JP4099845B2 - 機械動作制御装置及び停止指令発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エレベータ、電気車、工作機械などの動機械の機械動作制御装置に関し、特に位置制御を行わない状態から位置制御を行う状態に切り換えて動機械を制御する機械動作制御装置に関する。また、この発明は、動機械を制御する際の停止指令を発生する停止指令発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレベータ、電気車、工作機械などの動機械の制御では、乗り心地の観点や、速度、加速度が制限された範囲でなるべく早く目標停止位置に停止させるという目的から、速度の時間変化に理想的なパターンが存在する場合がある。図４はエレベータ制御における理想的な速度パターンの例を示した図である。図４において、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは加速期間、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは定速期間、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで減速期間である。
【０００３】
ここで、速度パターンに従いながら目標停止位置に停止させるための位置パターンは、加速期間は動作開始位置から時間的に順方向の計算を、減速期間は定位置から時間的に逆方向の計算を行う必要があるが、加速期間及び定速期間には動機械の位置を制御する必要はあまりないので、簡単のために加速期間と定速期間は速度制御のみを行い、減速期間以降のみ位置制御を行う方法が採られている。以下、速度制御のみを行う期間を速度制御期間、位置制御を行う期間を位置制御期間と呼ぶこととする。
【０００４】
図１３は特開昭５６−６５７７６号公報記載の従来の機械動作制御装置で、エレベータの定位置停止制御に用いられる機械動作制御装置を示す図である。以下、図１３に示した従来の機械動作制御装置を第１の従来技術と呼ぶことにする。図において、１０１は速度制御を行うための速度パターンを発生する速度パターン発生部、１０２は残距離に応じて速度パターンを発生する残距離補償部で、１０２ａは残距離に応じた残距離速度パターンである。
【０００５】
１０３は速度制御期間における制御から位置制御期間における制御に切り換える指令を発生する切り換え指令部、１０４は切り換え指令部１０３からの指令によりスイッチを（ａ）側又は（ｂ）側に切り換える切り換えスイッチである。
【０００６】
１０５は切り換えスイッチ１０４を切り換えることにより速度パターン発生部１０１又は残距離補償部１０２の出力指令を速度指令ｖｒとして、この速度指令ｖｒと動機械１０７の実速度ｖとからトルク指令τｒを生成する速度制御器、１０６は速度制御器１０５で生成されたトルク指令τｒにより動機械１０７を駆動させる駆動装置、１０７は制御される動機械、１０８は動機械１０７の実速度を検出する速度検出器、１０９は動機械１０７の実位置を検出する位置検出器である。
【０００７】
次に動作を説明する。
まず、速度制御期間においては、速度指令ｖｒが速度パターン発生部１０１からの出力値になるように、切り換え指令部１０３の指令により切り換えスイッチ１０４が（ａ）側に接続されるようにする。このように切り換えられることにより、速度パターン発生部１０１が発生した速度指令が速度指令ｖｒとして速度制御器１０５に入力される。
【０００８】
速度制御器１０５は速度指令ｖｒと速度検出器１０８で検出された動機械１０７の実際の機械速度ｖとを入力し、これらより適切な演算を行い駆動装置１０６に駆動トルク指令τｒを出力する。そして、この駆動トルク指令τｒにより駆動装置１０６が動機械１０７を制御し、動機械１０７の実速度ｖが速度指令ｖｒに追従するように速度制御が行われる。
【０００９】
次に、上記速度制御期間の速度制御から位置制御期間の位置制御に切り換える場合には、まず、速度指令ｖｒが残距離補償部１０２からの出力値になるように、切り換え指令部１０３の指令により切り換えスイッチ１０４が（ｂ）側に接続されるようにする。一方、残距離補償部１０２では、目標停止位置ｘｓと動機械１０７の実位置ｘとの偏差から残距離速度パターン１０２ａを参照して速度指令ｖｒを生成する。
【００１０】
そして、この速度指令ｖｒを速度制御器１０５に入力し、速度制御器１０５、駆動装置１０６は前述と同様の動作をすることにより位置制御が行われる。ここで、残距離速度パターン１０２ａは、減速および停止時における目標停止位置ｘｓと動機械１０７の実位置ｘとの差、すなわち残距離に対する動機械１０７の速度ｖの理想的パターンであるため、残距離補償部１０２は動機械１０７の実速度ｖが理想的な残距離対速度の関係を保ちながら動機械１０７の実位置ｘが目標停止位置ｘに一致するように速度指令ｖｒを発生する。
【００１１】
図１４は特開平６−２０９５０３号公報記載の他の従来の機械動作制御装置の構成図で、電気車の定位置停止制御に用いられる機械動作制御装置である。以下、図１４に示した従来の機械動作制御装置を第２の従来技術と呼ぶことにする。図において、２０１は速度制御をする速度指令ｖｒと位置制御をする位置指令ｘｒとを発生する速度位置指令発生部、２０２は速度位置指令発生部２０１で発生された速度指令ｖｒと動機械２０７の実速度ｖとの偏差から速度補償指令τｖを生成する速度補償器、２０３は速度位置指令発生部２０１で発生された位置指令ｘｒと動機械２０７の実位置ｘとの偏差から位置補償指令τｘを生成する位置補償器である。
【００１２】
２０４は速度補償器２０２で生成された速度補償指令τｖと位置補償器２０３で生成された位置補償指令τｘとの間の使用比率を選択する比率選択器、２０５は比率選択器２０４で選択された使用比率に応じた速度補償指令と位置補償指令からトルク指令τｒを生成するトルク指令演算器、２０６はトルク指令演算器２０５で生成されたトルク指令τｒにより動機械２０７を駆動する駆動装置、２０７は制御される動機械、２０８は動機械２０７の実速度ｖを検出する速度検出器、２０９は動機械２０７の実位置ｘを検出する位置検出器である。
【００１３】
次に動作を説明する。
まず、速度位置指令発生部２０１で発生された速度指令ｖｒと動機械２０７の実速度ｖとの偏差が速度補償器２０２に入力され、速度補償器２０２から速度補償指令τｖが生成される。一方、速度位置指令発生部２０１で発生された位置指令ｘｒと動機械２０７の実位置ｘとの偏差が位置補償器２０３に入力され、位置補償器２０３から位置補償指令τｘが生成される。そして、これらの速度補償指令τｖと位置補償指令τｘとがトルク指令演算器２０５に入力される。
【００１４】
ここで、速度制御期間においては、比率選択器２０４で速度補償器２０２で生成される速度補償指令τｖの使用比率（以下、比率１と呼ぶ）を１とし、位置補償器２０３で生成される位置補償指令τｘの使用比率（以下、比率２と呼ぶ）を０とすることにより、トルク指令演算器２０５は、速度補償指令τｖをトルク指令τｒとする。そして、このトルク指令τｒに基づいて駆動装置２０６が動機械２０７を駆動させる。
【００１５】
次に、速度制御期間から位置制御期間に切り換えるときには、比率選択器２０４で比率１を１より徐々に下げ、逆に、比率２を０より少し上げる。そして、トルク指令演算器２０５において、速度補償指令τｖに比率１を乗じたものと、位置補償指令τｘに比率２を乗じたものとの和をトルク指令τｒとし、このトルク指令τｒに基づいて駆動装置２０６が動機械２０７を駆動させる。
【００１６】
以下、順に比率選択器２０４における比率１を順次下げていくと共に比率２を順次上げていき、最終的に、比率１を０、比率２を１にすることにより、トルク指令演算器２０５は、位置補償指令τｘをトルク指令τｒとし、このトルク指令τｒに基づいて駆動装置２０６が動機械２０７を駆動される。
【００１７】
このように、速度制御期間においては、速度制御が行われ、速度制御期間から位置制御期間への移行時には、比率１，比率２を徐々に変化させることにより、徐々に速度制御から位置制御へ移行させ、最終的には、位置制御のみを行うようにすることにより、制御の不連続を無くして乗り心地を上昇させるものである。
【００１８】
ここで、位置補償器２０３は速度補償器２０２とは独立に設計され、位置補償指令τｘそのものが駆動トルク指令τｒになる場合に位置指令ｘｒに対して動機械の実位置ｘが独立に制御されるように設計されるものであり、良好な位置制御を行うためには通常、位置補償器２０３は速度制御ループや位置の微分制御ループをマイナーループとして含むものである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
第一の従来技術では、残距離速度パターンが動機械の実位置ｘの非線形フィードバックを行う位置ゲインになっているが、速度指令ｖｒに対する動機械の実速度ｖの応答は通常遅延等により応答誤差が存在するため、動機械の実位置が目標停止位置より大きくオーバーシュートするなど理想的なパターンからの誤差を生じるので、その誤差を小さくするための調整に残距離速度パターンを変更する必要があり、また上述のように非線形フィードバックになっているため、制御系の特性が分かり難く、調整も難しく、精度が悪いという問題がある。
【００２０】
また、減速時に乗り心地に問題なくなるべく早く目標停止位置に停止するように、速度の理想的パターンを加速度一定やジャーク一定などのパターンにすると、残距離速度パターンの傾きすなわち線形化した位置ゲインが目標停止位置近傍で無限大になり安定性に問題を生じるため、目標停止位置近傍では、更に残距離速度パターンから安定なゲインに変更する必要があり、手間がかかるという問題がある。
【００２１】
第二の従来技術では、速度を制御する速度補償器と位置を制御する位置補償器の二つの補償器が独立に設けられているため、この二つの補償器を瞬時に切り換えると機械動作の不連続が発生する。そこで、このような不連続が起こらないようにするため、第一の切り換え時点と第二の切り換え時点を設定し、この第１、第２の切り換え時点間に動機械の実位置ｘや動機械の実速度ｖを監視しながら速度補償指令τｖと位置補償指令τｘの使用比率を変更するため、手間がかかるという問題がある。
【００２２】
また、第一の切り換え時点と第二の切り換え時点の間では速度補償トルク指令τｖと位置補償トルク指令τｘの使用比率が時事刻々と変化するため制御系の特性も時事刻々と変化して分かり難く、高精度化のための調整が難しいという問題がある。さらにまた、第一の切り換え時点と第二の切り換え時点の間では速度補償器と位置補償器の両方が作用しているが、通常、位置制御器自体に速度制御や微分制御を行うマイナーループを用いるため制御系全体に無駄が生じており、計算時間がかかるなどの問題がある。
【００２３】
また、動機械の制御においては、ある時点での動機械の実速度がその後の実位置の変化に影響を与えるが、第１及び第２の従来技術の場合には、制御系の切り換え時や位置制御を行う期間に動機械の実速度及び実位置の両方を緻密に制御することをしていないため、切り換え時に機械動作が急変したり制御精度が悪化したりする。
【００２４】
また、従来の停止指令発生装置では、第一の従来技術の場合には、実際の残距離に基づいて順に速度指令が出力されるため、速度制御の遅れなどが原因となり、速度指令が時間に対する理想的なパターンと誤差を生じ、その結果、動機械の位置も理想的なパターンに追従しないという問題点がある。一方、第二の従来技術の場合には、速度指令と位置指令を非位置制御期間をも含めて連続的にするため、速度制御から位置制御へと切り換えた時点で、位置指令と動機械の実位置とが大きく異なり、切換時点で機械動作を急変させてしまうという問題点がある。
【００２５】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、切り換え時点の初期状態や指令信号を良好に設定することにより、位置制御へと切り換えた切り換え時点から緻密な制御を行い、切り換え時点における機械動作の急変がなく、切り換え後も高精度な位置制御を行うことができる構成の簡単な機械動作制御装置を提供することを目的とする。
【００２６】
また、位置制御期間においては、理想的な速度指令及び位置指令を発生し、非位置制御から位置制御への切り換え時点において、機械動作の急変が起こらないようにできる停止指令発生装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る機械動作制御装置は、対象物の位置の制御を行わずに速度を制御する速度制御のための速度指令を発生する速度制御指令発生部と、目標停止位置に対する残距離及び速度の関係を予め定めた関係式に基づき、速度制御の状態における対象物の実位置から求めた残距離と速度制御のための速度指令との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、速度制御から対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、切り換え部の切り換え時において速度制御指令発生部で発生される速度制御のための速度指令と一致するように設定した位置制御のための速度指令の初期値と、切り換え部の切り換え時において実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、速度制御時においては速度制御指令発生部で発生された速度制御のための速度指令及び対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、位置制御時においては位置制御指令発生部で発生された位置制御のための速度指令及び対象物の実速度から第１のトルク指令を生成する第１のトルク指令発生器と、位置制御指令発生部で発生された位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、第１のトルク指令発生器で生成された第１のトルク指令及び第２のトルク指令発生器で生成された第２のトルク指令を加算するよう生成された第３のトルク指令により対象物の駆動制御をする第１の駆動部とを備える。また、位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定する。
