JP4029220B2 - パルス発生回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はパルス発生回路に関し、特に物理的駆動対象の急峻な速度変化を除去するために有益なパルスを発生するパルス発生回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＣ工作機械、搬送機、ロボット等の駆動対象装置を高精度で駆動するためには、通常、パルスモータが用いられることが多い。
【０００３】
ところで、この種の駆動対象装置は、急激な速度変化がない滑らかな変化、つまり、加速度変化の小さい駆動が望ましい。例えば、搬送機をパルスモータで駆動する場合、急激な速度変化があると、角度慣性に起因して反動となって現れ、搬送機運動にショックを伴うことになる。このショックを低減したショックレス駆動のためには、通常、目標速度まで徐々に速度を変化させるようにパルス周波数を調整するパルス発生回路が用いられる。
【０００４】
従来のパルス発生回路としては、速度を一次関数パターン状に変化させる直線加減速特性で変化させるためのパルス発生回路と、二次関数パターンを組み合わせたＳ字曲線加減速特性で変化させるためのパルス発生回路が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直接加減速特性によるパルス発生回路では、発生するパルスの周波数を直線的に変化させることになるが、加速の開始時や終了時に加速度の変化が発生する。例えば、図４（Ａ）に示すような直線加速特性では、時間とともに発生するパルスの目標周波数を直線的に増大させるが、図４（Ｂ）に示すように、加速開始時点Ｔｓから瞬間的、階段状に加速度が一定値に変化し、終了時点Ｔｅで再び加速度零に変化し、加速度の急変が開始時点と終了時点ＴｓとＴｅで発生し、運動ショックを生じてしまう。
【０００６】
また、図５（Ａ）に示すようなＳ字曲線加速特性では、加速開始時点Ｔｓと加速終了時点Ｔｅでは加速度の変化は小さいものの、図５（Ｂ）に示すように、加速度が最大となる中間時点Ｔｍでは加速度変化が大きく、速度変化に起因する反動が発生してしまう。
【０００７】
このように、従来のパルス発生回路では、加速度の変化の大きい時点が必ずあり、モータを用いた搬送を行う場合には、急激な速度変動に起因する反動の発生は振動運動をも発生させてしまう。従って、従来はこの振動が収束するまで、次工程処理を待たなければならず、作業能率が低下し、作業時間が長くなってしまうと言う問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、加速度変化が小さく被制御対象の制御が可能なパルスを発生するパルス発生回路を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、急激な速度変化をなくし、運動ショック（反動）をなくすパルスを発生するパルス発生回路を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、パルスモータの駆動に用いて有益で運動ショックを少なくするパルスを発生するパルス発生回路を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、パルスモータによる搬送や駆動に用いて有益で運動ショックが少なく、作業率の向上、作業時間の短縮が可能となるパルスを発生するパルス発生回路を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明によるパルス発生回路は、被制御対象を目標とする駆動速度に向かって駆動するため所定の時間変化特性の周波数をもつパルスとして出力するパルス発生回路であって、該パルス発生回路は、回転速度を制御するための基準クロックが供給される加減速演算回路と、該加減速演算回路からの演算タイミングクロックが供給される三角関数成分を生成する回路と、前記加減速演算回路からの加減速信号が供給されるアップダウンカウンタを備え、前記三角関数成分生成回路を、前記演算タイミングクロックに基づいて円弧補間に使用される円弧パルスのうち、０゜から１８０゜分のＸ軸およびＹ軸成分パルスを生成し分配する円弧パルス分配演算回路で構成せしめると共に、該円弧パルス分配演算回路で生成されるＸ軸またはＹ軸成分パルスの何れかを、三角関数データとして前記アップダウンカウンタに出力することで加速または減速時の周波数データを生成し、該周波数データに基づいてモータ制御用パルスを得るためのパルスを生成する。
【００１３】
また、かかるパルス発生回路は、パルスモータの回転速度を制御するためのパルスを発生するパルス発生回路であり、前記パルスの周波数の時間的変化を三角関数状変化とするために、前記三角関数成分生成回路を、円弧パルス分配演算回路とし、円弧補間に使用される円弧パルスを生成するものである。
