JP3357529B2 - 位置制御方法および装置 - Google Patents
位置制御方法および装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機により駆動
される移動機構により物体を所定距離移動する場合、負
荷変化に自動的に対応できる位置制御方法および装置に
関するものである。
される移動機構により物体を所定距離移動する場合、負
荷変化に自動的に対応できる位置制御方法および装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】定トルク加速機能を有し速度調整できる
速度調整手段を用いて速度制御された電動機で駆動され
る移動機構により、物体を所定の距離移動する場合、最
大負荷時でも半導体電力変換装置や電動機定格を満足す
るように速度指令を与え、位置を制御している。
速度調整手段を用いて速度制御された電動機で駆動され
る移動機構により、物体を所定の距離移動する場合、最
大負荷時でも半導体電力変換装置や電動機定格を満足す
るように速度指令を与え、位置を制御している。
【０００３】また、このような位置制御では、定速度運
転時の電動機の軸トルクを歪計で計測したり、電動機電
流を計測することにより、電動機負荷を検出している。
転時の電動機の軸トルクを歪計で計測したり、電動機電
流を計測することにより、電動機負荷を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の位置制御方法で
は、電動機負荷が小さい場合でも最大負荷時と同一の移
動時間を必要とするという問題を有している。また、定
速度運転時の電動機の軸トルクを歪計で計測したり、電
動機電流を計測することにより、電動機負荷を検出する
方法では、負荷変動，電動機が発生する電磁力振動等に
より精度のよい計測ができなかったり、半導体電力変換
装置により駆動される電動機電流波形の歪みにより、精
度のよい短時間の計測ができない等の問題がある。
は、電動機負荷が小さい場合でも最大負荷時と同一の移
動時間を必要とするという問題を有している。また、定
速度運転時の電動機の軸トルクを歪計で計測したり、電
動機電流を計測することにより、電動機負荷を検出する
方法では、負荷変動，電動機が発生する電磁力振動等に
より精度のよい計測ができなかったり、半導体電力変換
装置により駆動される電動機電流波形の歪みにより、精
度のよい短時間の計測ができない等の問題がある。
【０００５】本発明の目的は、物体すなわち移動体の加
速時間差が、負荷変化量に関係していることに着眼し、
測定した加速時間を用いて、負荷変化に自動的に対応し
て物体を所定量移動する方法および装置を提供すること
にある。
速時間差が、負荷変化量に関係していることに着眼し、
測定した加速時間を用いて、負荷変化に自動的に対応し
て物体を所定量移動する方法および装置を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、電動機の負荷運転状態において、起動後
定電流加速し、規定速度となるまでの時間すなわち加速
時間を計測し、減速時点において、加速時間と同一の減
速時間で減速し停止することを特徴とする。
め、本発明は、電動機の負荷運転状態において、起動後
定電流加速し、規定速度となるまでの時間すなわち加速
時間を計測し、減速時点において、加速時間と同一の減
速時間で減速し停止することを特徴とする。
【０００７】本発明によれば、定トルク加速機能を有す
る速度調整手段に、許容最大速度すなわち規定速度を速
度基準値として与える。これにより、電動機速度が直線
加速し規定速度になるまでの時間を、加速時間測定手段
により計測する。設定入力手段により与えられる規定速
度，移動量，速度−位置変換定数を用いて、減速時刻を
減速時刻計算手段により算出し、その時刻以降は、加速
時間と同時間で減速し停止する速度指令を、速度指令発
生手段により発生する。その速度指令を速度調整手段に
与え、電動機を所定の移動量動作させる。
る速度調整手段に、許容最大速度すなわち規定速度を速
度基準値として与える。これにより、電動機速度が直線
加速し規定速度になるまでの時間を、加速時間測定手段
により計測する。設定入力手段により与えられる規定速
度，移動量，速度−位置変換定数を用いて、減速時刻を
