JP3000850B2 - 電子カム - Google Patents

電子カム

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JP3000850B2
JP3000850B2 JP6105086A JP10508694A JP3000850B2 JP 3000850 B2 JP3000850 B2 JP 3000850B2 JP 6105086 A JP6105086 A JP 6105086A JP 10508694 A JP10508694 A JP 10508694A JP 3000850 B2 JP3000850 B2 JP 3000850B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、瞬時の位置,速度およ
び加速度が規定されるような駆動対象部(負荷)を電気
的なカム動作により自動制御する電子カムに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、液状の食品の充填,プロッター
キャリッジの駆動,プロッターペンのUP/DOWN駆
動,ウェーハレジストコーター等のスピンドライブ等の
駆動対象部(負荷)は図8に示すように瞬時(t)にお
ける状態が曲線f(t)のように変化する。このため、
その変化に応じて時間的な負荷制御が必要になる。機械
動作系の場合、このような制御はカムを用いて行われる
が、前記した負荷の場合はカム曲線に従って電気的に自
動制御することが行われている。
【0003】一般的に、図9に示すように、横軸に時間
(t)をとり、縦軸に速度(V)をとり、図示のような
速度指令曲線を用いた場合には、図10のような階段的
もしくは不連続的な加速度(A)を示す曲線となる。こ
の場合、例えば負荷側の制御を図9の実線で示す速度指
令曲線により実行しようとしても、実際上は点線で示す
ように時間遅れと速度変動が生じ所定の動作制御が出来
なくなる問題点があった。また、前記したように図9の
速度指令曲線の場合には、例え理論通りに動作されたと
しても加速度が不連続的であり、円滑な動作が出来ない
問題点がある。また、電気的にカム曲線を用いる動作指
令は図11に示すように位置指令をパルス列に分周して
速度制御する制御方式が採用される。この方式は一般に
オープンループ制御のためフィードバックをかけること
が出来ない。そのため、時間遅れや速度変動を制するこ
とは出来ない。一方、図9の代りに図12に示すような
滑らかなカム曲線により速度指令を形成し、かつ速度偏
差方式を採用した場合でも、点線で示すようにカム曲線
の始点,終点近傍の偏差量が小さいため、サーボをかけ
ても時間遅れや速度変動を圧縮する効果は小さい。
【0004】一方、電気的なカム制御に関する公知資料
として、例えば、特開昭58−222306号公報の
「プログラマブルカム装置」や、特開昭63−1136
02号公報の「電子カム出力装置」や、特開平1−29
0005号公報の「電子式カムスイッチ」や、特開平2
−66602号公報および特開平3−116203号公
報の「プログラマブルカムスイッチ装置」や、特開平3
−158904号公報および特開平3−194602号
公報の「電子式カムスイッチ装置」等の技術が挙げられ
る。これ等はいずれも出力信号の精度向上や伝達効率の
向上を目的としているが、サーボ制御としては位置およ
び速度制御の範囲に止まっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記したような負荷を
円滑に制御するにはカム曲線を使用することが必要であ
り、特に図2に示す滑らかなS−t曲線(位置時間曲
線)のカム曲線を採用することが望ましい。この場合V
−t曲線(速度時間曲線)は図3のようになり、A−t
曲線(加速度時間曲線)は図4のようになり、いずれも
円滑なカム曲線となる。一方、図5に示すように基準軸
パルス信号により自動制御を行う場合でも、白地のパル
スで示す周波数ω1のパルス信号に対し、黒地の補間パ
ルスを挿入する偏差方式を採用すると滑らかな曲線を再
現することが可能になる。
【0006】図6に示すV−t線図の場合、時間遅れの
始点はa点である。一方、図7に示すように図6のV−
t線図に対応するA−t線図においては時間遅れの生じ
る始点はb点である。図6,図7とを比較するとb点の
方かa点よりも先行する。また、図6のV−t線図では
速度変動をc点で捉える場合、これに対応する加速度変
動は図7に示すようにc点よりも先のd点で捉えること
が出来る。以上のことから制御対象として加速度を採用
することにより速度を制御対象とするよりも応答の早い
制御をすることが出来る。
【0007】本発明は、以上の事情に鑑みて創案された
ものであり、負荷側の要求に対応し得る円滑な応答が時
間遅れ等を生じることなく出来、特別なリミッタ回路や
ダンパ回路等を用いることなくコストダウンが可能にな