【００１４】
ここで、上記三角関数成分生成回路からは、円弧パルスのうちＸ軸成分パルスが出力されるものであり、当該パルスを、前記パルス発生回路に備えられた周波数データを生成するためのアップダウンカウンタに出力することができる。
【００１５】
【作用】
本発明では、パルス発生回路内に、三角関数成分を生成する回路を備えているので、円弧補間等に使用される円弧パルスのうち三角関数成分としてのＸ軸成分パルスを出力することができる。したがって、例えば、ＣＯＳ関数等の三角関数特性の時間変化をする周波数をもつパルスを発生させて、被制御対象を目標とする駆動速度に向かって駆動させるためのパルスとして、加速度変化の小さい制御を可能としている。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１（Ａ）と（Ｂ）は、本発明の一実施例によるパルス発生回路から発生されるパルスの周波数の時間的変化を示す。
【００１７】
本発明は、従来の二次関数パターンを用いたＳ字曲線特性ではなく、三角関数パターンを用いたＳ字曲線特性を採用している。例えば、図１（Ａ）に示すように、三角関数パターンとしてＣＯＳ関数カーブ状に出力パルスの目標周波数を変化させて速度を変化させると、この速度を微分した加速度も図１（Ｂ）に示すように、同様な三角関数であるＳＩＮ関数カーブとなる。従って図１（Ｂ）からも明らかなように、加速度の変化は、最大加速時においても滑らかとなり、急激な速度変化に起因する運動ショックを低減できる。また、従来の二次関数パターンのＳ字曲線加減速方式と同様に、加速開始時点Ｔsおよび加速終了時点Ｔeにおいても滑らかな変化となる。
【００１８】
図２は、本発明によるパルス発生回路の一実施例の構成ブロック図である。パルスモータの回転速度を制御するための基準クロックが基準クロック生成回路４から生成される。基準クロック生成回路４から生成された基準クロックは、加減速制御回路１の加減速演算回路１１に供給される。加減速制御回路１には、出力パルスの周波数を変化させるための目標周波数データが供給されている。加減速演算回路１１は、速度の加減速特性の傾き（加減速の割合）を設定するとともに、データ演算を行なう。つまり、基準クロックに基づいて目標周波数データに対応する演算タイミングクロックを生成する。円弧パルス分配演算回路１２は、円弧補間等に使用される円弧パルスのうちＸ軸成分パルスを出力する。アップダウンカウンタ１３は、加減速演算回路１１からの加減速を示す信号と、円弧パルス分配演算回路１２からの三角関数データとしてのＸ軸成分パルスを受け、加速または減速時の周波数データを生成する。
【００１９】
可変分周回路２は、加減速制御回路１を構成するアップダウンカウンタ１３からの周波数データに基づいて基準クロック４からの基準クロックを分周する。こうして分周されて得られるパルスは、パルス成形回路６で被制御対象の制御に必要なパルスを得るための後処理が施され、成形処理されて出力される。
【００２０】
図３には、図２における基準クロック生成器４から生成される基準クロック、円弧パルス分配演算回路１２から出力されるＸ軸成分パルス、アップカウンタ１３から出力される周波数データの一例が示されている。
【００２１】
図２と図３を参照しながら本実施例の動作を説明する。目標周波数データが入力された加減速制御回路１の加減速演算回路１１は、基準クロック生成器４からの基準クロックに基づいて、出力パルスの周波数を変化させるための目標周波数データに対応する加速開始から加速終了までのレート（図３の演算タイミングの拡大部分に示す５クロック毎の割合）設定で演算タイミング信号を生成し、円弧パルス分配演算回路１２へ出力し、加減速を示す信号をアップダウンカウンタ１３へ出力する。この演算タイミング信号出力は、加減速特性の傾きに対応する加減速の割合に相当する。円弧パルス分配演算回路１２では、加速時、減速時共に０°から１８０°の円弧補間を行うに当たり、演算タイミング信号が入力される毎に、円弧の補完方向に動作しながら、０゜から１８０゜分の円弧用補間パルス(円弧パルス)として、Ｘ軸成分パルスおよびＹ軸成分パルスを生成する。生成された円弧方向に変化するＸ軸成分パルスおよびＹ軸成分パルスのうち、三角関数データとしてのＸ軸成分パルスが、図３に示す円弧のＸ軸方向（Ｙ軸方向を除く）となる成分が生成されるパルス間隔（１ステップ速度をアップさせるタイミング）をもってアップダウンカウンタ１３に出力される。アップダウンカウンタ１３は、加減速演算回路１１からの加減速を示す信号と、円弧パルス分配演算回路１２から三角関数データとしてのＸ軸成分パルスを受け、加速時はアップカウント動作し、減速時はダウンカウント動作する。この円弧補完によるカウント値の時間変化特性は、図３のアップカウント動作に示すように、図１（Ａ）と同様に加速開始から加速終了までの三角関数特性で変化し、該三角関数特性変化に基づく加速または減速時の周波数データを生成し、可変分周回路２に出力する。可変分周回路２は、この周波数データに基づいて基準クロック４からの基準クロックを分周して周波数データに対応するパルスを生成する。可変分周回路２からの出力パルスは、パルス成形回路３によるパルス成形処理を経て制御対策に必要なモータ制御用パルスが得られる。
