JP3538319B2 - サーボモータを用いた位置制御装置 - Google Patents
サーボモータを用いた位置制御装置Info
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- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/43—Speed, acceleration, deceleration control ADC
- G05B2219/43006—Acceleration, deceleration control
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はサーボモータを制御
する位置制御装置で、特にその加速指令値を最適化して
最短の位置決め時間を得ることのできる位置制御装置に
関するものである。
する位置制御装置で、特にその加速指令値を最適化して
最短の位置決め時間を得ることのできる位置制御装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の位置制御装置の一例を示す
ブロック図である。この位置制御装置は数値制御部１
０、サーボ制御部２０、モータ３０、位置検出器４０か
ら構成されている。数値制御部１０においては、パート
プログラム記憶部１１に入力されたプログラムの内容に
従って、プログラム解釈部１２が目標値データＭＤを生
成する。関数発生部１５ａは、最大速度記憶部１３にパ
ラメータ設定した最大速度単位量Ｎｍａｘと、加速度記
憶部１４にパラメータ設定した加速単位量△Ｎａ，減速
単位量△Ｎｂと、目標値データＭＤにより速度単位量Ｎ
（ｎ）を演算し、サーボ制御部２０に送出する。サーボ
制御部２０は送出された速度単位量Ｎ（ｎ）を積分器２
１で時間積分することにより、位置指令値ＣＯＮを生成
する。次に位置・速度制御部２２が、位置指令値ＣＯＮ
と位置検出器４０から得られる位置検出値ＡＰＡよりト
ルク指令値ＭＴを生成し、これをインバータ部２３を介
してモータ３０に供給することによりモータを駆動す
る。なお、位置検出器４０は、モータ３０にカップリン
グで結合されており、ここで検出される位置検出値ＡＰ
Ａを位置・速度制御部２２に供給することで、モータ３
０が位置フィードバック制御されている。
ブロック図である。この位置制御装置は数値制御部１
０、サーボ制御部２０、モータ３０、位置検出器４０か
ら構成されている。数値制御部１０においては、パート
プログラム記憶部１１に入力されたプログラムの内容に
従って、プログラム解釈部１２が目標値データＭＤを生
成する。関数発生部１５ａは、最大速度記憶部１３にパ
ラメータ設定した最大速度単位量Ｎｍａｘと、加速度記
憶部１４にパラメータ設定した加速単位量△Ｎａ，減速
単位量△Ｎｂと、目標値データＭＤにより速度単位量Ｎ
（ｎ）を演算し、サーボ制御部２０に送出する。サーボ
制御部２０は送出された速度単位量Ｎ（ｎ）を積分器２
１で時間積分することにより、位置指令値ＣＯＮを生成
する。次に位置・速度制御部２２が、位置指令値ＣＯＮ
と位置検出器４０から得られる位置検出値ＡＰＡよりト
ルク指令値ＭＴを生成し、これをインバータ部２３を介
してモータ３０に供給することによりモータを駆動す
る。なお、位置検出器４０は、モータ３０にカップリン
グで結合されており、ここで検出される位置検出値ＡＰ
Ａを位置・速度制御部２２に供給することで、モータ３
０が位置フィードバック制御されている。
【０００３】図６は図５に示す関数発生部１５ａの動作
を示すフローチャート図である。パートプログラム記憶
部１１に入力されたプログラムの内容に従って、プログ
ラム解釈部１２が目標値データＭＤを生成し、関数発生
部１５ａに送出する。関数発生部１５ａでは、まず目標
値データＭＤの目標位置ＣＯＮと現在位置ＡＰＡの差分
を演算して、残り距離ＤＲを算出する（Ｓ１）。次に残
り距離ＤＲと減速可能距離ＤＤの差分を演算して、その
極性から次回の速度単位量Ｎ（ｎ＋１）を加速モードと
するかまたは減速モードとするかのモード判別を行う。
つまり、ＤＲ＞ＤＤであれば加速モードと判別し、ＤＲ
≦ＤＤであれば減速モードと判別する。なお、減速可能
距離ＤＤは、予めパラメータ設定した減速時間を決定す
る減速単位量△Ｎｂと現在の速度単位量Ｎ（ｎ）から積
分演算することにより算出する（Ｓ２）。Ｓ２にて加速
モードと判別した場合は、最大速度記憶部１３にパラメ
ータ設定した最大速度単位量Ｎｍａｘと現在の速度単位
量Ｎ（ｎ）の差分を演算して、その極性から次回の速度
単位量Ｎ（ｎ＋１）を加速モードとするかまたは一定速