【００２８】
また、対象物の位置及び速度の制御を行わずにトルクを制御するトルク制御のための駆動トルク指令を発生するトルク指令発生部と、目標停止位置に対する残距離と速度との関係を予め定めた関係式に基づき、トルク制御の状態における対象物の実位置から求めた残距離と対象物の実速度との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、トルク制御から対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、切り換え部の切り換え時において実速度と一致するよう設定した位置制御のための速度指令の初期値と、切り換え部の切り換え時において実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、位置制御指令発生部で発生された位置制御のための速度指令及び対象物の実速度から第４のトルク指令を生成する第４のトルク指令発生器と、位置制御指令発生部で発生された位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、トルク制御時においてはトルク指令発生部で発生された駆動トルク指令により対象物の駆動制御をし、位置制御時においては第４のトルク指令発生器で生成された第４のトルク指令及び第２のトルク指令発生器で生成された第２のトルク指令を加算するよう生成された第５のトルク指令により対象物の駆動制御をする第２の駆動部とを備える。また、位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定する。さらに、切り換え部の切り換え時において、切り換え時の第５のトルク指令とトルク指令発生部で発生される駆動トルク指令とが一致するようにする。
【００３０】
また、切り換え部の切り換え時において、第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるようにする。
さらに、第２のトルク指令発生器は、位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成するための積分器を備え、切り換え部の切り換え時に、第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるように積分器の初期設定をする。
【００３１】
また、第１のトルク指令発生部は、速度制御指令発生部で発生された速度指令から伝達関数に基づいて速度指令子を生成し、この速度指令子と対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、第２のトルク指令発生部は、位置制御指令発生部で発生された位置指令から伝達関数に基づいて位置指令子を生成し、この位置指令子と対象物の実位置から第２のトルク指令を生成する。
さらに、切り換え部の切り換え時において、第１のトルク指令発生部で生成される速度指令子と対象物の実速度とが一致するようにする。
さらにまた、切り換え部の切り換え時において、第２のトルク指令発生部で生成される位置指令子と対象物の実位置とが一致するようにする。
【００３２】
また、この発明に係る停止指令発生器は、目標停止位置に対する残距離及び速度の対応関係を示した関数に基づいて対象物の速度を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令を積分演算することにより時間的に変化する位置指令を生成する位置指令生成部とを備え、速度指令生成部は目標停止位置と前記位置指令との差を前記残距離として前記速度指令を生成し、前記位置指令生成部は、前記位置指令の初期値を初期値設定時点の前記対象物の実位置に基づいて設定する。
【００３３】
さらに、この発明に係る機械動作制御装置は、位置制御指令発生部を停止指令発生装置にする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１である機械動作制御装置の構成を示す図である。図において、１は速度制御期間における速度指令ｖｒを発生する速度指令発生部、２は位置制御期間における位置指令ｘｒ及びこの位置指令ｘｒに対応した速度指令ｖｒを発生する速度位置指令発生部、３は速度指令発生部１または速度位置指令発生部２で発生された速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖとを入力し適切な演算により速度制御トルク指令τｖを出力する速度制御器、４は速度位置指令発生部２で発生された位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとを入力し適切な演算により位置補償トルク指令τｘｅを出力する位置補償器である。
【００３５】
５は速度制御期間における速度制御の状態から位置制御期間の位置制御の状態に切り換えるため切り換え指令を発生する切り換え指令部、６は切り換え指令部５の切り換え指令に応じて切り換えられるスイッチで、６ａは速度制御期間には（ａ）側に切り換えて速度指令発生部１で発生される速度指令ｖｒが速度制御器３に入力されるようにし、位置制御期間には（ｂ）側に切り換えて位置速度指令発生部２で発生された速度指令ｖｒが速度制御器３に入力されるように切り換えられるスイッチ、６ｂは速度制御期間にはオフ状態に、位置制御期間にはオン状態になるように切り換えられるスイッチである。
【００３６】
７は速度制御器３で出力された速度制御トルク指令τｖと位置制御期間においては位置補償器４で出力された位置補償トルク指令τｘｅとを加算した駆動トルク指令τｒを出力する加算器、８は加算器７から出力される駆動トルク指令τｒにより動機械９を駆動する駆動装置、９は例えばエレベータや電車等、制御されるべき動機械、１０は動機械９の実速度ｖを検出する速度検出器、１１は動機械９の実位置ｘを検出する位置検出器である。
【００３７】
図２は図１に示した速度位置指令発生部２を示すブロック図である。図において、２ａは目標停止位置ｘｓと位置指令ｘｒとの偏差ｘｅ（以下、残距離と呼ぶ）を求める差分演算器、２ｂは図３に示すような残距離ｘｅと速度指令ｖｒとの対応関係を表した速度パターン（以下、停止パターンと呼ぶ）を用いて差分演算器２ａで求められた残距離ｘｅから速度指令ｖｒを生成する速度指令生成部、２ｃは速度指令生成部２ｂで求められた速度指令ｖｒを積分することにより位置指令ｘｒを生成する位置指令生成部である。
【００３８】
なお、図３に示した停止パターンは、動機械９が停止するときに、加速度やジャークの制限を満たした上でなるべく早く停止させるための理想的な動作パターンであり、動機械９を停止させる目標停止位置ｘｓと動機械９の実位置ｘとの残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）に対する理想的な動機械９の速度ｖの関係を計算式やテーブルにより作成したものである。
【００３９】
次に、図１に示した機械動作制御装置の動作について説明する。
図４は図１に示した動機械９が動作を開始してから停止するまでの時間に対する動機械９の速度の理想的なパターンを示す図である。図において、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは動機械９は加速されていき、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは等速運動し、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで減速されていき、時刻ｔ３で所望の目的停止位置に動機械９が停止する。このとき、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの速度制御をする期間を速度制御期間と呼び、時刻ｔ２からの動機械を目的位置に停止させるための制御をする期間を位置制御期間と呼ぶことにする。
【００４０】
まず、図４に示した時刻ｔ０から時刻ｔ２の速度制御期間の動作を説明する。時刻ｔ０において、スイッチ６ａが（ａ）側に、スイッチ６ｂがオフ状態になるように切り換え指令部５は、スイッチ６ａ、６ｂに切り換え指令を発する。そして、スイッチ６ａ、６ｂは、この切り換え指令に応じて切り換えを行う。
【００４１】
一方、速度指令発生部１では時刻ｔ０から時刻ｔ１までは加速、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは一定の動機械の理想的な速度パターンを速度指令ｖｒとして発生する。そして、時刻ｔ０から時刻ｔ２まではスイッチ６aが（ａ）側に切り換えられているので、速度指令発生部１で発生される速度制御のための速度指令ｖｒが速度制御器３に入力される。
【００４２】
そして、速度制御器３において、この速度指令ｖｒと速度検出器１０において検出された動機械９の実速度ｖを入力し、後述する適切な演算を行い速度制御トルク指令τｖを出力する。ここで、スイッチ６ｂがオフ状態であるので、加算器７においては、速度制御器３からの速度制御トルク指令τｖが駆動トルク指令τｒとして出力され、駆動装置８において、この駆動トルク指令τｒにより動機械９が制御される。このようにして、動機械９が制御されるので、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに特定の伝達特性を持って追従するようになっている。
【００４３】
次に、図４に示した時刻ｔ２以降の位置制御期間の動作を説明する。まずはじめに、速度位置指令発生部２及び切り換え指令部５の動作を説明する。
切り換え指令部５は、例えば、速度制御期間に目標停止位置ｘｓと動機械９の実位置ｘとの差、すなわち残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）や速度指令ｖｒなどを監視しながら、目標停止位置が近づくと位置制御期間への切り換え指令を発生し、スイッチ６ａを（ａ）側から（ｂ）側に、スイッチ６ｂがオン状態になるように切り換え指令を発する。そして、スイッチ６ａ、６ｂは、この切り換え指令に応じて切り換えを行う。
【００４４】
一方、時刻ｔ２において、速度制御から位置制御に切り換えられると、速度位置指令発生部２では、まず、以下のようにして初期設定を行う。
まず、速度位置指令発生部２の位置指令ｘｒの初期値を時刻ｔ２における動機械９の実位置ｘとする。そして、図２に示した加算器２ａにおいて、目標停止位置ｘｓと初期値ｘｒとの差をとり残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）を求め、速度指令生成部２ｂに入力する。
【００４５】
速度指令生成部２ｂでは、図３に示した停止パターンにより入力された残距離ｘｅに対応する速度ｖを求め、求められた速度ｖが時刻ｔ２直前の速度指令発生部１で発生された速度指令ｖｒと一致するか判定する。もし、一致しない場合には、この残距離ｘｅに対する速度ｖが速度指令ｖｒと一致するように停止パターンを変更する。この停止パターンの変更方法としては、例えば特開昭５６−６５７７７６号公報に記載の方法のように、残距離ｘｅに対する速度ｖと速度指令ｖｒが一致するまで、残距離ｘｅに対する速度ｖの値が小さく（又は大きく）なるように少しずつ補正することにより、残距離ｘｅに対する速度ｖと速度指令ｖｒとが一致するようにさせればよい。
【００４６】
このように、位置指令ｘｒの初期値を動機械９の実位置ｘに一致させ、その時点の残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）の入力に対する残距離速度パターンの出力が切り換え時点直前の速度指令ｖｒに一致するように、予め作成された停止パターンを変更することにより、切り換え時点において、速度指令ｖｒは連続に、位置指令ｘｒは動機械９の実位置ｘに一致するため、切り換え直後に動機械９の動作が急変することはない。
【００４７】
また、次のように切り換えることにより、切り換え時の速度指令ｖｒと位置指令ｘｒの初期値を設定してもよい。切り換え指令部５において、速度制御期間に残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）と速度指令発生部１の速度指令ｖｒを監視しておき、この残距離ｘｅと速度指令ｖｒとの関係が、図３に示したような予め作成された停止パターンの残距離ｘｅと速度ｖの関係に一致するときに速度制御期間から位置制御期間に切り換わるように切り換え指令を発生する。このように切り換え時の速度指令ｖｒと位置指令ｘｒの初期値を設定するようにすれば、上記のように停止パターンを変更する必要がなくなる。
