピーク偏差Ｐ１は１．１１５［ｍｍ］である。つまり、第１実施形態におけるピーク偏差Ｐ１は、比較例よりもおよそ４０％減少している。ここで、むだ時間の２[ｍｓ]分は指令値を先行して与えるなどの対応で削減が可能である。第１シミュレーション例の位置軌道における最大速度は５００[ｍｍ／ｓ]であるため、むだ時間２[ｍｓ]に起因する位置偏差は１[ｍｍ]となる。よって、この位置偏差１[ｍｍ]を除く場合のピーク偏差Ｐ２は０．８１４［ｍｍ］である一方で、第１実施形態における、位置偏差１[ｍｍ]を除く場合のピーク偏差Ｐ１は０．１１５［ｍｍ］である。したがって、位置偏差１[ｍｍ]を除く場合のピーク偏差Ｐ１は、比較例のピーク偏差よりもおよそ８６％減少している。
【0101】
なお、第１実施形態に係る制御システム１００、及び、比較例に係る制御システム１００Ａでは、モデル追従型２自由度制御を適用している。また第１実施形態に係る制御システム１００、及び、比較例に係る制御システム１００Ａとも、速度比例ゲインを基準として、他のゲインは同一比率で設定している。なお、第１実施形態に係る制御システム１００では、比較例に係る制御システム１００Ａに対して、約８倍の高ゲインを設定した。例えば、速度比例ゲインについては、比較例の６０［Ｈｚ］に対して第１実施形態では、５００［Ｈｚ］である。
【0102】
上述したように、第１実施形態に係る制御システム１００によれば、制御装置１０は、生成された制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信し、物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信し、第１通信周期及び第２通信周期よりも短い所定の制御周期で制御対象を制御する。また、第１のデータ数は、所定の制御周期と第１の通信周期とに基づいて設定され、第２のデータ数は、所定の制御周期と第２の通信周期とに基づいて設定される。第１実施形態では、特に、制御装置１０の所定の制御周期Ｔｓは、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ（第１の通信周期）、及び、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ（第２の通信周期）よりも短く、かつ、第１の通信周期Ｔｃと第２の通信周期Ｔｃは同一となるように設定される。第１実施形態に係る制御システム１００では、例えば、第１の通信周期及び第２の通信周期は、制御周期Ｔｓの自然数倍である。上記のとおり、位置誤差に関するピーク偏差が減少していることからも明らかなとおり、対象装置に関するフィードバック制御の応答性が向上する（例えば、高ゲイン化を実現可能である。）。
【0103】
＜第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの制御ブロック図である。以下では、図２に示す第１実施形態に係る制御システム１００の制御ブロック図と同様に、制御装置１０によって対象装置２０の可動部の位置を制御する場合について説明する。
図１１は、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの制御ブロック図である。以下では、図２に示す第１実施形態に係る制御システム１００の制御ブロック図と同様に、制御装置１０によって対象装置２０の可動部の位置を制御する場合について説明する。
【0104】
第２実施形態に係る制御システム１００Ｂでは、制御装置１０の所定の制御周期Ｔｓは、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ１（第１の通信周期）、及び、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ２（第２の通信周期）よりも短く、かつ、第１の通信周期Ｔｃと第２の通信周期Ｔｃが異なるように設定される。つまり、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの制御装置１０におけるデータ送信、及び、データ受信は異なる通信周期である。
【0105】
以下では、図２に示す第１実施形態に係る制御システム１００の制御ブロック図と異なる点について特に説明し、共通する点については説明を省略する。例えば、ステップＳ１，Ｓ６，Ｓ７の処理に関する説明は省略する。
【0106】
図１１に示すステップＳ２ｂにおいて、例えば、制御装置１０は、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ１が制御周期Ｔｓの自然数（ｍ）倍となるように、この自然数ｍを決定する。また、制御装置１０は、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ２が、制御周期Ｔｓの自然数（ｎ）倍となるように、この自然数ｎを決定する。例えば、制御周期Ｔｓが０．１ｍｓであり、通信周期Ｔｃ１が１ｍｓである場合、自然数ｍは１０である。また、制御周期Ｔｓが０．１ｍｓであり、通信周期Ｔｃ２が０．５ｍｓである場合、自然数ｎは５である。
【0107】
ここで、自然数ｍは、制御装置１０からモータドライバ２５に一括で送信されるデータ数（第１のデータ数）に対応し、自然数ｎは、制御装置１０がセンサドライバ３５から一括で受信するデータ数（第２のデータ数）に対応する。