モードとするかモード判別を行う。つまり、Ｎｍａｘ＞
Ｎ（ｎ）であれば加速モードと判別し、Ｎｍａｘ＝Ｎ
（ｎ）であれば一定速モードと判別する（Ｓ３）。Ｓ３
にて加速モードと判別した場合は、現在の速度単位量Ｎ
（ｎ）に、加速度記憶部にパラメータ設定した加速単位
量△Ｎａを加算してＮ’（ｎ＋１）を算出する（Ｓ４
ａ）。次にＳ４ａにて算出したＮ’（ｎ＋１）と最大速
度記憶部１３にパラメータ設定した最大速度単位量Ｎｍ
ａｘの差分を演算し、その極性を判別する（Ｓ５）。Ｓ
５による演算結果が＞０となる場合は、次回の速度単位
量をＮ（ｎ＋１）＝Ｎｍａｘにする（Ｓ６）。Ｓ５によ
る演算結果が≦０となる場合は、次回の速度単位量をＮ
（ｎ＋１）＝Ｎ’（ｎ＋１）とする（Ｓ７）。一方、Ｓ
３にて一定速モードと判別した場合は、現在の速度単位
量Ｎ（ｎ）がＮｍａｘになっているため、次回の速度単
位量もＮ（ｎ＋１）＝Ｎｍａｘにする（Ｓ８）。Ｓ２に
て減速モードと判別した場合は、現在の速度単位量Ｎ
（ｎ）に、加速度記憶部にパラメータ設定した減速単位
量△Ｎｂを減算して次回の速度単位量Ｎ（ｎ＋１）を算
出する（Ｓ９）。
を示すフローチャート図である。パートプログラム記憶
部１１に入力されたプログラムの内容に従って、プログ
ラム解釈部１２が目標値データＭＤを生成し、関数発生
部１５ａに送出する。関数発生部１５ａでは、まず目標
値データＭＤの目標位置ＣＯＮと現在位置ＡＰＡの差分
を演算して、残り距離ＤＲを算出する（Ｓ１）。次に残
り距離ＤＲと減速可能距離ＤＤの差分を演算して、その
極性から次回の速度単位量Ｎ（ｎ＋１）を加速モードと
するかまたは減速モードとするかのモード判別を行う。
つまり、ＤＲ＞ＤＤであれば加速モードと判別し、ＤＲ
≦ＤＤであれば減速モードと判別する。なお、減速可能
距離ＤＤは、予めパラメータ設定した減速時間を決定す
る減速単位量△Ｎｂと現在の速度単位量Ｎ（ｎ）から積
分演算することにより算出する（Ｓ２）。Ｓ２にて加速
モードと判別した場合は、最大速度記憶部１３にパラメ
ータ設定した最大速度単位量Ｎｍａｘと現在の速度単位
量Ｎ（ｎ）の差分を演算して、その極性から次回の速度
単位量Ｎ（ｎ＋１）を加速モードとするかまたは一定速
モードとするかモード判別を行う。つまり、Ｎｍａｘ＞
Ｎ（ｎ）であれば加速モードと判別し、Ｎｍａｘ＝Ｎ
（ｎ）であれば一定速モードと判別する（Ｓ３）。Ｓ３
にて加速モードと判別した場合は、現在の速度単位量Ｎ
（ｎ）に、加速度記憶部にパラメータ設定した加速単位
量△Ｎａを加算してＮ’（ｎ＋１）を算出する（Ｓ４
ａ）。次にＳ４ａにて算出したＮ’（ｎ＋１）と最大速
度記憶部１３にパラメータ設定した最大速度単位量Ｎｍ
ａｘの差分を演算し、その極性を判別する（Ｓ５）。Ｓ
５による演算結果が＞０となる場合は、次回の速度単位
量をＮ（ｎ＋１）＝Ｎｍａｘにする（Ｓ６）。Ｓ５によ
る演算結果が≦０となる場合は、次回の速度単位量をＮ
（ｎ＋１）＝Ｎ’（ｎ＋１）とする（Ｓ７）。一方、Ｓ
３にて一定速モードと判別した場合は、現在の速度単位
量Ｎ（ｎ）がＮｍａｘになっているため、次回の速度単
位量もＮ（ｎ＋１）＝Ｎｍａｘにする（Ｓ８）。Ｓ２に
て減速モードと判別した場合は、現在の速度単位量Ｎ
（ｎ）に、加速度記憶部にパラメータ設定した減速単位
量△Ｎｂを減算して次回の速度単位量Ｎ（ｎ＋１）を算
出する（Ｓ９）。
【０００４】図７の上図は目標位置が与えられた場合の
速度単位量Ｎ（ｎ）の変化を示す図とモータ速度波形で
ある。モータ速度波形に示すｔｒｚは加速時間であり、
ｔｆｚは減速時間であり、ｔｚは目標位置に達する位置
決め時間である。また、位置指令となる速度単位量Ｎ
（ｎ）は、演算周期Ｔ毎に関数発生部１５ａにて生成さ
れる。また、（１）→（２）は加速モードであり、この
時の位置指令は現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に加速度記憶
部にパラメータ設定した加速単位量△Ｎａを加算して生
成するため、速度波形は正の傾きをもつ等加速度とな
る。また、ｔ３はＮ（ｎ）＝Ｎｍａｘとなる加速終了時
刻である。（３）は一定速モードであり、この時の位置
指令は速度単位量Ｎｍａｘとなる。（４）→（５）は減
速モードであり、この時の位置指令は現在の速度単位量
Ｎ（ｎ）に加速度記憶部にパラメータ設定した減速単位
量△Ｎｂを減算して生成するため、速度波形は負の傾き
をもつ等加速度となる。図７の下図はモータのトルク波
形である。この内、（１）→（２）は加速トルクＴｑ１
であり、（３）は摩擦トルクＴｄであり、（４）→
（５）は減速トルクＴｓである。