【００４８】
上記のような初期設定が行われた後は、以後、位置速度指令発生部２は、目標停止位置ｘｓと位置指令ｘｒとの偏差により残距離ｘｅを求め、停止パターンにより、この残距離ｘｅに対応した速度ｖを速度指令ｖｒとして出力するとともに、この速度指令ｖｒを積分した結果を位置指令ｘｒとして出力する。以後、このようにして順次速度指令ｖｒ、位置指令ｘｒが発生される。
【００４９】
上記のように、動機械９の実位置ではなく、残距離と速度指令との対応関係を示した停止パターンを作成しておくことで、目標停止位置ｘｓの違いに関わらず、理想的な停止パターンである速度指令ｖｒと位置指令ｘｒを目標停止位置まで定常偏差無く発生することが可能である。
【００５０】
さらに、速度制御期間から位置制御期間への切り換えを行う切り換え時点、すなわち時刻ｔ２において、速度位置指令発生部２で発生する速度指令ｖｒの初期値は切り換え直前の速度指令ｖｒと一致するため速度指令ｖｒは切り換え時点で連続となり、また、位置指令ｘｒの切り換え時点における初期値は動機械９の実位置ｘに一致するので、速度制御期間から位置制御期間への切り換え時において、動機械９の動作に対する指令信号を速度指令発生部１の速度指令ｖｒから、速度位置指令発生部２の速度指令ｖｒと位置指令ｘｒに変更したことにより動機械９の動作が急変することはない。
【００５１】
そして、このようにして、速度位置指令発生部２で発生された速度指令ｖｒは速度制御器３に入力され、速度位置指令発生部２で発生された位置指令ｘｒは位置補償器４に入力される。
速度制御器３では、位置速度指令発生部２で発生された速度指令ｖｒと速度検出器４で検出した動機械９の実速度ｖとを入力し、後述する適切な演算を行い速度制御トルク指令τｖを出力するようにし、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに特定の伝達特性をもって追従するように制御する。
【００５２】
ここで、位置指令ｘｒは速度指令ｖｒの時間積分の関係にあるため、前述の速度制御器３の作用により動機械９の実速度ｖが完全に速度指令ｖｒに特定の伝達特性を持って追従するように制御されたとすると、位置制御期間に切り換わった時の位置指令ｘｒの初期値が好適ならば、速度制御器３による作用のみで機械動作は完全に制御され、動機械９の実位置ｘも位置指令ｘｒに特定の伝達特性を持って追従するように制御される。
【００５３】
しかしながら、一般には速度制御器３による速度制御は完全ではなく、また、摩擦などの外乱も存在するため、速度制御器３による作用のみでは動機械９の実位置ｘは位置指令ｘｒと特定の伝達特性を持った関係から誤差を生じる。そこで、位置補償器４において、速度位置指令発生器２で発生される位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを入力し、この誤差を補償するための位置補償トルク指令τｘｅを出力する。
【００５４】
そして、速度制御器３で生成された速度制御トルク指令τｖと位置補償器４で生成された位置補償トルク指令τｘｅの和をとり駆動トルク指令τｒを加算器７で求め、この駆動トルク指令τｒを駆動装置８に入力する。そして、この入力された駆動トルク指令τｒにより動機械９を駆動することにより、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに特定の伝達特性を持って追従し、なおかつ動機械９の実位置ｘが位置指令ｘｒに特定の伝達特性を持って追従するように精度良く制御される。
【００５５】
次に、速度制御器３について説明する。
図５は図１に示した機械動作制御装置の速度制御器を示すブロック図である。図において、３ａは微分あるいは疑似微分を行う微分器、３ｂは加速度フィードフォワードゲイン、３ｃは速度ＰＩ補償器である。
【００５６】
次に、速度制御器３の動作を説明する。速度制御器３は前述のように速度制御期間および位置制御期間ともに同様な動作を行う。速度制御器３は速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖを入力し、速度指令ｖｒを微分器３ａで微分した加速度指令ａｒにＪｅの加速度フィードフォワードゲイン３ｂを乗じた信号を加速度フィードフォワードトルク指令τｆとし、また、速度ＰＩ補償器３ｃは速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖとの偏差を入力し、ＰＩ（比例積分）演算を行った結果を速度偏差補償トルク指令τｖｅとして出力する。そして、速度制御器３はこのように求められた加速度フィードフォワードトルク指令τｆと速度偏差補償トルク指令τｖｅの和を速度制御トルク指令τｖとして出力する。
【００５７】
ここで、図１に示した駆動トルク指令τｒから動機械９の実速度ｖまでの伝達特性Ｇ（ｓ）が下記の式（１）に示したように純粋な慣性負荷モデルとして表され、摩擦などの外乱も存在しない状態（以下、理想状態と呼ぶ）であるとすると、理想状態では加速度フィードフォワードゲインＪｅを伝達特性Ｇ（ｓ）の慣性Ｊに一致させた場合、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに完全に一致する。
【００５８】
また、速度ＰＩ補償器３ｃは理想状態からのずれ、すなわち摩擦などの外乱や、伝達特性Ｇ（ｓ）のモデル誤差に対して速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖとの偏差を０にするように作用させることにより、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに高精度に一致するように制御される。
【００５９】
Ｇ（ｓ）＝１／（Ｊ・ｓ） ・・・ （１）
だたし、式（１）においてｓは微分演算子を表す。
【００６０】
次に、位置補償器４について説明する。図６は図１に示した機械動作制御装置の位置補償器を示すブロック図である。図において、４ａは位置ＰＩ補償器である。
【００６１】
次に、位置補償器４の動作を説明する。位置補償器４は上述のように速度制御期間は制御系に作用せず、位置制御期間のみ作用する。また上述のように速度制御器３による速度制御が完全な場合には速度制御器３のみの作用で動機械９の実位置ｘは位置指令ｘｒに完全に一致するが、実際には誤差が生じる。そのため、位置補償器４は位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを入力し、位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘの偏差を位置ＰＩ補償器４ａに入力してＰＩ（比例積分）演算を行った結果を位置補償トルク指令τｘｅとして出力することにより、動機械９の実位置ｘが位置指令ｘｒに一致するように高精度な制御を行う。
【００６２】
このように、位置補償器４は速度制御器３による速度制御が完全でないために生じる位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとの誤差に対してのみ作用するため、上述の速度制御期間と同じ速度制御器３を特に制御ゲインの変更なども行わずに用いて、位置補償器４から出力された位置補償トルク指令τｘｅを駆動トルク指令τｒに加算するだけで簡単に、動機械９の実位置ｘが位置指令ｘｒに一致するような高精度な位置制御が可能である。
【００６３】
また、位置補償器４の切り換え時点の位置補償トルク指令τｘｅの初期値が０になるように設定すれば、スイッチ６ｂの切り換え、すなわち制御系の構造の切り換えに起因して切り換え時点に駆動トルク指令τｒが急変することがない。
【００６４】
すなわち、速度制御期間から位置制御期間への切り換え時点に位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを一致させ、切り換え時点における、位置補償器４における位置ＰＩ補償器４ａの積分器出力の初期値を０にすることにより、切り換え時点の位置補償トルクτｘｅの初期値は０になるため制御系の構造の切り換えが原因で切り換え時点に駆動トルク指令τｒが急変することはなく、機械動作に対する指令信号の変更に起因した機械動作の急変を起こさずに速度制御期間から位置制御期間への切り換えが可能である。
【００６５】
このように、動機械の実速度及び実位置の両方を、速度指令、位置指令、速度制御器、及び位置補償器を用いて、速度制御期間から位置制御期間へ切り換えた初期状態からきめ細かく制御することにより、切り換え時点及び直後に機械動作が急変せずに位置制御期間には動機械の実位置を高精度に制御することが可能である。
【００６６】
本実施の形態では、速度位置指令発生部における位置指令生成部において、速度指令を積分することにより位置指令を生成しているが、これは特に限定するものではなく、例えば、時間に対する理想的な速度パターンと、この速度パターンに対応した時間に対する理想的な位置パターンを用意しておき、切り換え時における時刻を速度パターンから決定し、動機械の実位置と位置パターンにおける前記時刻に対応した位置との差βを求め、以後、この位置パターンの位置に初期値βを加算することで位置指令を発生させるようにしてもよい。
【００６７】
本実施の形態では、速度指令発生部で発生された速度指令と速度位置指令発生部で発生された速度指令とが両方とも同じ速度制御器に入力されるようになっているが、これは特に限定するものではなく、速度制御器を２つ用いて速度制御器に入力される速度指令を切り換え器により切り換える代わりに、上記２つの速度制御器からの出力を切り換え器により切り換わるようにしてもよい。
【００６８】
本実施の形態１の機械動作制御装置では、以上のように機械動作制御装置を構成することにより、速度制御期間から位置制御期間に切り換えて理想的停止パターンに追従させて目標停止位置に停止させる場合、速度制御期間から位置制御期間への一度だけの切り換えで、制御器のゲインを特に変更することもなく、常に速度制御器を動作させたまま位置補償トルク指令τｘｅを駆動トルク指令τｒに加算するという簡単な制御系の構成で、機械動作を急変させることなく切り換えを行い、速度制御期間には速度パターンに、位置制御期間には停止パターンに高精度で追従し、定常偏差無く目標停止位置に停止させる制御を実現できる。
【００６９】
実施の形態２．
この実施の形態２の機械動作制御装置は、実施の形態１の図１に示した機械動作制御装置の速度制御器及び位置補償器が異なるのみで、その他は実施の形態１の図１に示した機械動作制御装置と同様であるので、速度制御器及び位置補償器以外の説明は省略する。
【００７０】
図７はこの実施の形態２の機械動作制御装置の速度制御器を示すブロック図である。図において、３ｄは速度指令ｖｒを入力し速度指令子（以下、第二速度指令と呼ぶ）ｖｒ２と第二加速度指令ａｒ２を生成する第二速度指令演算器、３ｅは加速度フィードフォワードゲイン、３ｆは速度ＰＩ補償器である。
【００７１】
次に、図７に示した速度制御器３の動作を説明する。速度制御器３は実施の形態１と同様に、速度制御期間及び位置制御期間ともに同様な動作を行う。速度制御器３には速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖが入力されるが、速度制御器３が備える第二速度指令演算器３ｄには速度指令ｖｒが入力され、下記の式（２）で表される遮断周波数ωｆのローパスフィルタ特性を持つ伝達関数演算により第二速度指令ｖｒ２を演算して出力し、同時に第二速度指令ｖｒ２の時間微分である第二加速度指令ａｒ２が出力される。
【００７２】
ｖｒ２＝｛ωｆ／（ｓ＋ωｆ）｝ｖｒ ・・・ （２）
ただし、式（２）においてｓは微分演算子を表す。
【００７３】
速度制御器３は更に第二加速度指令ａｒ２にＪｅの加速度フィードフォワードゲイン３ｅを乗じた信号を加速度フィードフォワードトルク指令τｆとし、また、速度ＰＩ補償器３ｆは第二速度指令ｖｒ２と動機械９の実速度ｖとの偏差を入力し、ＰＩ（比例積分）演算を行った結果を速度偏差補償トルク指令τｖｅとして出力し、速度制御器３は加速度フィードフォワードトルク指令τｆと速度偏差補償トルク指令τｖｅの和を速度制御トルク指令τｖとして出力する。
【００７４】
ここで、図１に示した駆動トルク指令τｒから動機械９の実速度ｖまでの伝達特性Ｇ（ｓ）が実施の形態１の説明と同様に式（１）に示した純粋な慣性負荷のモデルとして表され、摩擦などの外乱も存在しない理想状態では加速度フィードフォワードゲインＪｅをＧ（ｓ）の慣性Ｊに一致させた場合、動機械９の実速度ｖは第二速度指令ｖｒ２に完全に一致する。また、速度ＰＩ補償器３ｆは理想状態からのずれ、すなわち摩擦などの外乱や、Ｇ（ｓ）のモデル誤差に対して第二速度指令ｖｒ２と動機械９の実速度ｖとの偏差を０にするように作用することにより、動機械９の実速度ｖが第二速度指令ｖｒ２に高精度に一致するように制御を行う。
【００７５】
ここで、速度制御器３は速度指令ｖｒから第二速度指令演算器３ｄによって高周波成分を除去された第二速度指令ｖｒ２に追従するように制御することにより、例えば動機械９が機械共振特性を有する場合に振動を励起しないように制御することが可能となる。また動機械９の機械特性に応じて第二速度指令演算器３ｄの遮断周波数ωｆだけを調整すれば良いため、調整が簡単である。
【００７６】
