JP2008171230A - 位置指令装置と位置指令生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運転中での移動平均時間（Ｓ字時間）の変更を可能とする位置指令装置と位置指令生成方法を提供する。
【解決手段】上位システムのコマンドを受信しレスポンスを返す第１コマンドレスポンス送受信部（１）と、コマンドから第１セグメント指令位置を生成する直線加減速指令生成部（２）と、コマンドに従い第１セグメント指令位置を設定可能な回数の移動平均をして第２セグメント指令位置を生成するＳ字加減速指令生成部（３）と、位置制御装置に第２セグメント指令位置を位置制御装置に送信し、位置制御装置からレスポンスを受信する第２コマンドレスポンス送受信部（４）と、第２セグメント指令位置から指令位置を生成する指令位置生成部（５）と、を備える位置指令装置において、上位システムの移動平均回数変更のコマンドにより変更が可能かどうか判断し、変更可能なときは、回数変更信号を生成する回数変更判断部（６）を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転中に移動平均時間（Ｓ字時間）変更が可能なＳ字加減速を有する位置指令装置と位置指令生成方法に関する。

特許文献１に開示された従来のＳ字加減速が可能な位置制御装置について図を用いて説明する。図３は従来の位置制御装置の構成図である。図において、データ設定器１３１によりモータ１１０の移動量データ、移動速度データが数値データとしてマイクロコンピュータ１０１に設定される。マイクロコンピュータ１０１は、複数ｎ個のリングバッファメモリ１３４〜１３６、およびこれと同数ｎ個の単数データ格納メモリ１３７〜１３９を用いて、上記数値データに基づいて単位時間ｔでの指令パルス増分値を演算する。この演算は、サンプリングパルス発生器１０２からのＣＬＫ信号の入力毎に行われ、この演算結果を単位時間ｔ毎に偏差カウンタ１３２に指令値として出力する。偏差カウンタ１３２は、この指令パルス増分値（指令値）による指令位置データと、モータ１０の回転量に比例したパルスを出力するインクリメンタルエンコーダ１３３からの帰還パルスによるモータ１１０の現在位置データとの差分による値をＤ／Ａ変換器８に出力する。この出力値はＤ／Ａ変換器８でアナログ値に変換され、さらに電流増幅器９を介してモータ１１０を回転させる。モータ１１０の回転速度は、単位時間ｔでの指令パルス増分値により決まる。

図４は、従来の位置制御装置の加減速制御動作を説明する図である。マイクロコンピュータ１０１は移動量データをパルス量Ｐに、移動速度データを周波数ｆに変換する。ステップ状の指令では単位時間ｔでの指令パルス量ｐは次式で求められる。
ｐ＝ｆ×ｔ
マイクロコンピュータ１０１は最初に図８の（１）に示すように単位時間ｔ毎にステップ状の指令パルス増分値ｐを出力する。最後の指令パルス量ｐｅは、移動パルス量ｐを単位時間でのパルス増分ｐで割った余りである。このステップ状指令データ（ｐ）を、リングバッファ１３４と端数データ格納メモリ１３７とにより一段目の移動平均演算を行うと、図８の（２）に示すような直線での加減速パターンとなる。さらに、リングバッファ１３５と端数データ格納メモリ１３８とにより二段目の移動平均演算を行うと、図８の（３）に示すＳ字での加減速パターンとなる。以降、ｎ段目まで移動平均演算を行う毎に、出力曲線はより滑らかになり、加速度変化の少ないショックレスの加減速パターンとなる。また、偏差カウンタ１３２への指令パルス量の合計値は、正確に管理される必要がある。そのための端数演算処理を含めた移動平均演算の手順を図５に示す。まず、Ｓ２２，Ｓ２３ではリングバッファメモリの合計値（ＳＵＭ）から平均値（ＳＵＭ／ｎ）を求める。Ｓ２４でその平均演算での余り（端数）を前回までの端数データに加える。Ｓ２５で端数データの合計値が、バッファ数ｎ以上ならばＳ２６で平均演算値に１を加え、さらに端数データ合計値からｎを引く。バッファ数ｎ以下ならばＳ２７へ飛ぶというものである。
特開平０５−３４１８４７号公報 特開平０８−２３４８２３号公報