【0108】
制御装置１０は、生成された制御信号ｕを含む、第１のデータ数（ｍ）のデータを通信周期Ｔｃでモータドライバ２５に送信する（Ｓ３ｂ）。
【0109】
モータドライバ２５は、制御装置１０から制御信号ｕを含む、第１のデータ数（ｍ）のデータを受信する（Ｓ４ｂ）。モータドライバ２５は、制御信号ｕを制御対象２０に出力する（Ｓ５ｂ）。例えば、モータドライバ２５は、制御信号ｕを出力周期Ｔｏｕｔで対象装置２０に出力する。
【0110】
センサ３０により読み取られた物理量である位置ｙがセンサドライバ３５に入力される（Ｓ８ｂ）。センサドライバ３５は、位置ｙを入力周期Ｔｉｎでセンサ３０から入力する。センサドライバ３５は、位置ｙを制御装置１０に送信する（Ｓ９ｂ）。制御装置１０は、位置ｙを含む、第２のデータ数（ｎ）のデータを通信周期Ｔｃ２でセンサドライバ３５から受信する（Ｓ１０ｂ）。
【0111】
なお、上記のとおり、制御装置１０から制御信号ｕが送信され、当該制御信号ｕに対応する物理量である位置ｙを制御装置１０が受信するまでの時間が、通信によるむだ時間Ｌである。したがって、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂにおいて、往復の通信時間に対応するむだ時間Ｌは、Ｔｃ１＋Ｔｃ２となり、離散化した制御アルゴリズムにおけるむだ時間周期数ｄは、ｍ＋ｎとなる。
【0112】
【0113】
まず図１２を参照して、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの制御装置１０により実行される制御処理の一例について説明する。
【0114】
最初に、制御装置１０は、初期処理を実行する（ステップＳ５１）。初期処理には、例えば、通信周期Ｔｃ１及び通信周期Ｔｃ２と制御周期Ｔｓに基づいて一括伝送データ数ｍ（ｍ＝Ｔｃ１／Ｔｓ）及びｎ（ｎ＝Ｔｃ２／Ｔｓ）を決定すること、時間管理タイマを初期化（ｔ１＝０，ｔ２＝０）すること、及び、受信バッファでデータ数ｎのデータを受信できるまで待機して待機後受信すること等が含まれる。
【0115】
制御装置１０は、第１の通信ループ処理を開始する。例えば、第１の通信ループ処理は、通信周期Ｔｃ２毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ５２からステップ６２までの処理）。制御装置１０は、図１１に示すセンサドライバ３５から物理量を含むデータ数ｎのデータを一括で受信する（Ｓ５２）。
【0116】
制御装置１０は、制御ループ処理を開始する。制御ループ処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ５３からステップＳ６０までの処理）。
【0117】
制御ループ処理において、最初に、制御装置１０は、データ数ｎのデータのうち一のデータについて処理を実行する。制御装置１０は、フィードバック（ＦＢ）データの取り出しを実行する（Ｓ５３）。制御装置１０は、ＦＢデータに含まれる物理量と指令値に基づいて制御演算を実行して制御信号を生成する（Ｓ５４）。制御装置１０は、制御演算によって生成された推力データを格納する（Ｓ５５）。
【0118】
制御装置１０は、各時間管理タイマを（ｔ１＝ｔ１＋Ｔｓ）及び（ｔ２＝ｔ２＋Ｔｓ）に更新する（Ｓ５６）。
【0119】
制御装置１０は、第２の通信ループ処理を開始する。例えば、第２の通信ループ処理は、通信周期Ｔｃ１毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ５７からステップ５９までの処理）。制御装置１０は、第２の通信ループ処理を終了するか否か判定する。例えば、制御装置１０は、更新された時間管理タイマ（ｔ１）が通信周期Ｔｃ１以上であるか否かを判定する（Ｓ５７）。ステップＳ５７においてＮｏの場合は、ステップＳ６０に進み、ステップＳ５７においてＹｅｓの場合は、ステップＳ５８に進む。
【0120】
制御装置１０は、データ数ｍのデータを一括で図１及び２に示すモータドライバ２５に送信し（Ｓ５８）、時間管理タイマ（ｔ１）を「０」（ゼロ）に戻す（Ｓ５９）。
【0121】
制御装置１０は、制御ループ処理を終了するか否か判定する（Ｓ６０）。例えば、制御装置１０は、更新された時間管理タイマ（ｔ２）が通信周期Ｔｃ２以上であるか否かを判定する。ステップＳ６０においてＮｏの場合は、ステップＳ５３に戻り、ステップＳ６０においてＹｅｓの場合は、制御ループ処理を抜けてステップＳ６１に進む。制御装置１０は、時間管理タイマｔ２を「０」（ゼロ）に戻す（Ｓ６１）。
【0122】
制御装置１０は、第１の通信ループ処理を終了するか否か判定する（Ｓ６２）。この判定がＮｏである場合には、ステップＳ５２に戻る。他方で、この判定がＹｅｓである場合に、第１の通信ループ処理を抜けて本処理が終了する。
【0123】
次に、図１３を参照して、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂのモータドライバ２５により実行される制御処理の一例について説明する。
【0124】
最初に、モータドライバ２５は、初期処理を実行する（ステップＳ７１）。初期処理には、例えば、通信周期Ｔｃ１と出力周期Ｔｏｕｔに基づいて一括伝送データ数ｍ（ｍ＝Ｔｃ１／Ｔｏｕｔ）を決定すること、時間管理タイマを初期化（ｔ＝０）すること、及び、受信バッファでデータ数ｍのデータを受信できるまで待機すること等が含まれる。