速度単位量Ｎ（ｎ）の変化を示す図とモータ速度波形で
ある。モータ速度波形に示すｔｒｚは加速時間であり、
ｔｆｚは減速時間であり、ｔｚは目標位置に達する位置
決め時間である。また、位置指令となる速度単位量Ｎ
（ｎ）は、演算周期Ｔ毎に関数発生部１５ａにて生成さ
れる。また、（１）→（２）は加速モードであり、この
時の位置指令は現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に加速度記憶
部にパラメータ設定した加速単位量△Ｎａを加算して生
成するため、速度波形は正の傾きをもつ等加速度とな
る。また、ｔ３はＮ（ｎ）＝Ｎｍａｘとなる加速終了時
刻である。（３）は一定速モードであり、この時の位置
指令は速度単位量Ｎｍａｘとなる。（４）→（５）は減
速モードであり、この時の位置指令は現在の速度単位量
Ｎ（ｎ）に加速度記憶部にパラメータ設定した減速単位
量△Ｎｂを減算して生成するため、速度波形は負の傾き
をもつ等加速度となる。図７の下図はモータのトルク波
形である。この内、（１）→（２）は加速トルクＴｑ１
であり、（３）は摩擦トルクＴｄであり、（４）→
（５）は減速トルクＴｓである。
【０００５】図８はモータの出力トルク特性図であり、
モータの最大出力トルク曲線はモータ速度により以下の
ように変化する。０≦モータ速度＜Ｎｃにおける最大出
力トルク値は、Ｔｑｍａｘの一定値となる（定トルク領
域）。この理由は、モータ３０に供給されるモータ電流
がサーボ制御部２０で制限されているためである。Ｎｃ
≦モータ速度≦Ｎｍａｘにおける最大トルク値は、［モ
ータ速度，モータトルク］の座標上で［Ｎｃ，Ｔｑｍａ
ｘ］と［Ｎｍａｘ，Ｔｑ１］の２点を結ぶ曲線となる。
この２点の座標の大小関係は、Ｎｃ＜Ｎｍａｘ，Ｔｑｍ
ａｘ＞Ｔｑ１となり、モータ速度の増加に伴いモータト
ルクは減少する（電源飽和領域）。この理由は、モータ
速度が大きくなると比例してモータ誘起電圧が大きくな
り、インバータ部２３に入力されるインバータ直流電圧
との電圧差が小さくなることにより、モータ電流がサー
ボ制御部２０で制限する値以下となるためである。
モータの最大出力トルク曲線はモータ速度により以下の
ように変化する。０≦モータ速度＜Ｎｃにおける最大出
力トルク値は、Ｔｑｍａｘの一定値となる（定トルク領
域）。この理由は、モータ３０に供給されるモータ電流
がサーボ制御部２０で制限されているためである。Ｎｃ
≦モータ速度≦Ｎｍａｘにおける最大トルク値は、［モ
ータ速度，モータトルク］の座標上で［Ｎｃ，Ｔｑｍａ
ｘ］と［Ｎｍａｘ，Ｔｑ１］の２点を結ぶ曲線となる。
この２点の座標の大小関係は、Ｎｃ＜Ｎｍａｘ，Ｔｑｍ
ａｘ＞Ｔｑ１となり、モータ速度の増加に伴いモータト
ルクは減少する（電源飽和領域）。この理由は、モータ
速度が大きくなると比例してモータ誘起電圧が大きくな
り、インバータ部２３に入力されるインバータ直流電圧
との電圧差が小さくなることにより、モータ電流がサー
ボ制御部２０で制限する値以下となるためである。
【０００６】加速モードにおける位置指令の関数式は、
正の傾きをもつ等加速度であり数１となる。
正の傾きをもつ等加速度であり数１となる。
【数１】Ｎ（t）＝（Ｎｍａｘ／ｔｒｚ）・ｔ
この時の加速時間ｔｒｚは、出力トルクが図８の太線で
示す最大出力トルク曲線以下になるように決定する必要
がある。したがって、加速時間ｔｒｚは、各速度に換算
した最大速度単位量Ｎｍａｘであるωｍａｘと、０〜Ｎ
ｍａｘにおける最大出力トルク曲線の最小値であるＴｑ
１から、数２になる。
示す最大出力トルク曲線以下になるように決定する必要
がある。したがって、加速時間ｔｒｚは、各速度に換算
した最大速度単位量Ｎｍａｘであるωｍａｘと、０〜Ｎ
ｍａｘにおける最大出力トルク曲線の最小値であるＴｑ
１から、数２になる。
【数２】ｔｒｚ＝Ｊ・ωｍａｘ／｛Ｔｑ１−Ｔｄ｝
Ｊ:モータのイナーシャとモータに連結される負荷イナ
ーシャの総和 Ｔｄ：摩擦トルク また、図７のモータの速度波形とトルク波形を図８のモ
ータの出力トルク特性図に記入すると、矢印（１），
（２），（３），（４），（５）のようになる。
ーシャの総和 Ｔｄ：摩擦トルク また、図７のモータの速度波形とトルク波形を図８のモ
ータの出力トルク特性図に記入すると、矢印（１），
（２），（３），（４），（５）のようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、加
速モードにおける位置指令値が等加速度となるように、
現在の速度単位量Ｎ（ｎ）にパラメータ設定した加速単
位量△Ｎａを加算して生成していたので、モータの出力