しかしながら、従来の位置制御装置におけるＳ字加減速は、直線加減速の指令を移動平均バッファに通すだけの構成のため、移動平均時間（Ｓ字時間）の変更ができなかった。
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、運転中での移動平均時間（Ｓ字時間）の変更が可能な位置指令装置と位置指令生成方法を提供することを目的とする。

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、上位システムのコマンドを受信しレスポンスを返す第１コマンドレスポンス送受信部と、前記コマンドから第１セグメント指令位置を生成する直線加減速指令生成部と、前記コマンドに従い第１セグメント指令位置を設定可能な回数の移動平均をして第２セグメント指令位置を生成するＳ字加減速指令生成部と、位置制御装置に前記第２セグメント指令位置を位置制御装置に送信し、前記位置制御装置からレスポンスを受信する第２コマンドレスポンス送受信部と、を備える位置指令装置において、上位システムの移動平均回数変更のコマンドにより変更が可能かどうか判断し、変更可能なときは、回数変更信号を生成する回数変更判断部を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の位置指令装置において、前記コマンドは、設定位置、設定速度、設定加速度、移動平均回数であり、前記設定位置、前記設定速度は、第１セグメント指令位置を生成中であっても外部変更信号により変更可能であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の位置指令装置において、前記回数変更判断部は、移動平均回数変更の外部変更信号を受信した場合は、Ｎを変更前の移動平均回数、Ｍを変更後の移動平均回数とした場合、残距離が回数変更に伴う補正位置の（Ｍ−Ｎ）×指令速度×制御時間／２と減速停止距離の和よりも大きい場合は回数変更信号を生成することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の位置指令装置において、前記直線加減速指令生成部は、設定位置から指令位置を減算して残距離を生成する残距離生成部と、設定速度から設定加速度で減速停止したときの減速停止距離を生成する減速停止距離生成部と、前記残距離が前記停止距離よりも小さいときは設定加速度で設定速度まで加速して維持し大きいときは設定減速度で減速して指令速度を生成する指令速度生成部と、前記指令速度に制御時間を乗算して第１セグメント指令位置を生成するセグメント指令位置生成部と、を備え、移動平均回数変更の回数変更信号が生じた場合は残距離から補正位置を減算し新たな残距離とすることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の位置指令装置において、前記Ｓ字加減速指令生成部は、制御時間ごとの前記第１セグメント指令位置を設定可能な必要数を記憶するメモリと、現在から設定回数の前記第１セグメント指令位置を移動平均する移動平均部と、を備え、移動平均回数の回数変更信号が生じた場合は、設定回数を変更することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の位置指令装置において、移動平均回数が変更不可能な場合は、移動平均変更不可能のレスポンスを上位システムに返すことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、上位システムのコマンドを受信しレスポンスを返す第１コマンドレスポンス送受信部と、前記コマンドから第１セグメント指令位置を生成する直線加減速指令生成部と、前記コマンドに従い第１セグメント指令位置を設定可能な回数の移動平均をして第２セグメント指令位置を生成するＳ字加減速指令生成部と、位置制御装置に前記第２セグメント指令位置を位置制御装置に送信し、前記位置制御装置からレスポンスを受信する第２コマンドレスポンス送受信部と、を備える位置指令装置の位置指令生成方法において、上位システムから、設定位置、設定速度、設定加減速度、移動平均回数を受信するステップと、前記設定位置、前記設定速度の外部変更信号がある場合は前記設定位置、前記設定速度を変更するステップと、前記設定位置から指令位置と補正位置を減算して残距離を生成するステップと、指令速度の自乗を２×加減速度で除算して減速停止距離を生成するステップと、残距離が減速停止距離より大きい場合は指令速度に加速度と制御時間の積を加算し新たな指令速度を生成するステップと、残距離が減速停止距離より小さい場合は指令速度から減速度と制御時間の積を減算し新たな指令速度を生成するステップと、指令速度が指定速度よりも大きい場合は指令速度に制限するステップと、指令速度と制御時間を乗算し第１セグメント指令位置を生成するステップと、第１セグメント指令位置を移動平均して第２セグメント指令位置を生成するステップと、を備え、回数変更信号により移動平均回数変更が生じた場合は、変更前の移動平均回数Ｎと変更後の移動平均回数Ｍとから補正位置＝（Ｎ−Ｍ）×制御時間×指令速度を生成するステップと、残距離が補正位置と減速停止距離の和よりも大きいときは回数変更信号を生成するステップと、
回数変更信号が生じた場合は残距離から補正位置を減算して新たな残距離を生成し、移動平均回数を変更するステップと、を備えることを特徴とするものである。