次に、位置補償器４について説明する。図８は位置補償器を表すブロック図である。図において、４ｂは位置指令ｘｒを入力し位置指令子（以下、第二位置指令と呼ぶ）ｘｒ２を生成する第二位置指令演算器、４ｃは位置ＰＩ補償器である。次に、位置補償器４の動作を説明する。位置補償器４は実施の形態１と同様に速度制御期間は制御系に作用せず、位置制御期間のみ作用する。位置補償器４は位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを入力し、第二位置指令演算器４ｂは位置指令ｘｒを入力し、下記の式（３）のように上述の第二速度指令演算器３ｄにおける速度指令ｖｒから第二速度指令ｖｒ２までの伝達特性と同じ伝達特性を持つ演算を行い、第二位置指令ｘｒ２を出力する。
ｘｒ２＝｛ωｆ／（ｓ＋ωｆ）｝ｘｒ ・・・ （３）
【００７７】
また、速度制御が上述のように完全な場合には速度制御器３のみの作用で動機械９の実位置ｘは第二位置指令ｘｒ２に完全に一致するが実際には誤差が生じる。そのため、位置補償器４は第二位置指令ｘｒ２と動機械９の実位置ｘの偏差を位置ＰＩ補償器４ｃに入力してＰＩ（比例積分）演算を行った結果を位置補償トルク指令τｘｅとして出力することにより、動機械９の実位置ｘが第二位置指令ｘｒ２に高精度に一致するように制御を行う。
【００７８】
このように、位置補償器４は速度制御器３による速度制御のみでは生じる第二位置指令ｘｒ２と動機械９の実位置ｘとの誤差に対してのみ作用するため、上述の速度制御期間と同じ速度制御器３を用いて特に制御ゲインの変更なども行わず、位置補償器４から出力された位置補償トルク指令τｘｅを速度制御トルク指令τｖに加算するだけで簡単に、動機械９の実位置ｘが位置指令ｘｒに一致するような高精度な位置制御が可能である。
【００７９】
なお、実施の形態１と同様に、速度制御期間から位置制御期間への切り換え時点に速度指令ｖｒを連続にし、位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを一致させることにより、機械動作に対する指令を速度指令ｖｒだけから速度指令ｖｒと位置指令ｘｒに変更したことに起因して切り換え直後に機械動作が急変することはない。
【００８０】
次に、制御系の構造を切り換えることに起因する連続性に関しては、位置補償器４における第二位置指令ｘｒと位置ＰＩ補償器４ｃの積分器出力は、位置指令ｘｒと同様に第二位置指令ｘｒ２の初期値を動機械９の実位置ｘに一致させれば、第二位置指令が原因となり切り換え直後に急変することがないので、機械動作が急変することはない。
【００８１】
更に、位置ＰＩ補償器４ｃの積分器出力の初期値を０にすれば、切り換え時点の位置補償トルクτｘｅの初期値は０になるため制御系の構造の切り換えが原因で切り換え時点にトルク指令τｒが急変することはなく、機械動作の急変を起こさずに速度制御期間から位置制御期間への切り換えが可能である。
【００８２】
なお、切り換え指令部５および速度位置指令発生部２の動作は実施の形態１と全く同様であるので説明を省略する。
【００８３】
本実施の形態２の機械動作制御装置では、以上のように機械動作制御装置を構成することにより、速度制御期間から位置制御期間に切り換えて目標停止位置に理想的停止パターンに追従して停止させる場合、速度制御期間から位置制御期間への一度だけの切り換えで、制御器のゲインを特に変更することもなく、常に速度制御器を動作させたまま位置補償トルク指令τｘｅを駆動トルク指令τｒに加算するという簡単な制御系の構成で、機械動作を急変させることなく切り換えを行い、速度制御期間には速度パターンに、位置制御期間には停止パターンに高精度で追従し、定常偏差無く目標停止位置に停止させる制御を実現できる。また動機械の特性に合わせて、例えば機械共振を励起しないような調整を簡単に行うことができる。
【００８４】
実施の形態３．
実施の形態１、２においては、速度制御から位置制御へと切り換える場合について説明したが、この実施の形態３では、電気車の動作の制御の場合など、通常は駆動装置に直接トルク指令を与え、すなわち速度や位置の自動制御は行わない状態から、目標停止位置が近づくと機械動作制御装置により、理想的な動作パターンに追従して自動的に目標停止位置に停止するように制御するものである。
【００８５】
図９はこの実施の形態３の機械動作制御装置の構成を示す図である。図において、５はトルク制御されているトルク制御期間から位置を制御する位置制御期間に切り換える切り換え指令を発する切り換え指令部、１２は切り換え指令部５の切り換え指令に応じてスイッチを切り換える切り換えスイッチ、１３はトルク指令を発生するトルク指令発生部である。なお、速度制御器３及び位置補償器４は実施の形態２と全く同じものを用い、その詳細な説明は省略する。その他は実施の形態１で説明したものと同様であるので説明は省略する。
【００８６】
次に、この実施の形態３の全体的な動作を説明する。動機械９が目標停止位置より離れている場合には、切り換えスイッチ１２を（ａ）側に接続し、例えば人による直接的操作などによってトルク指令発生部１３は駆動トルク指令τｒを駆動装置８に出力して動機械９を駆動する。以下、この期間をトルク制御期間と呼ぶとする。
【００８７】
次に、切り換え指令部５は上述のトルク制御期間に、例えば速度制御期間に目標停止位置ｘｓと動機械９の実位置ｘとの差、すなわち残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）や動機械９の実速度ｖなどを監視しながら、目標停止位置が近づくと位置制御期間への切り換え指令を発生する。そして、この切り換え指令により、切り換えスイッチ１２は（ｂ）側に切り換えられ、位置制御期間へと移行する。
【００８８】
上記スイッチ１２の切り換えにより、位置制御が行われるが、まずはじめに、速度位置指令発生部２及び切り換え指令部５の動作を説明する。
切り換え指令部５は、例えばトルク制御期間に目標停止位置ｘｓと動機械９の実位置ｘとの差、すなわち残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）や動機械９の実速度ｖなどを監視しながら、目標停止位置が近づくと位置制御期間への切り換え指令を発生し、切り換えスイッチ１２を（ａ）側から（ｂ）側に切り換える。
【００８９】
速度位置指令発生部２の動作は初期値の設定方法を除いて実施の形態１と同じであるので、切り換え時点における初期値の設定方法についてのみ説明する。切り換え指令部５は、トルク制御期間に残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）と動機械９の実速度ｖを監視しておき、残距離ｘｅと動機械９の実速度ｖとの関係が、予め作成された速度パターンの関係に一致する時点で切り換え指令を発生し、このときの位置指令ｘｒの初期値を動機械９の実位置ｘに一致させるようにする。
【００９０】
このようにすると、速度位置指令発生部２を発生する速度指令ｖｒの初期値は切り換え直前の動機械９の実速度ｖと一致し、また、位置指令ｘｒの切り換え時点における初期値は動機械９の実位置ｘに一致するので、指令信号を変更することにより、切り換え直後に動機械９の動作が急変することはない。
【００９１】
あるいは、特開昭５６−６５７７６号公報記載の第一の従来技術と同様に、切り換え指令部１３は残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）がある値になった時点に切り換え指令を発生し、位置指令ｘｒの初期値を動機械９の実位置ｘに一致させ、その時点の残距離ｘｅの入力に対する速度パターンの出力が切り換え時点直前の動機械９の実速度ｖに一致するように、予め作成された速度パターンを変更すれば、切り換え時点で、速度指令ｖｒは動機械９の実速度ｖに、位置指令ｘｒは動機械９の実位置ｘに一致し、前述のように指令信号を変更することにより切り換え直後に動機械９の動作が急変することはない。
【００９２】
次に、位置制御期間では、速度位置指令発生部２が目標停止位置までの停止パターンとして、初期値以外は実施の形態１、２と同様に速度指令ｖｒと位置指令ｘｒを発生する。また、速度制御器３、位置補償器４は実施の形態２と全く同様に動作し、動機械９の実速度ｖと動機械９の実位置ｘがそれぞれ第二速度指令ｖｒ２と第二位置指令ｘｒ２に一致するように制御することにより、動機械９の動作が理想パターンに追従して目標停止位置に停止するような制御を行う。
【００９３】
ここで、トルク制御期間から位置制御期間への切り換えを行う切り換え時点において、動機械９に対する駆動トルク指令τｒから速度指令ｖｒと位置指令ｘｒへの変更については、速度位置指令発生部２の出力の速度指令ｖｒの初期値を動機械９の実速度ｖに一致させ、位置指令ｘｒの初期値を動機械９の実位置ｘに一致するようにするので、機械動作に対する指令を、特に指令しない状態から速度指令と位置指令に変更したことが原因となり、切り換えの直後に機械動作が急変することはない。
【００９４】
次に、切り換え時点において切り換えスイッチ１２を（ａ）側から（ｂ）側へと切り換えて制御系の構造を切り換えることに起因する不連続性に関しては、速度制御器３と位置補償器４における初期値を適切に設定すれば良いが、まず、切り換え時点における第二速度指令ｖｒ２および第二位置指令ｘｒ２の初期値は速度指令ｖｒおよび位置指令ｘｒと同様に動機械９の実速度ｖおよび位置指令ｘにそれぞれ一致させることにより、切り換え直後に第二速度指令ｖｒ２、第二位置指令ｘｒ２が原因となり機械動作が急変することは無い。
【００９５】
更に、動機械９に対する重力負荷などの定常的負荷トルクが無く、摩擦の影響も小さいような場合には、速度ＰＩ補償器３ｆの積分器出力と位置ＰＩ補償器４ｃの積分器出力を両方とも０にすることにより、切り換え時点の駆動トルク指令τｒを０にすると、切り換え時点に動機械９の実速度ｖを急変させることなく切り換えることが可能である。
【００９６】
更に、動機械９に対する重力負荷などの定常的負荷トルクや摩擦の影響が大きく、切り換え直前に駆動トルク指令τｒが０と大きく異なる場合には、速度ＰＩ補償器３ｆの積分器出力と位置ＰＩ補償器４ｃの積分器出力の和である駆動トルク指令τｒを切り換え直前の駆動トルク指令τｒに一致させると、切り換え時点に駆動トルク指令τｒが変化しないため、制御系の切り換えに起因して切り換え時点に機械動作が急変することは無い。
【００９７】
本実施の形態３では、以上のように機械動作制御装置を構成することにより、トルク制御期間から位置制御期間に切り換えて目標停止位置位置に理想的停止パターンに追従して停止させる場合、トルク制御期間から位置制御期間への一度のみの切り換えで機械動作を急変させることなく切り換えを行い、トルク制御期間には駆動トルク指令のみ指令し、位置制御期間には停止パターンに高精度で追従し、定常偏差無く目標停止位置に停止させる制御を実現できる。また動機械の特性に合わせて、例えば機械共振を励起しないような調整が簡単に出来る。
【００９８】
実施の形態４．
図１０はこの実施の形態４の機械動作制御装置の構成を示す図である。図において、１４は速度制御器、１５は位置補償器、１６は切り換えスイッチである。その他は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。図１０は速度制御器１４、位置補償器１５、切り換えスイッチ１６の構成や接続が実施の形態１と異なるだけのものである。なお、説明を簡単にするため、速度指令発生部１、切り換えスイッチ６ａ等の表示は省略した。
【００９９】
この実施の形態４では、上述の実施の形態１〜３においては、位置制御期間に速度制御器と位置補償器を並列に構成し、速度制御トルク指令τｖと位置補償トルク指令τｘｅとの和を駆動トルク指令τｒとして駆動装置を駆動する構成としているのに対し、位置制御期間に速度制御器と位置補償器を直列にカスケード構造にし、位置補償器の出力を速度制御器の入力としているものである。
【０１００】
次に、実施の形態１と異なる点である速度制御器１４、位置補償器１５及び切り換えスイッチ１６の動作について説明する。なお、切り換えスイッチ１６は速度制御期間にはオフの状態、位置制御期間にはオンの状態に切り換えられるものとする。
【０１０１】
まず、位置補償器１５において、速度位置指令発生部２で発生された位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘから位置補償速度指令ｖｘｅを生成し、この位置補償速度指令ｖｘｅを速度制御器３に入力する。そして、速度制御器３において、この位置補償速度指令ｖｘｅ、速度位置指令発生部２で発生された速度指令ｖｒ、及び動機械９の実速度ｖから駆動トルク指令τｒを生成させるようにしている。
【０１０２】
図１１は図１０に示した機械動作制御装置の速度制御器１４の構成を示す図である。図において、１４ａは微分あるいは疑似微分を行う微分器、１４ｂは加速度フィードフォワードゲイン、１４ｃは速度ＰＩ補償器である。
【０１０３】
次に、速度制御器１４の動作を説明する。速度制御器１４は速度指令ｖｒと位置補償速度指令ｖｘｅと動機械９の実速度ｖを入力し、速度指令ｖｒを微分器１４ａで微分した加速度指令ａｒにＪｅの加速度フィードフォワードゲイン１４ｂを乗じた信号を加速度フィードフォワードトルク指令τｆとし、また速度ＰＩ補償器１４ｃは速度指令ｖｒ及び位置補償速度指令ｖｘｅの和と動機械９の実速度ｖとの偏差を入力し、ＰＩ（比例積分）演算を行った結果を速度偏差補償トルク指令τｖｅとして出力する。