トルク特性図における最大出力トルク曲線の最小値で決
まる加速時間を設定しなければならず、加速時間が長く
なるという問題点があった。本発明は上記問題点を解決
することを課題としてなされたものであり、モータの最
大出力トルク曲線となるように位置指令を生成して、加
速時間を短くすることにより、位置決め時間が短縮する
位置制御装置を提供することを目的とする。
速モードにおける位置指令値が等加速度となるように、
現在の速度単位量Ｎ（ｎ）にパラメータ設定した加速単
位量△Ｎａを加算して生成していたので、モータの出力
トルク特性図における最大出力トルク曲線の最小値で決
まる加速時間を設定しなければならず、加速時間が長く
なるという問題点があった。本発明は上記問題点を解決
することを課題としてなされたものであり、モータの最
大出力トルク曲線となるように位置指令を生成して、加
速時間を短くすることにより、位置決め時間が短縮する
位置制御装置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、サーボモータ
の最大出力トルク以下になるように、目標値データと速
度単位量及び加速度単位量に基づいて位置指令値が生成
され、該位置指令値から演算されたトルク指令値に基づ
いてサーボモータを駆動する位置制御装置において、加
速時に、予めパラメータ設定した加速度単位量△Ｎａａ
を速度単位量Ｎ（ｎ）に加算して等加速度となるように
第１の位置指令を生成する手段と、指数関数式にて加速
度単位量を演算し、その結果を速度単位量Ｎ（ｎ）に加
算して第２の位置指令を生成する手段と、現在の速度単
位量Ｎ（ｎ）と予めパラメータ設定した関数切り換え速
度単位量Ｎｃの大小関係を比較し、その結果により前記
の位置指令生成手段のいずれかを選択して位置指令を生
成する手段と、減速時に、予めパラメータ設定した減速
度単位量ΔＮｂを速度単位量Ｎ（ｎ）から減算して、等
加速度となるように第３の位置指令を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
の最大出力トルク以下になるように、目標値データと速
度単位量及び加速度単位量に基づいて位置指令値が生成
され、該位置指令値から演算されたトルク指令値に基づ
いてサーボモータを駆動する位置制御装置において、加
速時に、予めパラメータ設定した加速度単位量△Ｎａａ
を速度単位量Ｎ（ｎ）に加算して等加速度となるように
第１の位置指令を生成する手段と、指数関数式にて加速
度単位量を演算し、その結果を速度単位量Ｎ（ｎ）に加
算して第２の位置指令を生成する手段と、現在の速度単
位量Ｎ（ｎ）と予めパラメータ設定した関数切り換え速
度単位量Ｎｃの大小関係を比較し、その結果により前記
の位置指令生成手段のいずれかを選択して位置指令を生
成する手段と、減速時に、予めパラメータ設定した減速
度単位量ΔＮｂを速度単位量Ｎ（ｎ）から減算して、等
加速度となるように第３の位置指令を生成する手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明では、モータの出力トルク特性図の最大
出力トルク曲線に合わせて、等加速度と指数加速度とな
るように２種類の位置指令値が生成でき、これらの内最
適指令値を選択できるため、加速時間が短くなり、位置
決めの短縮化が容易に実現できる。
出力トルク曲線に合わせて、等加速度と指数加速度とな
るように２種類の位置指令値が生成でき、これらの内最
適指令値を選択できるため、加速時間が短くなり、位置
決めの短縮化が容易に実現できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態を示す
位置制御装置のブロック図であり、上記従来例と同一構
成箇所は同符号を付して説明を省略する。本実施の形態
に係わる位置制御装置では、関数発生部１５ｂは、最大
速度記憶部１３にパラメータ設定した最大送り速度単位
量Ｎｍａｘと、加速度記憶部１４にパラメータ設定した
加速単位量△Ｎａａ，減速単位量△Ｎｂと、関数切換速
度記憶部１６にパラメータ設定した関数切換速度単位量
Ｎｃと、漸近速度記憶部１７にパラメータ設定した漸近
速度単位量Ｎｄと、目標値データＭＤにより速度単位量
Ｎ（ｎ）を演算し、サーボ制御部２０に送出する。
位置制御装置のブロック図であり、上記従来例と同一構
成箇所は同符号を付して説明を省略する。本実施の形態
に係わる位置制御装置では、関数発生部１５ｂは、最大
速度記憶部１３にパラメータ設定した最大送り速度単位
量Ｎｍａｘと、加速度記憶部１４にパラメータ設定した
加速単位量△Ｎａａ，減速単位量△Ｎｂと、関数切換速