【0125】
モータドライバ２５は、通信ループ処理を開始する。通信ループ処理は、通信周期毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ７２からステップＳ７８までの処理）。モータドライバ２５は、図１１に示す制御装置１０から制御信号を含むデータ数ｍのデータを一括で受信する（Ｓ７２）。
【0126】
モータドライバ２５は、出力ループ処理を開始する。出力ループ処理は、出力周期Ｔｏｕｔ毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ７３からステップＳ７６までの処理）。
【0127】
出力ループ処理において、最初に、モータドライバ２５は、データ数ｍのデータのうち一のデータについて処理を実行する。モータドライバ２５は、推力データの取り出しを実行する（Ｓ７３）。例えば、モータドライバ２５は、受信バッファのデータ数ｍのデータから今入力周期用のデータを取り出す。モータドライバ２５は、取り出した推力データを制御対象２０に出力する（Ｓ７４）。
【0128】
モータドライバ２５は、時間管理タイマを（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）に更新する（Ｓ７５）。次に、モータドライバ２５は、出力ループ処理を終了するか否か判定する。例えば、制御装置１０は、更新された時間管理タイマ（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）が通信周期Ｔｃ１以上であるか否かを判定する（Ｓ７６）。ステップＳ７６においてＮｏの場合は、ステップＳ７３に戻り、ステップＳ７６においてＹｅｓの場合は、出力ループ処理を抜けてステップＳ７７に進む。モータドライバ２５は、時間管理タイマｔを「０」（ゼロ）に戻す（Ｓ７７）。
【0129】
モータドライバ２５は、通信ループ処理を終了するか否か判定する（Ｓ７８）。この判定がＮｏである場合には、ステップＳ７２に戻る。他方で、この判定がＹｅｓである場合に、通信ループ処理を抜けて本処理が終了する。
【0130】
図１４を参照して、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂのセンサドライバ３５により実行される制御処理の一例について説明する。
【0131】
最初に、センサドライバ３５は、初期処理を実行する（ステップＳ８１）。初期処理には、例えば、通信周期Ｔｃ２と入力周期Ｔｉｎに基づいて一括伝送データ数ｎ（ｎ＝Ｔｃ２／Ｔｉｎ）を決定すること、及び、時間管理タイマを初期化（ｔ＝０）すること等が含まれる。
【0132】
センサドライバ３５は、通信ループ処理を開始する。通信ループ処理は、通信周期毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ８２からステップＳ８８までの処理）。また、センサドライバ３５は、入力ループ処理を開始する。入力ループ処理は、入力周期Ｔｉｎ毎に繰り返し実行される処理である（後述するステップＳ８２からステップＳ８５までの処理）。
【0133】
入力ループ処理において、最初に、センサドライバ３５は、データ数ｎのデータのうち一のデータについて処理を実行する。センサドライバ３５は、センサ３０で測定された物理量の入力処理を実行する（Ｓ８２）。
【0134】
センサドライバ３５は、物理量を測定データとして格納する（Ｓ８３）。例えば、センサドライバ３５は、送信バッファの今入力周期における位置に計測データを格納する。
【0135】
センサドライバ３５は、時間管理タイマを（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）に更新する（Ｓ８４）。次に、センサドライバ３５は、入力ループ処理を終了するか否か判定する。例えば、センサドライバ３５は、更新された時間管理タイマ（ｔ＝ｔ＋Ｔｓ）が通信周期Ｔｃ２以上であるか否かを判定する（Ｓ８５）。ステップＳ８５においてＮｏの場合は、ステップＳ８２に戻り、ステップＳ８５においてＹｅｓの場合は、入力ループ処理を抜けてステップＳ８６に進む。
【0136】
センサドライバ３５は、時間管理タイマを「０」（ゼロ）に戻し（Ｓ８６）、データ数ｎのデータを一括して、図１１に示す制御装置１０に送信する（Ｓ８７）。
【0137】
センサドライバ３５は、通信ループ処理を終了するか否か判定する（Ｓ８８）。この判定がＮｏである場合には、ステップＳ８２に戻る。他方で、この判定がＹｅｓである場合に、通信ループ処理を抜けて本処理が終了する。
【0138】
［第２シミュレーション結果］
第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの効果を検証するために行った第２シミュレーションの結果について以下に説明する。
第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの効果を検証するために行った第２シミュレーションの結果について以下に説明する。
【0139】