【０１０４】
そして、速度制御器６は加速度フィードフォワードトルク指令τｆと速度偏差補償トルク指令τｖｅの和を速度制御トルク指令τｖとして出力する。また速度制御期間、位置制御期間ともに速度制御トルク指令τｖを駆動トルクτｒとして駆動装置２を駆動する。ここで、速度制御期間にはオンオフスイッチ１６はオフであり位置補償速度指令ｖｘｅは０であるため、実施の形態１の速度制御器と全く同じ動作を行う。
【０１０５】
図１２は位置補償器１５の構成を示す。１５ａは位置補償ゲインＫｐである。位置補償器１５は位置制御期間のみ制御系に作用する。位置補償器１５は位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを入力し、位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとの偏差に位置補書ゲイン１５ａでＫｐ倍した信号を位置補償速度指令ｖｘｅとして出力する。
【０１０６】
ここで、位置制御期間には、位置補償器１５において位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとの偏差が位置補償ゲインＫｐ倍された信号が生成され、この信号が速度制御器１４の速度ＰＩ補償器１４ｃでＰＩ（比例積分）演算されて駆動トルク指令τｒの要素となるため、実施の形態１において位置補償器７が位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとの偏差をＰＩ（比例積分）演算した位置補償トルク指令τｘｅを駆動トルク指令τｒに加算していた構成に等価変換が可能である。したがって本実施の形態による動作および効果も実施の形態１と全く同じである。
【０１０７】
なお、速度制御期間から位置制御期間へ切り換える切り換え時点においても、速度指令ｖｒを連続に、また位置指令ｘｒを動機械の実位置ｘに一致させれば、前述の構成と合わせて実施の形態１と等価になり同じ効果が得られる。
【０１０８】
【発明の効果】
この発明に係る機械動作制御装置は、対象物の位置の制御を行わずに速度を制御する速度制御のための速度指令を発生する速度制御指令発生部と、目標停止位置に対する残距離と速度との関係を予め定めた関係式に基づき、前記速度制御の状態における前記対象物の実位置から求めた残距離と前記速度制御のための速度指令との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、前記速度制御から前記対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、前記切り換え部の切り換え時において前記速度制御指令発生部で発生される前記速度制御のための速度指令と一致するように設定した位置制御のための速度指令の初期値と、前記切り換え部の切り換え時において前記実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、前記関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、速度制御時においては前記速度制御指令発生部で発生された前記速度制御のための速度指令及び前記対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、位置制御時においては前記位置制御指令発生部で発生された前記位置制御のための速度指令及び前記対象物の前記実速度から前記第１のトルク指令を生成する第１のトルク指令発生器と、前記位置制御指令発生部で発生された前記位置指令及び前記対象物の前記実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、前記第１のトルク指令発生器で生成された前記第１のトルク指令及び前記第２のトルク指令発生器で生成された前記第２のトルク指令を加算するよう生成された第３のトルク指令により前記対象物の駆動制御をする第１の駆動部とを備えるので、速度制御から位置制御への切り換え時点から動機械の実速度と動機械の実位置を緻密に制御することができる。また、速度制御から位置制御への切り換え時点における機械動作の急変を防ぐことができる。さらに、速度制御から位置制御への切り換え時点における速度指令の変更に伴う切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。さらにまた、速度制御から位置制御への切り換え時点における位置指令が付加されたことによる切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１０９】
また、位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定するので、速度制御から位置制御への切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１０】
この発明に係る機械動作制御装置は、対象物の位置及び速度の制御を行わずにトルクを制御するトルク制御のための駆動トルク指令を発生するトルク指令発生部と、目標停止位置に対する残距離と速度との関係を予め定めた関係式に基づき、前記トルク制御の状態における前記対象物の実位置から求めた残距離と前記対象物の実速度との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、前記トルク制御から前記対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、前記切り換え部の切り換え時において前記実速度と一致するよう設定した位置制御のための速度指令の初期値と、前記切り換え部の切り換え時において前記実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、前記関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、前記位置制御指令発生部で発生された前記位置制御のための速度指令及び前記対象物の実速度から第４のトルク指令を生成する第４のトルク指令発生器と、前記位置制御指令発生部で発生された前記位置指令及び前記対象物の前記実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、トルク制御時においては前記トルク指令発生部で発生された前記駆動トルク指令により前記対象物の駆動制御をし、位置制御時においては前記第４のトルク指令発生器で生成された前記第４のトルク指令及び前記第２のトルク指令発生器で生成された前記第２のトルク指令を加算するよう生成された第５のトルク指令により前記対象物の駆動制御をする第２の駆動部とを備えるので、トルク制御から位置制御への切り換え時点から動機械の実速度と動機械の実位置を緻密に制御することができる。また、トルク制御から位置制御への切り換え時点における機械動作の急変を防ぐことができる。さらに、トルク制御から位置制御への切り換え時点における速度指令の導入に伴う切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。さらにまた、トルク制御から位置制御への切り換え時点における位置指令が付加されたことによる切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１１】
また、位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定するので、トルク制御から位置制御への切り換え時点における機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１２】
さらに、切り換え部の切り換え時において、前記切り換え時の第５のトルク指令とトルク指令発生部で発生される駆動トルク指令とが一致するようにするので、トルク制御から位置制御への切り換え時点におけるトルク指令の変更に伴う切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１５】
また、切り換え部の切り換え時において、第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるようにするので、非位置制御から位置制御への切り換え時点における第２のトルク指令による切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１６】
さらに、第２のトルク指令発生器は、位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成するための積分器を備え、切り換え部の切り換え時に、前記第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるように前記積分器の初期設定をするので、積分器の初期設定を変更するのみで非位置制御から位置制御への切り換え時点における第２のトルク指令を０にでき、切り換え時点における第２のトルク指令による切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１７】
また、第１のトルク指令発生部は、速度制御指令発生部で発生された速度指令から伝達関数に基づいて速度指令子を生成し、この速度指令子と対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、第２のトルク指令発生部は、位置制御指令発生部で発生された位置指令から前記伝達関数に基づいて位置指令子を生成し、この位置指令子と前記対象物の実位置から第２のトルク指令を生成するので、対象物の機械特性に応じて伝達関数を設定するのみで所望の制御ができ、機械の特性に応じた調整が容易にできる。
【０１１８】
さらに、切り換え部の切り換え時において、第１のトルク指令発生部で生成される速度指令子と対象物の実速度とが一致するようにするので、非位置制御から位置制御への切り換え時点における切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１９】
さらにまた、切り換え部の切り換え時において、第２トルク指令発生部で生成される位置指令子と対象物の実位置とが一致するようにするので、非位置制御から位置制御への切り換え時点における切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１２０】
本発明に係る停止指令発生装置は、目標停止位置に対する残距離及び速度の対応関係を示した関数に基づいて対象物の速度を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令を積分演算することにより時間的に変化する位置指令を生成する位置指令生成部とを備え、前記速度指令生成部は目標停止位置と前記位置指令との差を前記残距離として前記速度指令を生成し、前記位置指令生成部は、前記位置指令の初期値を初期値設定時点の前記対象物の実位置に基づいて設定するので、理想的な速度指令及び位置指令を発生すると共に非位置制御から位置制御への切り換え時点において、機械動作の急変が起こらないようにすることができる。
【０１２１】
また、本発明に係る機械動作制御装置は、位置制御指令発生部を停止指令発生装置にしたので、位置制御以外の期間から位置制御期間へと切り換えて、切り換え時点から動機械の実速度と動機械の実位置を緻密に制御することが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の機械動作制御装置の構成図である。
【図２】 図１に示した速度位置指令発生部の構成図である。
【図３】 理想的な速度パターンを示す図である。
【図４】 速度指令の理想的パターンを示す図である。
【図５】 図１に示した速度制御器を示す図である。
【図６】 図１に示した位置補償器を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態２の速度制御器を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態２の位置補償器を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態３の機械動作制御装置の構成図である。
【図１０】 本発明の実施の形態４の機械動作制御装置の構成図である。
【図１１】 図１０に示した速度制御器の構成図である。
【図１２】 図１０に示した位置補償器の構成図である。
【図１３】 従来の機械動作制御装置の構成図である。
【図１４】 従来の機械動作制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 速度指令発生部 ２ 速度位置指令発生部
２ａ 加算器 ２ｂ 速度指令生成部
２ｃ 位置指令生成部 ３ 速度制御器
３ａ 微分器
３ｂ 加速度フィードフォワードゲイン
３ｃ 速度ＰＩ補償器 ３ｄ 第二速度指令演算器
３ｅ 加速度フィードフォワードゲイン
３ｆ 速度ＰＩ補償器 ４ 位置補償器
４ａ 位置ＰＩ補償器 ５ 切り換え指令部
６ スイッチ ７ 加算器
８ 駆動装置 ９ 動機械
１０ 速度検出器 １１ 位置検出器
１２ 切り換えスイッチ １３ トルク指令発生部
１４ 速度制御器 １４ａ 微分器
１４ｂ 加速度フィードフォワードゲイン