度記憶部１６にパラメータ設定した関数切換速度単位量
Ｎｃと、漸近速度記憶部１７にパラメータ設定した漸近
速度単位量Ｎｄと、目標値データＭＤにより速度単位量
Ｎ（ｎ）を演算し、サーボ制御部２０に送出する。
【００１１】図２は、図１に示す関数発生部１５ｂの動
作を示すフローチャート図の一部分であり、図６の従来
例におけるステップＳ３からＳ５までを示し、他のステ
ップは従来と同様である。Ｓ３にて加速モードと判別し
た場合は、現在の速度単位量Ｎ（ｎ）と関数切換速度記
憶部１６にパラメータ設定した関数切換速度単位量Ｎｃ
との差分を演算し、その極性を判別する（Ｓ１０）。Ｓ
１０による演算結果が、＜０となる場合（現在の速度単
位量Ｎ（ｎ）が関数切換速度単位量Ｎｃ以下の場合）
は、現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に、加速度記憶部にパラ
メータ設定した加速単位量△Ｎａａを加算して第１の位
置指令Ｎ’（ｎ＋１）を算出する（Ｓ１１）。Ｓ１０に
よる演算結果が≧０となる場合は、数３にて指数加速単
位量△Ｎｅ（ｎ）を演算する。尚、数３はＮ（ｎ）＝Ｎ
ｃにおいて、△Ｎｅ（ｎ）＝△Ｎａａとする場合の関数
式である（Ｓ１２）。
作を示すフローチャート図の一部分であり、図６の従来
例におけるステップＳ３からＳ５までを示し、他のステ
ップは従来と同様である。Ｓ３にて加速モードと判別し
た場合は、現在の速度単位量Ｎ（ｎ）と関数切換速度記
憶部１６にパラメータ設定した関数切換速度単位量Ｎｃ
との差分を演算し、その極性を判別する（Ｓ１０）。Ｓ
１０による演算結果が、＜０となる場合（現在の速度単
位量Ｎ（ｎ）が関数切換速度単位量Ｎｃ以下の場合）
は、現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に、加速度記憶部にパラ
メータ設定した加速単位量△Ｎａａを加算して第１の位
置指令Ｎ’（ｎ＋１）を算出する（Ｓ１１）。Ｓ１０に
よる演算結果が≧０となる場合は、数３にて指数加速単
位量△Ｎｅ（ｎ）を演算する。尚、数３はＮ（ｎ）＝Ｎ
ｃにおいて、△Ｎｅ（ｎ）＝△Ｎａａとする場合の関数
式である（Ｓ１２）。
【数３】
△Ｎｅ（ｎ）＝｛Ｎｄ−Ｎ（ｎ）｝・｛△Ｎａａ／Ｎｄ
−Ｎｃ｝ 次に、現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に、Ｓ１１にて演算し
た指数加速単位量△Ｎｅ（ｎ）を加算して第２の位置指
令Ｎ’（ｎ＋１）を算出する（Ｓ１３）。次にＳ４ｂに
て算出したＮ’（ｎ＋１）と最大速度記憶部１３にパラ
メータ設定した最大速度単位量Ｎｍａｘの差分を演算
し、その極性を判別する（Ｓ５）。
−Ｎｃ｝ 次に、現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に、Ｓ１１にて演算し
た指数加速単位量△Ｎｅ（ｎ）を加算して第２の位置指
令Ｎ’（ｎ＋１）を算出する（Ｓ１３）。次にＳ４ｂに
て算出したＮ’（ｎ＋１）と最大速度記憶部１３にパラ
メータ設定した最大速度単位量Ｎｍａｘの差分を演算
し、その極性を判別する（Ｓ５）。
【００１２】図３の上図は目標位置が与えられた場合の
速度単位量Ｎ（ｎ）の変化を示す図とモータ速度波形で
ある。下図はモータトルク波形である。速度波形におけ
るｔｒｓは加速時間であり、ｔｆｚは従来技術と同様と
なる減速時間であり、ｔｓは目標位置に達する位置決め
時間である。また、位置指令となる速度単位量Ｎ（ｎ）
は、演算周期Ｔ毎に関数発生部１５ｂにて生成される。
また、（１）→（２ａ）は速度単位量Ｎ（ｎ）が関数切
換速度単位量Ｎｃ未満の場合の加速モードであり、この
時の位置指令は現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に加速度記憶
部にパラメータ設定した加速単位量△Ｎａを加算して生
成するため、正の傾きをもつ等加速度となる。また、ｔ
１は速度単位量がＮ（ｎ）＝Ｎｃとなる時刻である。
（２ａ）→（２ｂ）は、速度単位量Ｎ（ｎ）が関数切換
速度単位量Ｎｃ以上の場合の加速モードであり、この時
の位置指令は現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に指数加速単位
量△Ｎｅ（ｎ）を加算して生成するため、指数の加速度
となる。また、ｔ２は速度単位量Ｎ（ｎ）＝Ｎｍａｘと
なる加速終了時刻である。（３）は一定速モードであり
この時の位置指令は、速度単位量Ｎｍａｘとなる。
（４）→（５）は減速モードであり、この時の位置指令