減速時刻計算手段により算出し、その時刻以降は、加速
時間と同時間で減速し停止する速度指令を、速度指令発
生手段により発生する。その速度指令を速度調整手段に
与え、電動機を所定の移動量動作させる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の位置制御装置の
一実施例のブロック図である。
一実施例のブロック図である。
【０００９】移動機構３は、物体を所定の距離移動させ
るものであり、電動機２により駆動される。
るものであり、電動機２により駆動される。
【００１０】位置制御装置２０は、定トルク加速機能付
速度調整手段１と、全移動量ｐM ，規定電動機速度
ｎMR，速度−位置変換定数Ｋp を入力する定数入力手段
５と、電動機速度を検出する速度検出手段４と、実時刻
を発生する標準時刻発生手段７と、速度検出手段４によ
り検出された電動機速度が規定速度近傍になったことを
検出する規定速度検出手段６と、起動後電動機速度が規
定速度になるまでの加速時間を標準時刻発生手段７の実
時刻ｔを用いて計測する加速時間測定手段８と、与えら
れた定数ｐM ，ｎMR，Ｋp を用いて減速すべき時刻を算
出する減速時刻計算手段９と、算出された減速時刻より
加速時間と同じ時間後に停止する直線減速速度指令を発
生する速度指令発生手段１０とから構成されている。
速度調整手段１と、全移動量ｐM ，規定電動機速度
ｎMR，速度−位置変換定数Ｋp を入力する定数入力手段
５と、電動機速度を検出する速度検出手段４と、実時刻
を発生する標準時刻発生手段７と、速度検出手段４によ
り検出された電動機速度が規定速度近傍になったことを
検出する規定速度検出手段６と、起動後電動機速度が規
定速度になるまでの加速時間を標準時刻発生手段７の実
時刻ｔを用いて計測する加速時間測定手段８と、与えら
れた定数ｐM ，ｎMR，Ｋp を用いて減速すべき時刻を算
出する減速時刻計算手段９と、算出された減速時刻より
加速時間と同じ時間後に停止する直線減速速度指令を発
生する速度指令発生手段１０とから構成されている。
【００１１】この位置制御装置２０の動作について、図
２を用いて説明する。図２（Ａ）は、時刻ｔに対する電
動機速度ｎを示すグラフであり、図２（Ｂ）は、時刻ｔ
に対する電動機電流ＩM を示すグラフである。
２を用いて説明する。図２（Ａ）は、時刻ｔに対する電
動機速度ｎを示すグラフであり、図２（Ｂ）は、時刻ｔ
に対する電動機電流ＩM を示すグラフである。
【００１２】まず、本発明の制御原理を説明する。図２
（Ａ）の時刻ｔと電動機速度ｎのグラフにおいて、ｎMR
は許容最大電動機速度すなわち規定速度である。ｎO は
零負荷時の電動機速度であり、ｔ1 は加速終了時刻、ｔ
2 は減速開始時刻、ｔ3 は停止時刻である。
（Ａ）の時刻ｔと電動機速度ｎのグラフにおいて、ｎMR
は許容最大電動機速度すなわち規定速度である。ｎO は
零負荷時の電動機速度であり、ｔ1 は加速終了時刻、ｔ
2 は減速開始時刻、ｔ3 は停止時刻である。
【００１３】ｎL は負荷時の電動機速度であり、ｔL1は
加速終了時刻、ｔL2は減速開始時刻、ｔL3は停止時刻、
Δｔは零負荷時と負荷時との停止時間差である。
加速終了時刻、ｔL2は減速開始時刻、ｔL3は停止時刻、
Δｔは零負荷時と負荷時との停止時間差である。
【００１４】図２（Ｂ）の時刻ｔと電動機電流ＩM のグ
ラフにおいて、ＩMRは許容最大電動機電流である。グラ
フ中のＩO は零負荷時の電動機電流であり、グラフ中の
ＩLは負荷時の電動機電流である。
ラフにおいて、ＩMRは許容最大電動機電流である。グラ
フ中のＩO は零負荷時の電動機電流であり、グラフ中の
ＩLは負荷時の電動機電流である。
【００１５】零負荷状態の電動機を最大電動機電流ＩMR
により加速すると、加速時間ｔ1 （時刻０から加速終了
時刻ｔ1 までの時間）と電動機速度ｎO1との間に次式の
関係が成り立つ。
により加速すると、加速時間ｔ1 （時刻０から加速終了
時刻ｔ1 までの時間）と電動機速度ｎO1との間に次式の
関係が成り立つ。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここに、ＫΦ＝界磁定数、Ｊ＝慣性能率で
ある。
ある。
【００１８】式（１）において、ｔ＝ｔ1 のとき、ｎO1