図１５ａから図１５ｃに、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの制御装置に対する第２シミュレーション結果を示す。第１シミュレーション例と、第２シミュレーション例とは、以下の点を除き、シミュレーションの条件は共通する。第２シミュレーション例では、例えば、むだ時間周期数ｄは１４（１．４［ｍｓ］）（第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの例）である。また、通信周期Ｔｃ１は０．４[ｍｓ]、通信周期Ｔｃ２は１[ｍｓ]であり、制御周期Ｔｓは０．１[ｍｓ]である。つまり、第１のデータ数（ｍ）は４であり、第２のデータ数（ｎ）は１０である。
【0140】
図１５ａは、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂの制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙを示す図である。同図では、対象装置２０の位置ｙを実線で示し、指令値ｒを破線で示している。図１５ｂは、第２実施形態に係る制御装置１０により制御された位置ｙと指令値ｒとの誤差（偏差）を示す図である。図１５ｃは、第２実施形態に係る制御装置１０により制御された推力を示す図である。
【0141】
ここで第２実施形態と第１実施形態を比較すると、図９ｂに示すように、第１実施形態におけるピーク偏差Ｐ１は１．１１５［ｍｍ］である一方で、図１５ｂに示すように、第２実施形態におけるピーク偏差Ｐ３は０．８１３［ｍｍ］である。第２実施形態におけるピーク偏差Ｐ３が第１実施形態におけるピーク偏差Ｐ１よりもさらに減少している理由の一つは、むだ時間に関して、第１実施形態では２[ｍｓ]であったのに対して、第２実施形態では１．４ｍｓに減少しているためである。
【0142】
上述したように、第２実施形態に係る制御システム１００Ｂによれば、制御装置１０は、制御装置１０の所定の制御周期Ｔｓは、制御装置１０とモータドライバ２５との通信周期Ｔｃ１（第１の通信周期）、及び、制御装置１０とセンサドライバ３５との通信周期Ｔｃ２（第２の通信周期）よりも短く、かつ、第１の通信周期Ｔｃと第２の通信周期Ｔｃが異なるように設定される。第２実施形態に係る制御システム１００Ｂでは、フィードバック制御ゲインの制御（例えば高ゲイン化）が可能となり、第１実施形態に係る制御システム１００と比べて、位置誤差に関するピーク偏差が減少していることからも明らかなとおり、対象装置に関するフィードバック制御の応答性が向上する（例えば、高ゲイン化を実現可能である。）。
【0143】
以上説明した実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。また、上述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【0144】
［付記］
本実施形態における態様は、以下のような開示を含む。
本実施形態における態様は、以下のような開示を含む。
【0145】
（付記１）
制御信号を受信し、対象装置（２０）に前記制御信号を出力するモータドライバ（２５）と、
前記制御信号に基づいて制御される前記対象装置（２０）の物理量を測定するセンサ（３０）と、
前記物理量を送信するセンサドライバ（３５）と、
前記物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置（２０）に送信し、フィードバック制御を行う制御装置（１０）と、を備え、
前記制御装置（１０）は、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期で前記モータドライバに送信する送信部（１２）と、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期で前記センサドライバから受信する受信部（１３）と、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部（１１）と、
を備え、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御システム（１００）。
（付記２）
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置（２０）に送信し、フィードバック制御を行う制御装置（１０）であって、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部（１２）と、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部（１３）と、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部（１１）と、
を備え、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御装置（１０）。
（付記３）
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置（２０）に送信し、フィードバック制御を行う制御装置（１０）で実行される制御方法であって、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信することと、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信することと、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御することと、