は現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に加速度記憶部にパラメー
タ設定した減速単位量△Ｎｂを減算して生成するため、
速度波形は負の傾きをもつ等加速度となる。
速度単位量Ｎ（ｎ）の変化を示す図とモータ速度波形で
ある。下図はモータトルク波形である。速度波形におけ
るｔｒｓは加速時間であり、ｔｆｚは従来技術と同様と
なる減速時間であり、ｔｓは目標位置に達する位置決め
時間である。また、位置指令となる速度単位量Ｎ（ｎ）
は、演算周期Ｔ毎に関数発生部１５ｂにて生成される。
また、（１）→（２ａ）は速度単位量Ｎ（ｎ）が関数切
換速度単位量Ｎｃ未満の場合の加速モードであり、この
時の位置指令は現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に加速度記憶
部にパラメータ設定した加速単位量△Ｎａを加算して生
成するため、正の傾きをもつ等加速度となる。また、ｔ
１は速度単位量がＮ（ｎ）＝Ｎｃとなる時刻である。
（２ａ）→（２ｂ）は、速度単位量Ｎ（ｎ）が関数切換
速度単位量Ｎｃ以上の場合の加速モードであり、この時
の位置指令は現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に指数加速単位
量△Ｎｅ（ｎ）を加算して生成するため、指数の加速度
となる。また、ｔ２は速度単位量Ｎ（ｎ）＝Ｎｍａｘと
なる加速終了時刻である。（３）は一定速モードであり
この時の位置指令は、速度単位量Ｎｍａｘとなる。
（４）→（５）は減速モードであり、この時の位置指令
は現在の速度単位量Ｎ（ｎ）に加速度記憶部にパラメー
タ設定した減速単位量△Ｎｂを減算して生成するため、
速度波形は負の傾きをもつ等加速度となる。
【００１３】図３に示す速度波形の加速部分の関数式
は、連続値系で考えると以下のようになる。（１）→
（２ａ）の位置指令は数４の関数式となり、その傾きは
数５となる。
は、連続値系で考えると以下のようになる。（１）→
（２ａ）の位置指令は数４の関数式となり、その傾きは
数５となる。
【数４】Ｎ（t）＝（Ｎｃ／ｔｒｓ１）・ｔ
【数５】Ｎ（t）／ｄｔ＝（Ｎｃ／ｔｒｓ１）
また、加速時間ｔｒｓ１は、各速度に換算した関数切換
速度単位量Ｎｃであるωｃと、０〜Ｎｃまでの最大トル
クであるＴｑｍａｘから数６になる。
速度単位量Ｎｃであるωｃと、０〜Ｎｃまでの最大トル
クであるＴｑｍａｘから数６になる。
【数６】
ｔｒｓ１＝Ｊ・ωｃ／｛Ｔｑｍａｘ−Ｔｄ｝
（２ａ）→（２ｂ）の位置指令は数７の関数式となり、
その傾きは数８となる。
その傾きは数８となる。
【数７】Ｎ（t）＝Ｎｃ＋（Ｎｄ−Ｎｃ）・（１−ｅｘ
ｐ（−（ｔ−ｔ１）／τ）） τ：指数関数の時定数
ｐ（−（ｔ−ｔ１）／τ）） τ：指数関数の時定数
【数８】Ｎ（t）／ｄｔ＝（Ｎｄ−Ｎｃ）・（１／τ）
・ｅｘｐ（−（ｔ−ｔ１）／τ） ｔ＝ｔ１時点における数４と数７の関数式の傾きは等し
いため、指数関数の時定数τは数９となる。
・ｅｘｐ（−（ｔ−ｔ１）／τ） ｔ＝ｔ１時点における数４と数７の関数式の傾きは等し
いため、指数関数の時定数τは数９となる。
【数９】τ＝ｔｒｓ１・（Ｎｄ−Ｎｃ）／Ｎｃ
ｔ＝ｔ２時点の速度単位量は、Ｎ（t２）＝Ｎｍａｘと
なるため、数７より数１０が得られ、加速時間ｔｒｓ２
は数１１となる。
なるため、数７より数１０が得られ、加速時間ｔｒｓ２
は数１１となる。
【数１０】Ｎｍａｘ＝Ｎｃ＋（Ｎｄ−Ｎｃ）・（１−ｅ
ｘｐ（−（ｔ２−ｔ１）／τ））
ｘｐ（−（ｔ２−ｔ１）／τ））
【数１１】
ｔｒｓ２＝t２−ｔ１
＝−ｔｒｓ１・（（Ｎｄ−Ｎｃ）／Ｎｃ）・ｌｎ（（Ｎ
ｄ−Ｎｍａｘ）／（Ｎｄ−Ｎｃ）） さらに、ｔ＝ｔ２時点における傾きは、モータ速度Ｎｍ
ａｘでの最大トルクであるＴｑ１で決まる最大傾きとな
る。つまり、Ｎ（t２）／ｄｔ＝Ｎｍａｘ／ｔｒｚとな
り、数８より数１２が得られ、漸近速度単位量Ｎｄは数
１３となる。
ｄ−Ｎｍａｘ）／（Ｎｄ−Ｎｃ）） さらに、ｔ＝ｔ２時点における傾きは、モータ速度Ｎｍ
ａｘでの最大トルクであるＴｑ１で決まる最大傾きとな
る。つまり、Ｎ（t２）／ｄｔ＝Ｎｍａｘ／ｔｒｚとな
り、数８より数１２が得られ、漸近速度単位量Ｎｄは数
１３となる。
【数１２】（Ｎｄ−Ｎｃ）・（１／τ）・ｅｘｐ（−
（ｔ２−ｔ１）／τ）＝Ｎｍａｘ／ｔｒｚ
（ｔ２−ｔ１）／τ）＝Ｎｍａｘ／ｔｒｚ
【数１３】Ｎｄ＝Ｎｍａｘ・（１−（ｔｒｓ１／ｔｒ
ｚ））／（１−（Ｎｍａｘ／Ｎｃ）・（ｔｒｓ１／ｔｒ
ｚ）） 図８、図４に示すモータの最大出力トルク曲線がＮｃ＝
０.６Ｎｍａｘ、Ｔｑ１＝０.５Ｔｑｍａｘ、Ｔｄ＝０.