＝ｎMRと置くと、次式が得られる。
＝ｎMRと置くと、次式が得られる。
【００１９】
【数２】
【００２０】式（２）は、加速最大速度ｎMRが電動機電
流のグラフに右上りの斜線を引いた面積ＩMRｔ1 に比例
することを意味している。
流のグラフに右上りの斜線を引いた面積ＩMRｔ1 に比例
することを意味している。
【００２１】この時間、すなわち時間０≦ｔ≦ｔ1 の移
動距離ｐ01は次式により表される。
動距離ｐ01は次式により表される。
【００２２】
【数３】
【００２３】ここに、Ｋp は速度−位置変換定数であ
る。
る。
【００２４】式（４）において、ｔ＝ｔ1 のとき、ｐO1
＝ｐ1 と置くと次式が得られる。
＝ｐ1 と置くと次式が得られる。
【００２５】
【数４】
【００２６】ここに、Ｐ＝回転数−位置変換定数であ
る。
る。
【００２７】式（５）は、加速移動距離ｐ1 が面積ｎMR
ｔ1 ／２に比例することを意味している。
ｔ1 ／２に比例することを意味している。
【００２８】次に、定速時間では次の関係式が成り立
つ。
つ。
【００２９】
【数５】
【００３０】また、減速時間では次の関係式が成り立
つ。
つ。
【００３１】
【数６】
【００３２】以上において、加速時間ｔ1 と減速時間
（ｔ3 −ｔ2 ）とを同一とし、全移動距離をｐM とする
と次式が成り立つ。
（ｔ3 −ｔ2 ）とを同一とし、全移動距離をｐM とする
と次式が成り立つ。
【００３３】
【数７】
【００３４】次に、電動機が負荷状態の場合について述
べる。この場合には、電動機電流は、図２（Ｂ）に示す
ＩL のようになる。すなわち、全部の斜線の面積が等し
くなるように、加速時間ｔL1、定速時間（ｔL2−
ｔL1）、減速時間（ｔL3−ｔL2）が定まる。図より明ら
かなように、ｔL1−ｔ1 ＝ΔｔL は負荷による増加時間
で、ｔL3−ｔ3 ＝ΔｔL と等しい。したがって、全移動
距離ｐM は次式となる。
べる。この場合には、電動機電流は、図２（Ｂ）に示す
ＩL のようになる。すなわち、全部の斜線の面積が等し
くなるように、加速時間ｔL1、定速時間（ｔL2−
ｔL1）、減速時間（ｔL3−ｔL2）が定まる。図より明ら
かなように、ｔL1−ｔ1 ＝ΔｔL は負荷による増加時間
で、ｔL3−ｔ3 ＝ΔｔL と等しい。したがって、全移動
距離ｐM は次式となる。
【００３５】
【数８】
【００３６】加速時間と減速時間を同一とすると、次式
となる。
となる。
【００３７】
【数９】
【００３８】負荷の有無にかかわらず同一移動距離とす
るには、式（１０）と式（１３）を等置した次式が成り
立つ必要がある。
るには、式（１０）と式（１３）を等置した次式が成り
立つ必要がある。
【００３９】
【数１０】
【００４０】上式は、負荷の有無にかかわらず同一距離
を移動する場合、同一の減速時刻となることを意味して
いる。これが、本発明における制御方法の根本原理であ
る。
を移動する場合、同一の減速時刻となることを意味して
いる。これが、本発明における制御方法の根本原理であ
る。
【００４１】図１に戻り、位置制御装置２０に、起動信
号が与えられると、定トルク加速機能を有する速度調整
手段１により電動機２が直線加速し、移動機構３により
物体が移動する。電動機２の速度ｎは、速度検出手段４
により検出される。検出速度は、規定速度検出手段６に
おいて、定数入力手段５に入力された最大速度ｎMR（規
定速度）と比較し、電動機速度ｎがｎMR近傍となったこ
とを検出する。起動して規定速度になるまでの時間、す
なわち加速時間ｔL1を、標準時刻発生手段７で発生され
る実時刻ｔを用いて、加速時間測定手段８により計測す
る。次に、減速時刻計算手段９を用い、定数入力手段５
に入力された定数Ｋp ，ｐM ，ｎMRを式（１６）に代入
し、減速開始時刻ｔL2を計算する。
号が与えられると、定トルク加速機能を有する速度調整
手段１により電動機２が直線加速し、移動機構３により
物体が移動する。電動機２の速度ｎは、速度検出手段４
により検出される。検出速度は、規定速度検出手段６に
おいて、定数入力手段５に入力された最大速度ｎMR（規
定速度）と比較し、電動機速度ｎがｎMR近傍となったこ
とを検出する。起動して規定速度になるまでの時間、す
なわち加速時間ｔL1を、標準時刻発生手段７で発生され
る実時刻ｔを用いて、加速時間測定手段８により計測す