請求項１乃至６に記載の発明によると、位置指令装置において、移動平均時間（Ｓ字時間）の変更が可能な位置指令装置と位置指令生成方法を提供できる。

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。

図１は、本発明の位置指令装置の構成を示すブロック図である。図１において、１は第１コマンドレスポンス送受信部、２は直線加減速指令生成部、３はＳ字加減速指令生成部、４は第２コマンドレスポンス送受信部、５は移動平均回数変更判断部である。第１コマンドレスポンス送受信部１は上位システムから設定位置、設定速度、設定加減速度、移動平均回数などの移動指令を受信し、位置指令装置や下位の位置制御装置のステータスを送信する。直線加減速部２は第１コマンドレスポンス送受信部１が受信した設定位置、設定速度、設定加減速度に基づき直線加減速指令の第１セグメント指令位置を生成する。Ｓ字加減速指令生成部３は第１セグメント指令位置を設定された回数の制御時間の移動平均をとって第２セグメント指令位置を生成する。第２コマンドレスポンス送受信部４は設定された通信周期ごとに第２セグメント指令位置を位置制御装置に送信し、位置制御装置からステータスを受信する。指令位置生成部５は第２セグメント指令位置を積分して指令位置を生成する。移動平均変更回数判断部６は、指令位置を生成中も制御時間ごとに外部変更信号を監視して移動平均回数変更の外部信号が有効になった場合は回数変更が可能かどうか確認し回数変更が可能であれば補正位置と回数変更信号を生成する。
図２は直線加減速指令生成部の動作を示したフローチャートである。ステップＳＡ１で上位システムから受信した設定距離、設定速度、移動平均回数を読み込み、ステップＳＡ２で式（１）に示すように設定位置から指令位置と補正位置を減算して残距離を生成する。
残距離＝設定位置―指令位置―補正位置 （１）
ステップＳＡ３で、現在の指令速度から設定減速度で減速した場合に停止する減速停止距離を式（２）に示すように生成する。
減速停止距離＝指令速度×指令速度／減速度／２ （２）
ステップＳＡ４で残距離と減速停止距離を比較し残距離が大きい場合はステップＳＡ５へ、小さい場合はステップＳＡ８へ移動する。ステップＳＡ５で式（３）に示すように指令速度を生成する。
指令速度＝指令速度＋加速度×制御時間 （３）
ステップＳＡ６で指令速度と設定速度を比較し、指令速度が大きい場合はステップＳＡ７で指令速度を設定速度に制限する。
ステップＳＡ８では式（４）に示すように指令速度を設定減速度で減速する。
指令速度＝指令速度―減速度×制御時間 （４）
ステップＳＡ９でセグメント指令位置を式（５）に示すように生成し、ステップＳＡ１０で指令位置を式（６）に示すように生成する。