１Ｔｑｍａｘとなる場合の加速時間の短縮比率ｔｒｓ／
ｔｒｚは、数１〜数１３より以下のようになる。尚、ω
ｃ、ωｍａｘ、ωｄは各速度に換算したＮｃ、Ｎｍａ
ｘ、Ｎｄである。
ｚ））／（１−（Ｎｍａｘ／Ｎｃ）・（ｔｒｓ１／ｔｒ
ｚ）） 図８、図４に示すモータの最大出力トルク曲線がＮｃ＝
０.６Ｎｍａｘ、Ｔｑ１＝０.５Ｔｑｍａｘ、Ｔｄ＝０.
１Ｔｑｍａｘとなる場合の加速時間の短縮比率ｔｒｓ／
ｔｒｚは、数１〜数１３より以下のようになる。尚、ω
ｃ、ωｍａｘ、ωｄは各速度に換算したＮｃ、Ｎｍａ
ｘ、Ｎｄである。
【数１４】
ｔｒｚ＝２.５・（Ｊ・ωｍａｘ／Ｔｑｍａｘ）
【数１５】
ｔｒｓ１＝０.６６７・（Ｊ・ωｍａｘ／Ｔｑｍａｘ）
【数１６】ωｄ＝１.３２・ωｍａｘ
【数１７】
ｔ２−ｔ１＝０.６４９・（Ｊ・ωｍａｘ／Ｔｑｍａ
ｘ）
ｘ）
【数１８】
ｔｒｓ２＝ｔｒｓ／ｔｒｚ
＝（ｔｒｓ１＋ｔｒｓ２）／ｔｒｚ
＝（ｔ１＋（ｔ２−ｔ１））／ｔｒｚ
＝（０.６６７＋０.６４９）／２.５
＝０.５２６
数１８より、加速時間は約１／２になる。
【００１４】図４はモータの出力トルク特性図であり、
図８と同一である。図３のモータの速度波形とトルク波
形を図４のモータの出力トルク特性図に記入すると、矢
印（１），（２ａ），（２ｂ），（３），（４），
（５）のように最大トルク曲線上になる。
図８と同一である。図３のモータの速度波形とトルク波
形を図４のモータの出力トルク特性図に記入すると、矢
印（１），（２ａ），（２ｂ），（３），（４），
（５）のように最大トルク曲線上になる。
【００１５】
【発明の効果】以上のように本発明の位置制御装置によ
れば、モータの出力トルク特性図による最大出力トルク
曲線に合わせて、等加速度と指数加速度となるように位
置指令値が生成できるため、加速時間が短くなり、位置
決めの短縮化が行なえる。
れば、モータの出力トルク特性図による最大出力トルク
曲線に合わせて、等加速度と指数加速度となるように位
置指令値が生成できるため、加速時間が短くなり、位置
決めの短縮化が行なえる。
【図１】 本発明の一実施形態を示す位置制御装置のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】 図１に示す関数発生部の動作を示すフローチ
ャート図の一部分である。
ャート図の一部分である。
【図３】 本発明の一実施形態のモータ速度波形とトル
ク波形である。
ク波形である。
【図４】 図３のトルク線図を記述したモータの出力ト
ルク特性図である。
ルク特性図である。
【図５】 従来の一例を示す位置制御装置のブロック図
である。
である。
【図６】 図５に示す関数発生部１５ａの動作を示すフ
ローチャート図である。
ローチャート図である。
【図７】 従来の一例のモータ速度波形とトルク波形で
ある。
ある。
【図８】 図７のトルク線図を記述したモータの出力ト
ルク特性図である。
ルク特性図である。
【符号の説明】
１０ 数値制御部、１１ パートプログラム記憶部、１
２ プログラム解釈部、１３ 最大速度記憶部、１４
加速度記憶部、１５ａ 関数発生部、１５ｂ関数発生
部、１６ 関数切換速度記憶部、１７ 漸近速度記憶
部、２０ サーボ制御部、２１ 積分器、２２ 位置・
速度制御部、２３ インバータ部、３０モータ、４０
位置検出器。
２ プログラム解釈部、１３ 最大速度記憶部、１４
加速度記憶部、１５ａ 関数発生部、１５ｂ関数発生
部、１６ 関数切換速度記憶部、１７ 漸近速度記憶
部、２０ サーボ制御部、２１ 積分器、２２ 位置・
速度制御部、２３ インバータ部、３０モータ、４０
位置検出器。
─────────────────────────────────────────────────────
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 11/00 - 13/04
H02P 7/628 - 7/632
Claims (2)
- 【請求項１】 サーボモータの最大出力トルク以下にな
るように、目標値データと速度単位量及び加速度単位量
に基づいて位置指令値が生成され、該位置指令値から演
算されたトルク指令値に基づいてサーボモータを駆動す
る位置制御装置において、加速時に、予めパラメータ設
定した加速度単位量△Ｎａａを速度単位量Ｎ（ｎ）に加
算して等加速度となるように第１の位置指令を生成する
手段と、指数関数式にて加速度単位量を演算し、その結
果を速度単位量Ｎ（ｎ）に加算して第２の位置指令を生
成する手段と、現在の速度単位量Ｎ（ｎ）と予めパラメ
ータ設定した関数切り換え速度単位量Ｎｃの大小関係を
比較し、その結果により前記の位置指令生成手段のいず
れかを選択して位置指令を生成する手段と、減速時に、
予めパラメータ設定した減速度単位量ΔＮｂを速度単位
量Ｎ（ｎ）から減算して、等加速度となるように第３の
位置指令を生成する手段と、を備えたことを特徴とする
サーボモータを用いた位置制御装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の位置制御装置におい
て、前記加速時に位置指令を生成する手段は、前記指数
関数式による加速度単位量の最大値が、前記等加速度の
加速単位量△Ｎａａとなるように指数関数式の時定数τ
を決定する手段を備えたことを特徴とするサーボモータ
を用いた位置制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15647598A JP3538319B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | サーボモータを用いた位置制御装置 |
| US09/312,723 US6408216B1 (en) | 1998-06-04 | 1999-05-17 | Position control apparatus using servomotor |