１４ｃ 速度ＰＩ補償器
１５ 位置補償器 １５ａ 速度ＰＩ補償器
１６ 切り換えスイッチ
１０１ 速度パターン発生部 １０２ 残距離補償部
１０２ａ 残距離速度パターン １０３ 切り換え指令部
１０４ 切り換えスイッチ １０５ 速度制御器
１０６ 駆動装置 １０７ 動機械
１０８ 速度検出器 １０９ 位置検出器
２０１ 速度位置指令発生部 ２０２ 速度補償器
２０３ 位置補償器 ２０４ 比率選択器
２０５ トルク指令演算器 ２０６ 駆動装置
２０７ 動機械 ２０８ 速度検出器
２０９ 位置検出器
【発明の属する技術分野】
この発明は、エレベータ、電気車、工作機械などの動機械の機械動作制御装置に関し、特に位置制御を行わない状態から位置制御を行う状態に切り換えて動機械を制御する機械動作制御装置に関する。また、この発明は、動機械を制御する際の停止指令を発生する停止指令発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレベータ、電気車、工作機械などの動機械の制御では、乗り心地の観点や、速度、加速度が制限された範囲でなるべく早く目標停止位置に停止させるという目的から、速度の時間変化に理想的なパターンが存在する場合がある。図４はエレベータ制御における理想的な速度パターンの例を示した図である。図４において、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは加速期間、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは定速期間、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで減速期間である。
【０００３】
ここで、速度パターンに従いながら目標停止位置に停止させるための位置パターンは、加速期間は動作開始位置から時間的に順方向の計算を、減速期間は定位置から時間的に逆方向の計算を行う必要があるが、加速期間及び定速期間には動機械の位置を制御する必要はあまりないので、簡単のために加速期間と定速期間は速度制御のみを行い、減速期間以降のみ位置制御を行う方法が採られている。以下、速度制御のみを行う期間を速度制御期間、位置制御を行う期間を位置制御期間と呼ぶこととする。
【０００４】
図１３は特開昭５６−６５７７６号公報記載の従来の機械動作制御装置で、エレベータの定位置停止制御に用いられる機械動作制御装置を示す図である。以下、図１３に示した従来の機械動作制御装置を第１の従来技術と呼ぶことにする。図において、１０１は速度制御を行うための速度パターンを発生する速度パターン発生部、１０２は残距離に応じて速度パターンを発生する残距離補償部で、１０２ａは残距離に応じた残距離速度パターンである。
【０００５】
１０３は速度制御期間における制御から位置制御期間における制御に切り換える指令を発生する切り換え指令部、１０４は切り換え指令部１０３からの指令によりスイッチを（ａ）側又は（ｂ）側に切り換える切り換えスイッチである。
【０００６】
１０５は切り換えスイッチ１０４を切り換えることにより速度パターン発生部１０１又は残距離補償部１０２の出力指令を速度指令ｖｒとして、この速度指令ｖｒと動機械１０７の実速度ｖとからトルク指令τｒを生成する速度制御器、１０６は速度制御器１０５で生成されたトルク指令τｒにより動機械１０７を駆動させる駆動装置、１０７は制御される動機械、１０８は動機械１０７の実速度を検出する速度検出器、１０９は動機械１０７の実位置を検出する位置検出器である。
【０００７】
次に動作を説明する。
まず、速度制御期間においては、速度指令ｖｒが速度パターン発生部１０１からの出力値になるように、切り換え指令部１０３の指令により切り換えスイッチ１０４が（ａ）側に接続されるようにする。このように切り換えられることにより、速度パターン発生部１０１が発生した速度指令が速度指令ｖｒとして速度制御器１０５に入力される。
【０００８】
速度制御器１０５は速度指令ｖｒと速度検出器１０８で検出された動機械１０７の実際の機械速度ｖとを入力し、これらより適切な演算を行い駆動装置１０６に駆動トルク指令τｒを出力する。そして、この駆動トルク指令τｒにより駆動装置１０６が動機械１０７を制御し、動機械１０７の実速度ｖが速度指令ｖｒに追従するように速度制御が行われる。
【０００９】
次に、上記速度制御期間の速度制御から位置制御期間の位置制御に切り換える場合には、まず、速度指令ｖｒが残距離補償部１０２からの出力値になるように、切り換え指令部１０３の指令により切り換えスイッチ１０４が（ｂ）側に接続されるようにする。一方、残距離補償部１０２では、目標停止位置ｘｓと動機械１０７の実位置ｘとの偏差から残距離速度パターン１０２ａを参照して速度指令ｖｒを生成する。
【００１０】
そして、この速度指令ｖｒを速度制御器１０５に入力し、速度制御器１０５、駆動装置１０６は前述と同様の動作をすることにより位置制御が行われる。ここで、残距離速度パターン１０２ａは、減速および停止時における目標停止位置ｘｓと動機械１０７の実位置ｘとの差、すなわち残距離に対する動機械１０７の速度ｖの理想的パターンであるため、残距離補償部１０２は動機械１０７の実速度ｖが理想的な残距離対速度の関係を保ちながら動機械１０７の実位置ｘが目標停止位置ｘに一致するように速度指令ｖｒを発生する。
【００１１】
図１４は特開平６−２０９５０３号公報記載の他の従来の機械動作制御装置の構成図で、電気車の定位置停止制御に用いられる機械動作制御装置である。以下、図１４に示した従来の機械動作制御装置を第２の従来技術と呼ぶことにする。図において、２０１は速度制御をする速度指令ｖｒと位置制御をする位置指令ｘｒとを発生する速度位置指令発生部、２０２は速度位置指令発生部２０１で発生された速度指令ｖｒと動機械２０７の実速度ｖとの偏差から速度補償指令τｖを生成する速度補償器、２０３は速度位置指令発生部２０１で発生された位置指令ｘｒと動機械２０７の実位置ｘとの偏差から位置補償指令τｘを生成する位置補償器である。
【００１２】
２０４は速度補償器２０２で生成された速度補償指令τｖと位置補償器２０３で生成された位置補償指令τｘとの間の使用比率を選択する比率選択器、２０５は比率選択器２０４で選択された使用比率に応じた速度補償指令と位置補償指令からトルク指令τｒを生成するトルク指令演算器、２０６はトルク指令演算器２０５で生成されたトルク指令τｒにより動機械２０７を駆動する駆動装置、２０７は制御される動機械、２０８は動機械２０７の実速度ｖを検出する速度検出器、２０９は動機械２０７の実位置ｘを検出する位置検出器である。
【００１３】
次に動作を説明する。
まず、速度位置指令発生部２０１で発生された速度指令ｖｒと動機械２０７の実速度ｖとの偏差が速度補償器２０２に入力され、速度補償器２０２から速度補償指令τｖが生成される。一方、速度位置指令発生部２０１で発生された位置指令ｘｒと動機械２０７の実位置ｘとの偏差が位置補償器２０３に入力され、位置補償器２０３から位置補償指令τｘが生成される。そして、これらの速度補償指令τｖと位置補償指令τｘとがトルク指令演算器２０５に入力される。
【００１４】
ここで、速度制御期間においては、比率選択器２０４で速度補償器２０２で生成される速度補償指令τｖの使用比率（以下、比率１と呼ぶ）を１とし、位置補償器２０３で生成される位置補償指令τｘの使用比率（以下、比率２と呼ぶ）を０とすることにより、トルク指令演算器２０５は、速度補償指令τｖをトルク指令τｒとする。そして、このトルク指令τｒに基づいて駆動装置２０６が動機械２０７を駆動させる。
【００１５】
次に、速度制御期間から位置制御期間に切り換えるときには、比率選択器２０４で比率１を１より徐々に下げ、逆に、比率２を０より少し上げる。そして、トルク指令演算器２０５において、速度補償指令τｖに比率１を乗じたものと、位置補償指令τｘに比率２を乗じたものとの和をトルク指令τｒとし、このトルク指令τｒに基づいて駆動装置２０６が動機械２０７を駆動させる。
【００１６】
以下、順に比率選択器２０４における比率１を順次下げていくと共に比率２を順次上げていき、最終的に、比率１を０、比率２を１にすることにより、トルク指令演算器２０５は、位置補償指令τｘをトルク指令τｒとし、このトルク指令τｒに基づいて駆動装置２０６が動機械２０７を駆動される。
【００１７】
このように、速度制御期間においては、速度制御が行われ、速度制御期間から位置制御期間への移行時には、比率１，比率２を徐々に変化させることにより、徐々に速度制御から位置制御へ移行させ、最終的には、位置制御のみを行うようにすることにより、制御の不連続を無くして乗り心地を上昇させるものである。
【００１８】
ここで、位置補償器２０３は速度補償器２０２とは独立に設計され、位置補償指令τｘそのものが駆動トルク指令τｒになる場合に位置指令ｘｒに対して動機械の実位置ｘが独立に制御されるように設計されるものであり、良好な位置制御を行うためには通常、位置補償器２０３は速度制御ループや位置の微分制御ループをマイナーループとして含むものである。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
第一の従来技術では、残距離速度パターンが動機械の実位置ｘの非線形フィードバックを行う位置ゲインになっているが、速度指令ｖｒに対する動機械の実速度ｖの応答は通常遅延等により応答誤差が存在するため、動機械の実位置が目標停止位置より大きくオーバーシュートするなど理想的なパターンからの誤差を生じるので、その誤差を小さくするための調整に残距離速度パターンを変更する必要があり、また上述のように非線形フィードバックになっているため、制御系の特性が分かり難く、調整も難しく、精度が悪いという問題がある。
【００２０】
また、減速時に乗り心地に問題なくなるべく早く目標停止位置に停止するように、速度の理想的パターンを加速度一定やジャーク一定などのパターンにすると、残距離速度パターンの傾きすなわち線形化した位置ゲインが目標停止位置近傍で無限大になり安定性に問題を生じるため、目標停止位置近傍では、更に残距離速度パターンから安定なゲインに変更する必要があり、手間がかかるという問題がある。
【００２１】
第二の従来技術では、速度を制御する速度補償器と位置を制御する位置補償器の二つの補償器が独立に設けられているため、この二つの補償器を瞬時に切り換えると機械動作の不連続が発生する。そこで、このような不連続が起こらないようにするため、第一の切り換え時点と第二の切り換え時点を設定し、この第１、第２の切り換え時点間に動機械の実位置ｘや動機械の実速度ｖを監視しながら速度補償指令τｖと位置補償指令τｘの使用比率を変更するため、手間がかかるという問題がある。
【００２２】
また、第一の切り換え時点と第二の切り換え時点の間では速度補償トルク指令τｖと位置補償トルク指令τｘの使用比率が時事刻々と変化するため制御系の特性も時事刻々と変化して分かり難く、高精度化のための調整が難しいという問題がある。さらにまた、第一の切り換え時点と第二の切り換え時点の間では速度補償器と位置補償器の両方が作用しているが、通常、位置制御器自体に速度制御や微分制御を行うマイナーループを用いるため制御系全体に無駄が生じており、計算時間がかかるなどの問題がある。
【００２３】
また、動機械の制御においては、ある時点での動機械の実速度がその後の実位置の変化に影響を与えるが、第１及び第２の従来技術の場合には、制御系の切り換え時や位置制御を行う期間に動機械の実速度及び実位置の両方を緻密に制御することをしていないため、切り換え時に機械動作が急変したり制御精度が悪化したりする。
【００２４】
また、従来の停止指令発生装置では、第一の従来技術の場合には、実際の残距離に基づいて順に速度指令が出力されるため、速度制御の遅れなどが原因となり、速度指令が時間に対する理想的なパターンと誤差を生じ、その結果、動機械の位置も理想的なパターンに追従しないという問題点がある。一方、第二の従来技術の場合には、速度指令と位置指令を非位置制御期間をも含めて連続的にするため、速度制御から位置制御へと切り換えた時点で、位置指令と動機械の実位置とが大きく異なり、切換時点で機械動作を急変させてしまうという問題点がある。
【００２５】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、切り換え時点の初期状態や指令信号を良好に設定することにより、位置制御へと切り換えた切り換え時点から緻密な制御を行い、切り換え時点における機械動作の急変がなく、切り換え後も高精度な位置制御を行うことができる構成の簡単な機械動作制御装置を提供することを目的とする。
【００２６】