セグメント指令位置＝指令速度×制御時間 （５）
指令位置＝指令位置＋セグメント指令位置 （６）
図３は移動平均回数変更判断部の動作を示すフローチャートである。ステップＳＢ１で補正位置を式（７）に示すように生成する。
補正位置＝（Ｍ−Ｎ）×指令速度×制御時間／２ （７）
ステップＳＢ２で指令速度が設定速度であり、かつ残距離が補正位置と減速停止距離の和より大きければステップＳＢ３へ、小さければステップＳＢ４へ移動する。ステップＳＢ３では変更信号を生成し、ステップＳＢ４では変更不可信号を生成する。
図４はＳ字加減速指令生成部の動作を示すフローチャートである。ステップＳＣ１からステップＳＣ６で第１セグメント指令位置を過去の制御時間にわたって記憶し、現在から設定回数過去のセグメント指令位置の移動平均をとり第２セグメント指令位置とする。
図５は指令位置生成中に目標である設定位置が変更になった例をシミュレーションでもとめたもので、減速途中に設定位置が変更され、再加速して設定速度に達し、後減速して停止する。シミュレーションの条件は、制御時間＝１００μｓ、設定距離＝７ｍｍ、変更距離＝１１ｍｍ、設定速度＝０．２ｍ／ｓ、設定加減速度＝１０ｍ／ｓ^２である。
図６は指令位置生成中に移動平均回数が変更になった例をシミュレーションでもとめたもので移動平均回数が途中で１０から２０に変更になっている。
次に本発明の位置指令生成方法について説明する。本発明の位置指令生成方法は、上位システムから、設定位置、設定速度、設定加減速度、移動平均回数を受信するステップと、設定位置、設定速度の外部変更信号がある場合は設定位置、設定速度を変更するステップと、設定位置から指令位置と補正位置を減算して残距離を生成するステップと、指令速度の自乗を２×加減速度で除算して減速停止距離を生成するステップと、残距離が減速停止距離より大きい場合は指令速度に加速度と制御時間の積を加算し新たな指令速度を生成するステップと、残距離が減速停止距離より小さい場合は指令速度から減速度と制御時間の積を減算し新たな指令速度を生成するステップと、指令速度が指定速度よりも大きい場合は指令速度に制限するステップと、指令速度と制御時間を乗算し第１セグメント指令位置を生成するステップと、第１セグメント指令位置を移動平均して第２セグメント指令位置を生成するステップと、回数変更信号により移動平均回数変更が生じた場合は、変更前の移動平均回数Ｎと変更後の移動平均回数Ｍとから補正位置＝（Ｎ−Ｍ）×制御時間×指令速度を生成するステップと、残距離が補正位置と減速停止距離の和よりも大きいときは回数変更信号を生成するステップと、回数変更信号が生じた場合は残距離から補正位置を減算して新たな残距離を生成し、移動平均回数を変更するステップと、で構成される。