| DE19925165.7A DE19925165B4 (de) | 1998-06-04 | 1999-06-01 | Positionsregelungsvorrichtung unter Verwendung eines Servomotors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15647598A JP3538319B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | サーボモータを用いた位置制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11353029A JPH11353029A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3538319B2 true JP3538319B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=15628576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15647598A Expired - Lifetime JP3538319B2 (ja) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | サーボモータを用いた位置制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6408216B1 (ja) |
| JP (1) | JP3538319B2 (ja) |
| DE (1) | DE19925165B4 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3681972B2 (ja) * | 2000-10-18 | 2005-08-10 | ファナック株式会社 | 加減速制御方法 |
| CA2335691C (en) * | 2001-03-01 | 2002-11-05 | Av Cell Inc. | Pressurized chamber seal cartridge |
| US20040225382A1 (en) * | 2003-05-09 | 2004-11-11 | Phil Brown | Jerk profile, vector motion control and real time position capture in motion control systems |
| JP2007086904A (ja) | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Brother Ind Ltd | 加速度軌跡生成装置 |
| DE102006062354A1 (de) * | 2006-12-22 | 2008-06-26 | Andreas Stihl Ag & Co. Kg | Antriebsanordnung für ein portables Arbeitsgerät |
| CN102339036A (zh) * | 2010-07-16 | 2012-02-01 | 深圳富泰宏精密工业有限公司 | 机台运动控制系统 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3838325A (en) * | 1973-08-30 | 1974-09-24 | K Kobayashi | Motor speed acceleration-deceleration control circuit |
| US4016472A (en) * | 1975-01-17 | 1977-04-05 | The Superior Electric Company | Non-linear velocity change circuit for consecutive length commanded digital motor means |
| JPS5928896A (ja) * | 1982-08-05 | 1984-02-15 | Canon Inc | ステツピング・モ−タ制御方式 |
| FR2579387B1 (fr) * | 1985-03-25 | 1987-05-29 | Centre Techn Ind Mecanique | Procede et dispositif pour commander l'acceleration d'un moteur electrique pas a pas |
| JP2897333B2 (ja) * | 1990-04-11 | 1999-05-31 | ブラザー工業株式会社 | サーボ制御装置 |
| EP0704781B1 (de) * | 1994-09-29 | 1999-12-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Geschwindigkeitsabhängige Beschleunigungskennlinie |
| US6016044A (en) * | 1995-09-11 | 2000-01-18 | Alaris Medical Systems, Inc. | Open-loop step motor control system |
-
1998
- 1998-06-04 JP JP15647598A patent/JP3538319B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-05-17 US US09/312,723 patent/US6408216B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-06-01 DE DE19925165.7A patent/DE19925165B4/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19925165B4 (de) | 2014-03-20 |
| JPH11353029A (ja) | 1999-12-24 |
| US6408216B1 (en) | 2002-06-18 |
| DE19925165A1 (de) | 1999-12-09 |
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