る電子カムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、与えられたカム曲線に応じて駆動対象
部(負荷)を駆動し電気的にカム動作を再現する電子カ
ムであって、前記負荷を駆動する駆動信号を出力する増
幅器(アンプ)と、前記負荷の変位を検出してパルス信
号を出力するパルスゼネレータ(PG)と、前記カム曲
線に基づき位置指令値(S),速度指令値(V)および
加速度指令値(A)を供給する演算手段と、前記パルス
信号の積分値と前記位置指令値を比較して位置誤差信号
を生成する第1比較器と、前記パルス信号と前記速度指
令値を比較して速度誤差信号を生成する第2比較器と、
前記パルス信号の微分値と前記加速度指令値を比較して
加速度誤差信号を生成する第3比較器を有しており、前
記位置誤差信号,速度誤差信号および加速度誤差信号を
総合して前記増幅器に入力し前記駆動信号のフィードバ
ック制御を行う電子カムを構成するものである。更に、
前記演算手段は、任意のカム曲線に応じて前記位置指令
値,速度指令値および加速度指令値を作成するものであ
り、前記演算手段は、基準軸回転速度が常速よりも低い
ときにパルス信号に補間パルスを挿入することを特徴と
するものである。
【0009】
【作用】演算手段は負荷側の要求に応じた任意のカム曲
線に基づいて位置指令値(S),速度指令値(V)およ
び加速度指令値(A)を供給する。なお、これ等の信号
は増幅されて負荷側に供給される。一方、負荷側では負
荷の実際の変位を検出してパルスゼネレータ(PG)か
ら周波数ωのパルス信号を出力する。演算手段側には、
第1比較器乃至第3比較器が設けられ、前記パルス信号
の積分値と位置指令値,パルス信号と速度指令値,パル
ス信号の微分値と加速度指令値とを比較し、その位置誤
差信号,速度誤差信号,加速度誤差信号を生成する。こ
れ等の誤差信号によって負荷側に供給される駆動信号が
フィードバック制御される。以上により、所定のカム曲
線どおりに負荷を駆動することが出来る。これにより円
滑な自動制御が特別なリミッタ回路等の電気回路を用い
ることなく行われる。また、本発明の演算手段は基準軸
回転速度が常速よりも低いときに補間パルスを挿入する
ように構成されているため、少なくとも間欠動作は生じ
ない。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図1は同実施例の全体構成図である。
【0011】図1に示すように、本実施例の電子カムで
は、演算手段としてCPU1を採用し、第1比較器とし
て減算器2とカウンタ3が対応し、第2比較器として減
算器4と速度周波数変換器(V/F)5が対応し、第3
比較器として減算器6と微分器7が対応する。前記減算
器2はデジタル/アナログ変換(D/A)8、乗算器
9、加算器10,加算器11,増幅器(アンプ)12を
介して負荷13に連結する。前記減算器4は(D/A)
15および乗算器16を介し加算器10に連結する。ま
た、前記減算器6は(D/A)17および乗算器18を
介し加算器11に連結される。
【0012】一方、演算手段のCPU1には負荷13の
動作特性に応じた任意のカム曲線19が入力され、CP
U1はカム曲線19のカム曲線に基づき位置指令値
(S),速度指令値(V)および加速度指令値(A)を
前記減算器2,4,6にそれそれ入力する。
【0013】負荷13側には負荷13の変位を検出して
周波数ωのパルス信号を発するPG14が設けられる。
PG14からのパルス信号は前記カウンタ3,(V/
F)5,微分器6に入力される。一方、前記第1比較器
のカウンタ3は周波数ωを積分するもので減算器2側に
ωの積分値が入力される。(V/F)5は周波数ωを速
度に変換するものでその値は減算器4に入力される。ま
た微分器7は周波数ωを微分するものでその値は減算器
6に入力される。
【0014】CPU1には、速度指令値が常速よりも低
い場合にそれを補間する補間回路21が連結される。
(D/A)8は減算器2から出力された位置誤差信号を
D/A変換する。(D/A)15は減算器4から出力さ
れる速度誤差信号をD/A変換する。(D/A)17は
減算器6から出力される加速度誤差信号をD/A変換す
る。乗算器9は(D/A)8から出力された位置誤差信
号を所定のファクタで乗算処理する。乗算器16は(D
/A)15から出力された速度誤差信号を所定のファク
タで乗算処理する。乗算器18は(D/A)17から出
力された加速度誤差信号を所定のファクタで乗算処理す
る。加算器10は乗算器9から出力される位置誤差信号
と、乗算器16から出力される速度誤差信号を総合す
る。加算器11は、更に乗算器18から出力された加速
度誤差信号を該位置誤差信号および速度誤差信号と総合
する。アンプ12は、この様にして総合された位置誤差
信号,速度誤差信号および加速度誤差信号に応答して駆
動信号を負荷13に供給する。
【0015】次に、本実施例の作用を説明する。前記し
たように負荷13側が要求する任意のカム曲線19がC
PU1に入力される。CPU1は補間回路21を制御す