また、位置制御期間においては、理想的な速度指令及び位置指令を発生し、非位置制御から位置制御への切り換え時点において、機械動作の急変が起こらないようにできる停止指令発生装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る機械動作制御装置は、対象物の位置の制御を行わずに速度を制御する速度制御のための速度指令を発生する速度制御指令発生部と、目標停止位置に対する残距離及び速度の関係を予め定めた関係式に基づき、速度制御の状態における対象物の実位置から求めた残距離と速度制御のための速度指令との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、速度制御から対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、切り換え部の切り換え時において速度制御指令発生部で発生される速度制御のための速度指令と一致するように設定した位置制御のための速度指令の初期値と、切り換え部の切り換え時において実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、速度制御時においては速度制御指令発生部で発生された速度制御のための速度指令及び対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、位置制御時においては位置制御指令発生部で発生された位置制御のための速度指令及び対象物の実速度から第１のトルク指令を生成する第１のトルク指令発生器と、位置制御指令発生部で発生された位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、第１のトルク指令発生器で生成された第１のトルク指令及び第２のトルク指令発生器で生成された第２のトルク指令を加算するよう生成された第３のトルク指令により対象物の駆動制御をする第１の駆動部とを備える。また、位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定する。
【００２８】
また、対象物の位置及び速度の制御を行わずにトルクを制御するトルク制御のための駆動トルク指令を発生するトルク指令発生部と、目標停止位置に対する残距離と速度との関係を予め定めた関係式に基づき、トルク制御の状態における対象物の実位置から求めた残距離と対象物の実速度との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、トルク制御から対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、切り換え部の切り換え時において実速度と一致するよう設定した位置制御のための速度指令の初期値と、切り換え部の切り換え時において実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、位置制御指令発生部で発生された位置制御のための速度指令及び対象物の実速度から第４のトルク指令を生成する第４のトルク指令発生器と、位置制御指令発生部で発生された位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、トルク制御時においてはトルク指令発生部で発生された駆動トルク指令により対象物の駆動制御をし、位置制御時においては第４のトルク指令発生器で生成された第４のトルク指令及び第２のトルク指令発生器で生成された第２のトルク指令を加算するよう生成された第５のトルク指令により対象物の駆動制御をする第２の駆動部とを備える。また、位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定する。さらに、切り換え部の切り換え時において、切り換え時の第５のトルク指令とトルク指令発生部で発生される駆動トルク指令とが一致するようにする。
【００３０】
また、切り換え部の切り換え時において、第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるようにする。
さらに、第２のトルク指令発生器は、位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成するための積分器を備え、切り換え部の切り換え時に、第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるように積分器の初期設定をする。
【００３１】
また、第１のトルク指令発生部は、速度制御指令発生部で発生された速度指令から伝達関数に基づいて速度指令子を生成し、この速度指令子と対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、第２のトルク指令発生部は、位置制御指令発生部で発生された位置指令から伝達関数に基づいて位置指令子を生成し、この位置指令子と対象物の実位置から第２のトルク指令を生成する。
さらに、切り換え部の切り換え時において、第１のトルク指令発生部で生成される速度指令子と対象物の実速度とが一致するようにする。
さらにまた、切り換え部の切り換え時において、第２のトルク指令発生部で生成される位置指令子と対象物の実位置とが一致するようにする。
【００３２】
また、この発明に係る停止指令発生器は、目標停止位置に対する残距離及び速度の対応関係を示した関数に基づいて対象物の速度を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令を積分演算することにより時間的に変化する位置指令を生成する位置指令生成部とを備え、速度指令生成部は目標停止位置と前記位置指令との差を前記残距離として前記速度指令を生成し、前記位置指令生成部は、前記位置指令の初期値を初期値設定時点の前記対象物の実位置に基づいて設定する。
【００３３】
さらに、この発明に係る機械動作制御装置は、位置制御指令発生部を停止指令発生装置にする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１である機械動作制御装置の構成を示す図である。図において、１は速度制御期間における速度指令ｖｒを発生する速度指令発生部、２は位置制御期間における位置指令ｘｒ及びこの位置指令ｘｒに対応した速度指令ｖｒを発生する速度位置指令発生部、３は速度指令発生部１または速度位置指令発生部２で発生された速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖとを入力し適切な演算により速度制御トルク指令τｖを出力する速度制御器、４は速度位置指令発生部２で発生された位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとを入力し適切な演算により位置補償トルク指令τｘｅを出力する位置補償器である。
【００３５】
５は速度制御期間における速度制御の状態から位置制御期間の位置制御の状態に切り換えるため切り換え指令を発生する切り換え指令部、６は切り換え指令部５の切り換え指令に応じて切り換えられるスイッチで、６ａは速度制御期間には（ａ）側に切り換えて速度指令発生部１で発生される速度指令ｖｒが速度制御器３に入力されるようにし、位置制御期間には（ｂ）側に切り換えて位置速度指令発生部２で発生された速度指令ｖｒが速度制御器３に入力されるように切り換えられるスイッチ、６ｂは速度制御期間にはオフ状態に、位置制御期間にはオン状態になるように切り換えられるスイッチである。
【００３６】
７は速度制御器３で出力された速度制御トルク指令τｖと位置制御期間においては位置補償器４で出力された位置補償トルク指令τｘｅとを加算した駆動トルク指令τｒを出力する加算器、８は加算器７から出力される駆動トルク指令τｒにより動機械９を駆動する駆動装置、９は例えばエレベータや電車等、制御されるべき動機械、１０は動機械９の実速度ｖを検出する速度検出器、１１は動機械９の実位置ｘを検出する位置検出器である。
【００３７】
図２は図１に示した速度位置指令発生部２を示すブロック図である。図において、２ａは目標停止位置ｘｓと位置指令ｘｒとの偏差ｘｅ（以下、残距離と呼ぶ）を求める差分演算器、２ｂは図３に示すような残距離ｘｅと速度指令ｖｒとの対応関係を表した速度パターン（以下、停止パターンと呼ぶ）を用いて差分演算器２ａで求められた残距離ｘｅから速度指令ｖｒを生成する速度指令生成部、２ｃは速度指令生成部２ｂで求められた速度指令ｖｒを積分することにより位置指令ｘｒを生成する位置指令生成部である。
【００３８】
なお、図３に示した停止パターンは、動機械９が停止するときに、加速度やジャークの制限を満たした上でなるべく早く停止させるための理想的な動作パターンであり、動機械９を停止させる目標停止位置ｘｓと動機械９の実位置ｘとの残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）に対する理想的な動機械９の速度ｖの関係を計算式やテーブルにより作成したものである。
【００３９】
次に、図１に示した機械動作制御装置の動作について説明する。
図４は図１に示した動機械９が動作を開始してから停止するまでの時間に対する動機械９の速度の理想的なパターンを示す図である。図において、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは動機械９は加速されていき、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは等速運動し、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで減速されていき、時刻ｔ３で所望の目的停止位置に動機械９が停止する。このとき、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの速度制御をする期間を速度制御期間と呼び、時刻ｔ２からの動機械を目的位置に停止させるための制御をする期間を位置制御期間と呼ぶことにする。
【００４０】
まず、図４に示した時刻ｔ０から時刻ｔ２の速度制御期間の動作を説明する。時刻ｔ０において、スイッチ６ａが（ａ）側に、スイッチ６ｂがオフ状態になるように切り換え指令部５は、スイッチ６ａ、６ｂに切り換え指令を発する。そして、スイッチ６ａ、６ｂは、この切り換え指令に応じて切り換えを行う。
【００４１】
一方、速度指令発生部１では時刻ｔ０から時刻ｔ１までは加速、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは一定の動機械の理想的な速度パターンを速度指令ｖｒとして発生する。そして、時刻ｔ０から時刻ｔ２まではスイッチ６aが（ａ）側に切り換えられているので、速度指令発生部１で発生される速度制御のための速度指令ｖｒが速度制御器３に入力される。
【００４２】
そして、速度制御器３において、この速度指令ｖｒと速度検出器１０において検出された動機械９の実速度ｖを入力し、後述する適切な演算を行い速度制御トルク指令τｖを出力する。ここで、スイッチ６ｂがオフ状態であるので、加算器７においては、速度制御器３からの速度制御トルク指令τｖが駆動トルク指令τｒとして出力され、駆動装置８において、この駆動トルク指令τｒにより動機械９が制御される。このようにして、動機械９が制御されるので、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに特定の伝達特性を持って追従するようになっている。
【００４３】
次に、図４に示した時刻ｔ２以降の位置制御期間の動作を説明する。まずはじめに、速度位置指令発生部２及び切り換え指令部５の動作を説明する。
切り換え指令部５は、例えば、速度制御期間に目標停止位置ｘｓと動機械９の実位置ｘとの差、すなわち残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）や速度指令ｖｒなどを監視しながら、目標停止位置が近づくと位置制御期間への切り換え指令を発生し、スイッチ６ａを（ａ）側から（ｂ）側に、スイッチ６ｂがオン状態になるように切り換え指令を発する。そして、スイッチ６ａ、６ｂは、この切り換え指令に応じて切り換えを行う。
【００４４】
一方、時刻ｔ２において、速度制御から位置制御に切り換えられると、速度位置指令発生部２では、まず、以下のようにして初期設定を行う。
まず、速度位置指令発生部２の位置指令ｘｒの初期値を時刻ｔ２における動機械９の実位置ｘとする。そして、図２に示した加算器２ａにおいて、目標停止位置ｘｓと初期値ｘｒとの差をとり残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）を求め、速度指令生成部２ｂに入力する。
【００４５】
速度指令生成部２ｂでは、図３に示した停止パターンにより入力された残距離ｘｅに対応する速度ｖを求め、求められた速度ｖが時刻ｔ２直前の速度指令発生部１で発生された速度指令ｖｒと一致するか判定する。もし、一致しない場合には、この残距離ｘｅに対する速度ｖが速度指令ｖｒと一致するように停止パターンを変更する。この停止パターンの変更方法としては、例えば特開昭５６−６５７７７６号公報に記載の方法のように、残距離ｘｅに対する速度ｖと速度指令ｖｒが一致するまで、残距離ｘｅに対する速度ｖの値が小さく（又は大きく）なるように少しずつ補正することにより、残距離ｘｅに対する速度ｖと速度指令ｖｒとが一致するようにさせればよい。
【００４６】
このように、位置指令ｘｒの初期値を動機械９の実位置ｘに一致させ、その時点の残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）の入力に対する残距離速度パターンの出力が切り換え時点直前の速度指令ｖｒに一致するように、予め作成された停止パターンを変更することにより、切り換え時点において、速度指令ｖｒは連続に、位置指令ｘｒは動機械９の実位置ｘに一致するため、切り換え直後に動機械９の動作が急変することはない。
【００４７】