を含み、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御方法。
（付記４）
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置（２０）に送信し、フィードバック制御を行う制御装置（１０）を、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部（１２）、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部（１３）、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部（１１）、
として機能させ、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御プログラム。
制御信号を受信し、対象装置（２０）に前記制御信号を出力するモータドライバ（２５）と、
前記制御信号に基づいて制御される前記対象装置（２０）の物理量を測定するセンサ（３０）と、
前記物理量を送信するセンサドライバ（３５）と、
前記物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置（２０）に送信し、フィードバック制御を行う制御装置（１０）と、を備え、
前記制御装置（１０）は、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期で前記モータドライバに送信する送信部（１２）と、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期で前記センサドライバから受信する受信部（１３）と、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部（１１）と、
を備え、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御システム（１００）。
（付記２）
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置（２０）に送信し、フィードバック制御を行う制御装置（１０）であって、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部（１２）と、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部（１３）と、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部（１１）と、
を備え、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御装置（１０）。
（付記３）
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置（２０）に送信し、フィードバック制御を行う制御装置（１０）で実行される制御方法であって、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信することと、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信することと、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御することと、
を含み、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御方法。
（付記４）
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて生成された前記制御信号を前記対象装置（２０）に送信し、フィードバック制御を行う制御装置（１０）を、
生成された前記制御信号を含む、第１のデータ数のデータを第１の通信周期でモータドライバに送信する送信部（１２）、
前記物理量を含む、第２のデータ数のデータを第２の通信周期でセンサドライバから受信する受信部（１３）、
前記第１通信周期及び前記第２通信周期よりも短い所定の制御周期で前記制御対象を制御する制御部（１１）、
として機能させ、
前記第１のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第１の通信周期とに基づいて設定され、
前記第２のデータ数は、前記所定の制御周期と前記第２の通信周期とに基づいて設定される、
制御プログラム。
【符号の説明】
【0146】
１０…制御装置、１０ａ…ＣＰＵ、１０ｂ…ＲＡＭ、１０ｃ…ＲＯＭ、１０ｄ…通信部、１０ｅ…入力部、１０ｆ…表示部、１１…制御部、１２…送信部、１３…受信部、１４…バッファ部、２０…対象装置、２５…モータドライバ、３０…センサ、３５…センサドライバ、１００，１００Ａ，１００Ｂ…制御システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8a】
【図8b】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図10a】
【図10b】
【図10c】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15a】
【図15b】
【図15c】