本発明による位置指令装置を使用すると、Ｓ字加減速の場合でも、運転中での目的地変更、速度変更、移動平均時間（Ｓ字時間）の変更などが可能になるので、一般産業用途への適用が期待できる。

本発明の位置指令装置の構成を示すブロック図 直線加減速指令生成部の動作を示すフローチャート 移動平均回数変更判断部の動作を示すフローチャート Ｓ字加減速指令生成部の動作を示すフローチャート 目標の設定位置が減速中に変更になった場合のシミュレーションによるタイムチャート 設定速度で定速中に移動平均回数が変更になった場合のシミュレーションによるタイムチャート 従来の位置制御装置の構成図 従来の位置制御装置のＳ字加減速を説明する図 従来の位置制御装置のＳ字加減速を説明する図

符号の説明

１ 第１コマンドレスポンス送受信部
２ 直線加減速指令生成部
３ Ｓ字加減速指令生成部
４ 第２コマンドレスポンス送受信部
５ 指令位置生成部
６ 移動平均変更判断部

Claims (7)

1. 上位システムのコマンドを受信しレスポンスを返す第１コマンドレスポンス送受信部と、前記コマンドから第１セグメント指令位置を生成する直線加減速指令生成部と、前記コマンドに従い第１セグメント指令位置を設定可能な回数の移動平均をして第２セグメント指令位置を生成するＳ字加減速指令生成部と、位置制御装置に前記第２セグメント指令位置を位置制御装置に送信し、前記位置制御装置からレスポンスを受信する第２コマンドレスポンス送受信部と、を備える位置指令装置において、
   上位システムの移動平均回数変更のコマンドにより変更が可能かどうか判断し、変更可能なときは、回数変更信号を生成する回数変更判断部を備えることを特徴とする位置指令装置。
2. 前記コマンドは、設定位置、設定速度、設定加速度、移動平均回数であり、前記設定位置、前記設定速度は、第１セグメント指令位置を生成中であっても外部変更信号により変更可能であることを特徴とする請求項１記載の位置指令装置。
3. 前記回数変更判断部は、移動平均回数変更の外部変更信号を受信した場合は、Ｎを変更前の移動平均回数、Ｍを変更後の移動平均回数とした場合、残距離が回数変更に伴う補正位置の（Ｍ−Ｎ）×指令速度×制御時間／２と減速停止距離の和よりも大きい場合は回数変更信号を生成することを特徴とする請求項１記載の位置指令装置。
4. 前記直線加減速指令生成部は、設定位置から指令位置を減算して残距離を生成する残距離生成部と、設定速度から設定加速度で減速停止したときの減速停止距離を生成する減速停止距離生成部と、前記残距離が前記停止距離よりも小さいときは設定加速度で設定速度まで加速して維持し大きいときは設定減速度で減速して指令速度を生成する指令速度生成部と、前記指令速度に制御時間を乗算して第１セグメント指令位置を生成するセグメント指令位置生成部と、を備え、移動平均回数変更の回数変更信号が生じた場合は残距離から補正位置を減算し新たな残距離とすることを特徴とする請求項１記載の位置指令装置。
5. 前記Ｓ字加減速指令生成部は、制御時間ごとの前記第１セグメント指令位置を設定可能な必要数を記憶するメモリと、現在から設定回数の前記第１セグメント指令位置を移動平均する移動平均部と、を備え、移動平均回数の回数変更信号が生じた場合は、設定回数を変更することを特徴とする請求項１記載の位置指令装置。
6. 移動平均回数が変更不可能な場合は、移動平均変更不可能のレスポンスを上位システムに返すことを特徴とする請求項１記載の位置指令装置。
7. 上位システムのコマンドを受信しレスポンスを返す第１コマンドレスポンス送受信部と、前記コマンドから第１セグメント指令位置を生成する直線加減速指令生成部と、前記コマンドに従い第１セグメント指令位置を設定可能な回数の移動平均をして第２セグメント指令位置を生成するＳ字加減速指令生成部と、位置制御装置に前記第２セグメント指令位置を位置制御装置に送信し、前記位置制御装置からレスポンスを受信する第２コマンドレスポンス送受信部と、を備える位置指令装置の位置指令生成方法において、
   上位システムから、設定位置、設定速度、設定加減速度、移動平均回数を受信するステップと、
   前記設定位置、前記設定速度の外部変更信号がある場合は前記設定位置、前記設定速度を変更するステップと、
   前記設定位置から指令位置と補正位置を減算して残距離を生成するステップと、
   指令速度の自乗を２×加減速度で除算して減速停止距離を生成するステップと、
   残距離が減速停止距離より大きい場合は指令速度に加速度と制御時間の積を加算し新たな指令速度を生成するステップと、
   残距離が減速停止距離より小さい場合は指令速度から減速度と制御時間の積を減算し新たな指令速度を生成するステップと、
   指令速度が指定速度よりも大きい場合は指令速度に制限するステップと、
   指令速度と制御時間を乗算し第１セグメント指令位置を生成するステップと、
   第１セグメント指令位置を移動平均して第２セグメント指令位置を生成するステップと、
   を備え、
   回数変更信号により移動平均回数変更が生じた場合は、変更前の移動平均回数Ｎと変更後の移動平均回数Ｍとから補正位置＝（Ｎ−Ｍ）×制御時間×指令速度を生成するステップと、
   残距離が補正位置と減速停止距離の和よりも大きいときは回数変更信号を生成するステップと、
   回数変更信号が生じた場合は残距離から補正位置を減算して新たな残距離を生成し、移動平均回数を変更するステップと、
   を備えることを特徴とする位置指令装置の位置指令生成方法。

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