る一方減算器2,4,6に所定の位置指令値(S),速
度指令値(V),加速度指令値(A)をそれぞれ入力す
る。
【0016】一方、負荷13側には負荷の変位を検出し
PG14から実際の周波数ωのパルス信号を出力する。
この周波数ωのパルス信号はカウンタ3,(V/F)
5,微分器7にそれぞれ入力され、位置信号,速度信
号,加速度信号に変換される。減算器2,4,6はこれ
等の位置信号,速度信号,加速度信号とCPU1から供
給された位置指令値(S),速度指令値(V),加速度
指令値(A)とをそれぞれ比較し、位置誤差信号,速度
誤差信号,加速度誤差信号を求める。これ等の誤差信号
は加算器10,11等により総合されアンプ12で増幅
された後、負荷13に入力される。以上の作用を繰り返
し行うとにより、負荷13には位置遅れ、速度変動,加
速度変動のない動作指令が入力される。特に、本実施例
では、加速度指令値に基づくフィードバック制御を行う
ため、応答遅れがなく、任意のカム曲線に基づく負荷1
3側のコントロールが出来る。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。 1)カム曲線を指令値とし、負荷側の変位を検出したパ
ルス信号を基に、特に俊敏な加速度誤差信号により負荷
側のフィードバック制御を行うため、応答遅れのない正
確なカム動作が実現出来る。 2)任意のカム曲線を採用することが出来るため、負荷
側の多岐の要求に対応出来る。 3)カム曲線を基にするため無理な加速度が生じない。
それにより機械系又は電気回路の損傷が避けられる。 4)加速度を基関数とするため、負荷側の任意の点の発
生力が制御出来る。 5)補間パルスにより指令値を補完するため、低高速と
も滑らかな回転を得ることが出来る。 6)従来技術のようにリミッタ回路やダンパ回路のよう
な制御回路が不要となり、その分コストダウンが図れ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の全体構成図。
【図2】カム曲線の一例を示すS−t線図。
【図3】図2に基づくV−t線図。
【図4】図3に基づくA−t線図。
【図5】パルス信号の補間を示す波形パルス信号図。
【図6】V−t線図における応答遅れを示す線図。
【図7】図6に対応するA−t線図における応答遅れを
示す線図。
【図8】駆動対象部(負荷)の状態変化の一例を示す線
図。
【図9】従来の直線型のV−t線図。
【図10】図9に対応するA−t線図。
【図11】従来のカム曲線におけるパルス信号指令を示
すパルス信号図。
【図12】従来のV−t線図とその応答遅れを示す線
図。
【符号の説明】
1 CPU(演算手段) 2 減算器 3 カウンタ(積分器) 4 減算器 5 V/F(速度周波数変換器) 6 減算器 7 微分器 8 D/A 9 乗算器 10 加算器 11 加算器 12 アンプ(増幅器) 13 負荷(駆動対象部) 14 PG(パルスゼネレータ) 15 D/A 16 乗算器 17 D/A 18 乗算器 19 カム曲線 20 PG(パルスゼネレータ) 21 補間回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G05D 13/62 G05B 19/407 K (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 1/00 - 19/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 与えられたカム曲線に応じて駆動対象部
    (負荷)を駆動し電気的にカム動作を再現する電子カム
    であって、前記負荷を駆動する駆動信号を出力する増幅
    器(アンプ)と、前記負荷の変位を検出してパルス信号
    を出力するパルスゼネレータ(PG)と、前記カム曲線
    に基づき位置指令値(S),速度指令値(V)および加
    速度指令値(A)を供給する演算手段と、前記パルス信
    号の積分値と前記位置指令値を比較して位置誤差信号を
    生成する第1比較器と、前記パルス信号と前記速度指令
    値を比較して速度誤差信号を生成する第2比較器と、前
    記パルス信号の微分値と前記加速度指令値を比較して加
    速度誤差信号を生成する第3比較器を有しており、前記
    位置誤差信号,速度誤差信号および加速度誤差信号を総
    合して前記増幅器に入力し前記駆動信号のフィードバッ
    ク制御を行うことを特徴とする電子カム。
  2. 【請求項2】 前記演算手段は、任意のカム曲線に応じ
    て前記位置指令値,速度指令値および加速度指令値を作
    成するものである請求項1の電子カム。
  3. 【請求項3】 前記演算手段は、基準軸回転速度が常速
    よりも低いときにパルス信号に補間パルスを挿入するも
    のである請求項1の電子カム。
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