る。次に、減速時刻計算手段９を用い、定数入力手段５
に入力された定数Ｋp ，ｐM ，ｎMRを式（１６）に代入
し、減速開始時刻ｔL2を計算する。
【００４２】減速開始時刻、すなわちｔ＝ｔL2になる
と、速度指令発生手段１０により、次式を用いて減速指
令を発生する。
と、速度指令発生手段１０により、次式を用いて減速指
令を発生する。
【００４３】
【数１１】
【００４４】上式の速度指令は時刻ｔの関数であり、こ
れを速度調整手段１に与え減速し、時刻ｔL3に所定距離
ｐM を移動し停止する。
れを速度調整手段１に与え減速し、時刻ｔL3に所定距離
ｐM を移動し停止する。
【００４５】以上の実施例では、速度検出手段４は電動
機速度を検出しているが、移動物体の速度を検出して
も、図１と同様の位置制御装置を構築することができ
る。すなわち、速度検出手段は必ずしも電動機速度であ
る必要はなく移動体速度を検出してもよい。
機速度を検出しているが、移動物体の速度を検出して
も、図１と同様の位置制御装置を構築することができ
る。すなわち、速度検出手段は必ずしも電動機速度であ
る必要はなく移動体速度を検出してもよい。
【００４６】なお、位置制御装置のうち、定数入力手段
５、規定速度検出手段６、標準時刻発生手段７、加速時
間測定手段８、減速時刻計算手段９、速度指令発生手段
１０は、演算処理装置すなわちコンピュータにより構成
するのが好適である。
５、規定速度検出手段６、標準時刻発生手段７、加速時
間測定手段８、減速時刻計算手段９、速度指令発生手段
１０は、演算処理装置すなわちコンピュータにより構成
するのが好適である。
【００４７】また、以上の実施例では１軸の位置制御装
置を示しているが、この装置をｍ個用いて、ｍ軸の位置
制御システムを構成することもできる。
置を示しているが、この装置をｍ個用いて、ｍ軸の位置
制御システムを構成することもできる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、電動機負荷の大小にか
かわらず与えられた距離を移動するのに必要な速度指令
を、自動的に発生できるという効果がある。また、最大
負荷時の移動時間に対し、軽負荷時には移動時間を短縮
できるという効果がある。さらには、負荷の変化を検出
するのに電動機軸のトルク信号や電動機電流を検出する
必要がないので、機械的振動や電動機を駆動する半導体
電力変換装置に基因する測定精度の悪化がなくなるとい
う効果がある。速度調整装置には、一般に電動機速度あ
るいは移動物体の速度を検出する速度検出手段が付属し
ているので、本発明によればこれを利用して加速時間を
測定し、処理できるので、負荷変化の検出に対しトルク
計や電流検出器を必要とせず極めて経済的であるという
効果がある。
かわらず与えられた距離を移動するのに必要な速度指令
を、自動的に発生できるという効果がある。また、最大
負荷時の移動時間に対し、軽負荷時には移動時間を短縮
できるという効果がある。さらには、負荷の変化を検出
するのに電動機軸のトルク信号や電動機電流を検出する
必要がないので、機械的振動や電動機を駆動する半導体
電力変換装置に基因する測定精度の悪化がなくなるとい
う効果がある。速度調整装置には、一般に電動機速度あ
るいは移動物体の速度を検出する速度検出手段が付属し
ているので、本発明によればこれを利用して加速時間を
測定し、処理できるので、負荷変化の検出に対しトルク
計や電流検出器を必要とせず極めて経済的であるという
効果がある。
【図１】本発明の位置制御装置の一実施例を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】本発明の動作原理を説明するためのグラフであ
り、（Ａ）は電動機速度のグラフ、（Ｂ）は電動機電流
のグラフである。
り、（Ａ）は電動機速度のグラフ、（Ｂ）は電動機電流
のグラフである。
１ 定トルク加速機能付速度調整手段 ２ 電動機 ３ 移動機構 ４ 速度検出手段 ５ 定数入力手段 ６ 規定速度検出手段 ７ 標準時刻発生手段 ８ 加速時間測定手段 ９ 減速時刻計算手段 １０ 速度指令発生手段 ２０ 位置制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 19/18 - 19/46 H02P 1/00 - 1/58 H02P 5/00,7/00