【００２２】
上述実施例において、円弧パルス分配演算回路１２は、要するに、三角関数成分を生成する回路であり、従って、他の任意の三角関数発生回路を使用することができることは明らかである。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパルス発生回路によれば、該パルス発生回路内に、回転速度を制御するための基準クロックが供給される加減速演算回路１１と、該加減速演算回路１１からの演算タイミングクロックが供給される三角関数を発生させるための三角関数成分を生成する回路と、前記加減速演算回路からの加減速信号が供給されるアップダウンカウンタ１３を備え、前記三角関数成分生成回路を、前記演算タイミングクロックに基づいて円弧補間に使用される円弧パルスのうち、０゜から１８０゜分のＸ軸およびＹ軸成分パルスを生成し分配する円弧パルス分配演算回路１２で構成せしめると共に、該円弧パルス分配演算回路１２で生成されるＸ軸またはＹ軸成分パルスの何れかを、三角関数データとして前記アップダウンカウンタ１３に出力することで加速または減速時の周波数データを生成し、該周波数データに基づいてモータ制御用パルスを得るためのパルスを生成するようにしたので、パルス発生回路内において、三角関数成分を生成する回路、すなわち、円弧パルス分配演算回路１２から、円弧補間等に使用される円弧パルスのうちＸ軸成分パルスを出力することが可能となり、三角関数を用いた加速または減速時の周波数データを生成することができる。したがって、パルス周波数の時間的変化を三角関数としているため、その微分値である加速度も三角関数となり、急激な速度変化が軽減でき、運動ショック（反動）が低減され、パルスモータによる搬送時の反動がないので作業率の向上、作業時間の短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパルス発生回路の一実施例において発生されるパルスの周波数の時間的変化を示す図である。
【図２】本発明によるパルス発生回路の一実施例の構成ブロック図である。
【図３】図２における基準クロック生成器４から生成される基準クロック、円弧パルス分配演算回路１２から出力されるＸ軸成分パルス、アップカウンタ１３から出力される周波数データデータの一例を示すタイミングチャートである。
【図４】従来の直接加減速特性によるパルス発生回路におけるパルス周波数の変化特性を示す図である。
【図５】従来のＳ字曲線加速特性によるパルス発生回路におけるパルス周波数の変化特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 加減速制御回路
２ 可変分周回路
３ パルス成形回路
４ 基準クロック生成器
１１ 加減速演算回路
１２ 円弧パルス分配演算回路
１３ アップダウンカウンタ

Claims (2)

1. 被制御対象を目標とする駆動速度に向かって駆動するため所定の時間変化特性の周波数をもつパルスとして出力するパルス発生回路であって、該パルス発生回路は、回転速度を制御するための基準クロックが供給される加減速演算回路と、該加減速演算回路からの演算タイミングクロックが供給される三角関数成分を生成する回路と、前記加減速演算回路からの加減速信号が供給されるアップダウンカウンタを備え、前記三角関数成分生成回路を、前記演算タイミングクロックに基づいて円弧補間に使用される円弧パルスのうち、０゜から１８０゜分のＸ軸およびＹ軸成分パルスを生成し分配する円弧パルス分配演算回路で構成せしめると共に、該円弧パルス分配演算回路で生成されるＸ軸またはＹ軸成分パルスの何れかを、三角関数データとして前記アップダウンカウンタに出力することで加速または減速時の周波数データを生成し、該周波数データに基づいてモータ制御用パルスを得るためのパルスを生成することを特徴とするパルス発生回路。
2. 前記三角関数成分生成回路から出力されるパルスは、前記パルス発生回路に備えられた周波数データを生成するためのアップダウンカウンタに出力され、該アップダウンカウンタは、前記周波数データに対応するパルスを生成する可変分周回路に出力することを特徴とする請求項１に記載のパルス発生回路。

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