Claims (3)
- 【請求項１】物体を所定距離移動する移動機構を駆動す
る電動機に、直線加速，定速，直線減速の速度指令を与
える位置制御装置において、 全移動量，規定電動機速度，速度−位置変換定数を入力
する定数入力手段と、 電動機速度を検出する速度検出手段と、 速度検出手段により検出された電動機速度が、前記定数
入力手段から与えられた規定電動機速度の近傍になった
ことを検出する規定速度検出手段と、 起動後電動機速度が規定電動機速度になるまでの直線加
速時間を、電動機負荷の変化に対し計測する加速時間測
定手段と、 前記定数入力手段により与えられた全移動量，規定電動
機速度，速度−位置変換定数を用いて、電動機負荷の大
小に拘らず一定である減速時刻を算出する減速時刻計算
手段と、 算出された減速時刻より前記加速時間と同じ時間後に停
止する直線減速速度指令を発生する速度指令発生手段
と、 発生された速度指令により前記電動機を速度調整する、
定トルク加速機能を有する速度調整手段とを備え、電動機負荷が小さくなるに従って、物体を所定距離移動
する時間を短くする ことを特徴とする位置制御装置。 - 【請求項２】請求項１記載の位置制御装置を単位軸の位
置制御システムとし、この位置制御システムを必要単位
用いた多軸位置制御装置。 - 【請求項３】物体を所定距離移動する移動機構を駆動す
る電動機に直線加速，定速，直線減速の速度指令を与え
る位置制御方法において、 全移動量，規定電動機速度，速度−位置変換定数を入力
するステップと、 電動機速度を検出するステップと、 検出された電動機速度が規定電動機速度近傍になったこ
とを検出するステップと、 起動後電動機速度が規定電動機速度になるまでの直線加
速時間を、電動機負荷の変化に対し計測するステップ
と、 与えられた全移動量，規定電動機速度，速度−位置変換
定数を用いて、電動機負荷の大小に拘らず一定である減
速時刻を算出するステップと、 算出された減速時刻より前記加速時間と同じ時間後に停
止する直線減速速度指令を発生するステップと、 発生された速度指令により前記電動機を速度調整するス
テップとを含み、電動機負荷が軽くなるに従って、物体を所定距離移動す
る時間を短くする ことを特徴とする位置制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05437096A JP3357529B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 位置制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05437096A JP3357529B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 位置制御方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09247971A JPH09247971A (ja) | 1997-09-19 |
| JP3357529B2 true JP3357529B2 (ja) | 2002-12-16 |
Family
ID=12968788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05437096A Expired - Fee Related JP3357529B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | 位置制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3357529B2 (ja) |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP05437096A patent/JP3357529B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09247971A (ja) | 1997-09-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020917 |
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