また、次のように切り換えることにより、切り換え時の速度指令ｖｒと位置指令ｘｒの初期値を設定してもよい。切り換え指令部５において、速度制御期間に残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）と速度指令発生部１の速度指令ｖｒを監視しておき、この残距離ｘｅと速度指令ｖｒとの関係が、図３に示したような予め作成された停止パターンの残距離ｘｅと速度ｖの関係に一致するときに速度制御期間から位置制御期間に切り換わるように切り換え指令を発生する。このように切り換え時の速度指令ｖｒと位置指令ｘｒの初期値を設定するようにすれば、上記のように停止パターンを変更する必要がなくなる。
【００４８】
上記のような初期設定が行われた後は、以後、位置速度指令発生部２は、目標停止位置ｘｓと位置指令ｘｒとの偏差により残距離ｘｅを求め、停止パターンにより、この残距離ｘｅに対応した速度ｖを速度指令ｖｒとして出力するとともに、この速度指令ｖｒを積分した結果を位置指令ｘｒとして出力する。以後、このようにして順次速度指令ｖｒ、位置指令ｘｒが発生される。
【００４９】
上記のように、動機械９の実位置ではなく、残距離と速度指令との対応関係を示した停止パターンを作成しておくことで、目標停止位置ｘｓの違いに関わらず、理想的な停止パターンである速度指令ｖｒと位置指令ｘｒを目標停止位置まで定常偏差無く発生することが可能である。
【００５０】
さらに、速度制御期間から位置制御期間への切り換えを行う切り換え時点、すなわち時刻ｔ２において、速度位置指令発生部２で発生する速度指令ｖｒの初期値は切り換え直前の速度指令ｖｒと一致するため速度指令ｖｒは切り換え時点で連続となり、また、位置指令ｘｒの切り換え時点における初期値は動機械９の実位置ｘに一致するので、速度制御期間から位置制御期間への切り換え時において、動機械９の動作に対する指令信号を速度指令発生部１の速度指令ｖｒから、速度位置指令発生部２の速度指令ｖｒと位置指令ｘｒに変更したことにより動機械９の動作が急変することはない。
【００５１】
そして、このようにして、速度位置指令発生部２で発生された速度指令ｖｒは速度制御器３に入力され、速度位置指令発生部２で発生された位置指令ｘｒは位置補償器４に入力される。
速度制御器３では、位置速度指令発生部２で発生された速度指令ｖｒと速度検出器４で検出した動機械９の実速度ｖとを入力し、後述する適切な演算を行い速度制御トルク指令τｖを出力するようにし、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに特定の伝達特性をもって追従するように制御する。
【００５２】
ここで、位置指令ｘｒは速度指令ｖｒの時間積分の関係にあるため、前述の速度制御器３の作用により動機械９の実速度ｖが完全に速度指令ｖｒに特定の伝達特性を持って追従するように制御されたとすると、位置制御期間に切り換わった時の位置指令ｘｒの初期値が好適ならば、速度制御器３による作用のみで機械動作は完全に制御され、動機械９の実位置ｘも位置指令ｘｒに特定の伝達特性を持って追従するように制御される。
【００５３】
しかしながら、一般には速度制御器３による速度制御は完全ではなく、また、摩擦などの外乱も存在するため、速度制御器３による作用のみでは動機械９の実位置ｘは位置指令ｘｒと特定の伝達特性を持った関係から誤差を生じる。そこで、位置補償器４において、速度位置指令発生器２で発生される位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを入力し、この誤差を補償するための位置補償トルク指令τｘｅを出力する。
【００５４】
そして、速度制御器３で生成された速度制御トルク指令τｖと位置補償器４で生成された位置補償トルク指令τｘｅの和をとり駆動トルク指令τｒを加算器７で求め、この駆動トルク指令τｒを駆動装置８に入力する。そして、この入力された駆動トルク指令τｒにより動機械９を駆動することにより、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに特定の伝達特性を持って追従し、なおかつ動機械９の実位置ｘが位置指令ｘｒに特定の伝達特性を持って追従するように精度良く制御される。
【００５５】
次に、速度制御器３について説明する。
図５は図１に示した機械動作制御装置の速度制御器を示すブロック図である。図において、３ａは微分あるいは疑似微分を行う微分器、３ｂは加速度フィードフォワードゲイン、３ｃは速度ＰＩ補償器である。
【００５６】
次に、速度制御器３の動作を説明する。速度制御器３は前述のように速度制御期間および位置制御期間ともに同様な動作を行う。速度制御器３は速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖを入力し、速度指令ｖｒを微分器３ａで微分した加速度指令ａｒにＪｅの加速度フィードフォワードゲイン３ｂを乗じた信号を加速度フィードフォワードトルク指令τｆとし、また、速度ＰＩ補償器３ｃは速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖとの偏差を入力し、ＰＩ（比例積分）演算を行った結果を速度偏差補償トルク指令τｖｅとして出力する。そして、速度制御器３はこのように求められた加速度フィードフォワードトルク指令τｆと速度偏差補償トルク指令τｖｅの和を速度制御トルク指令τｖとして出力する。
【００５７】
ここで、図１に示した駆動トルク指令τｒから動機械９の実速度ｖまでの伝達特性Ｇ（ｓ）が下記の式（１）に示したように純粋な慣性負荷モデルとして表され、摩擦などの外乱も存在しない状態（以下、理想状態と呼ぶ）であるとすると、理想状態では加速度フィードフォワードゲインＪｅを伝達特性Ｇ（ｓ）の慣性Ｊに一致させた場合、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに完全に一致する。
【００５８】
また、速度ＰＩ補償器３ｃは理想状態からのずれ、すなわち摩擦などの外乱や、伝達特性Ｇ（ｓ）のモデル誤差に対して速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖとの偏差を０にするように作用させることにより、動機械９の実速度ｖが速度指令ｖｒに高精度に一致するように制御される。
【００５９】
Ｇ（ｓ）＝１／（Ｊ・ｓ） ・・・ （１）
だたし、式（１）においてｓは微分演算子を表す。
【００６０】
次に、位置補償器４について説明する。図６は図１に示した機械動作制御装置の位置補償器を示すブロック図である。図において、４ａは位置ＰＩ補償器である。
【００６１】
次に、位置補償器４の動作を説明する。位置補償器４は上述のように速度制御期間は制御系に作用せず、位置制御期間のみ作用する。また上述のように速度制御器３による速度制御が完全な場合には速度制御器３のみの作用で動機械９の実位置ｘは位置指令ｘｒに完全に一致するが、実際には誤差が生じる。そのため、位置補償器４は位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを入力し、位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘの偏差を位置ＰＩ補償器４ａに入力してＰＩ（比例積分）演算を行った結果を位置補償トルク指令τｘｅとして出力することにより、動機械９の実位置ｘが位置指令ｘｒに一致するように高精度な制御を行う。
【００６２】
このように、位置補償器４は速度制御器３による速度制御が完全でないために生じる位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとの誤差に対してのみ作用するため、上述の速度制御期間と同じ速度制御器３を特に制御ゲインの変更なども行わずに用いて、位置補償器４から出力された位置補償トルク指令τｘｅを駆動トルク指令τｒに加算するだけで簡単に、動機械９の実位置ｘが位置指令ｘｒに一致するような高精度な位置制御が可能である。
【００６３】
また、位置補償器４の切り換え時点の位置補償トルク指令τｘｅの初期値が０になるように設定すれば、スイッチ６ｂの切り換え、すなわち制御系の構造の切り換えに起因して切り換え時点に駆動トルク指令τｒが急変することがない。
【００６４】
すなわち、速度制御期間から位置制御期間への切り換え時点に位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを一致させ、切り換え時点における、位置補償器４における位置ＰＩ補償器４ａの積分器出力の初期値を０にすることにより、切り換え時点の位置補償トルクτｘｅの初期値は０になるため制御系の構造の切り換えが原因で切り換え時点に駆動トルク指令τｒが急変することはなく、機械動作に対する指令信号の変更に起因した機械動作の急変を起こさずに速度制御期間から位置制御期間への切り換えが可能である。
【００６５】
このように、動機械の実速度及び実位置の両方を、速度指令、位置指令、速度制御器、及び位置補償器を用いて、速度制御期間から位置制御期間へ切り換えた初期状態からきめ細かく制御することにより、切り換え時点及び直後に機械動作が急変せずに位置制御期間には動機械の実位置を高精度に制御することが可能である。
【００６６】
本実施の形態では、速度位置指令発生部における位置指令生成部において、速度指令を積分することにより位置指令を生成しているが、これは特に限定するものではなく、例えば、時間に対する理想的な速度パターンと、この速度パターンに対応した時間に対する理想的な位置パターンを用意しておき、切り換え時における時刻を速度パターンから決定し、動機械の実位置と位置パターンにおける前記時刻に対応した位置との差βを求め、以後、この位置パターンの位置に初期値βを加算することで位置指令を発生させるようにしてもよい。
【００６７】
本実施の形態では、速度指令発生部で発生された速度指令と速度位置指令発生部で発生された速度指令とが両方とも同じ速度制御器に入力されるようになっているが、これは特に限定するものではなく、速度制御器を２つ用いて速度制御器に入力される速度指令を切り換え器により切り換える代わりに、上記２つの速度制御器からの出力を切り換え器により切り換わるようにしてもよい。
【００６８】
本実施の形態１の機械動作制御装置では、以上のように機械動作制御装置を構成することにより、速度制御期間から位置制御期間に切り換えて理想的停止パターンに追従させて目標停止位置に停止させる場合、速度制御期間から位置制御期間への一度だけの切り換えで、制御器のゲインを特に変更することもなく、常に速度制御器を動作させたまま位置補償トルク指令τｘｅを駆動トルク指令τｒに加算するという簡単な制御系の構成で、機械動作を急変させることなく切り換えを行い、速度制御期間には速度パターンに、位置制御期間には停止パターンに高精度で追従し、定常偏差無く目標停止位置に停止させる制御を実現できる。
【００６９】
実施の形態２．
この実施の形態２の機械動作制御装置は、実施の形態１の図１に示した機械動作制御装置の速度制御器及び位置補償器が異なるのみで、その他は実施の形態１の図１に示した機械動作制御装置と同様であるので、速度制御器及び位置補償器以外の説明は省略する。
【００７０】
図７はこの実施の形態２の機械動作制御装置の速度制御器を示すブロック図である。図において、３ｄは速度指令ｖｒを入力し速度指令子（以下、第二速度指令と呼ぶ）ｖｒ２と第二加速度指令ａｒ２を生成する第二速度指令演算器、３ｅは加速度フィードフォワードゲイン、３ｆは速度ＰＩ補償器である。
【００７１】
次に、図７に示した速度制御器３の動作を説明する。速度制御器３は実施の形態１と同様に、速度制御期間及び位置制御期間ともに同様な動作を行う。速度制御器３には速度指令ｖｒと動機械９の実速度ｖが入力されるが、速度制御器３が備える第二速度指令演算器３ｄには速度指令ｖｒが入力され、下記の式（２）で表される遮断周波数ωｆのローパスフィルタ特性を持つ伝達関数演算により第二速度指令ｖｒ２を演算して出力し、同時に第二速度指令ｖｒ２の時間微分である第二加速度指令ａｒ２が出力される。
【００７２】
ｖｒ２＝｛ωｆ／（ｓ＋ωｆ）｝ｖｒ ・・・ （２）
ただし、式（２）においてｓは微分演算子を表す。
【００７３】
速度制御器３は更に第二加速度指令ａｒ２にＪｅの加速度フィードフォワードゲイン３ｅを乗じた信号を加速度フィードフォワードトルク指令τｆとし、また、速度ＰＩ補償器３ｆは第二速度指令ｖｒ２と動機械９の実速度ｖとの偏差を入力し、ＰＩ（比例積分）演算を行った結果を速度偏差補償トルク指令τｖｅとして出力し、速度制御器３は加速度フィードフォワードトルク指令τｆと速度偏差補償トルク指令τｖｅの和を速度制御トルク指令τｖとして出力する。
【００７４】
ここで、図１に示した駆動トルク指令τｒから動機械９の実速度ｖまでの伝達特性Ｇ（ｓ）が実施の形態１の説明と同様に式（１）に示した純粋な慣性負荷のモデルとして表され、摩擦などの外乱も存在しない理想状態では加速度フィードフォワードゲインＪｅをＧ（ｓ）の慣性Ｊに一致させた場合、動機械９の実速度ｖは第二速度指令ｖｒ２に完全に一致する。また、速度ＰＩ補償器３ｆは理想状態からのずれ、すなわち摩擦などの外乱や、Ｇ（ｓ）のモデル誤差に対して第二速度指令ｖｒ２と動機械９の実速度ｖとの偏差を０にするように作用することにより、動機械９の実速度ｖが第二速度指令ｖｒ２に高精度に一致するように制御を行う。
【００７５】
ここで、速度制御器３は速度指令ｖｒから第二速度指令演算器３ｄによって高周波成分を除去された第二速度指令ｖｒ２に追従するように制御することにより、例えば動機械９が機械共振特性を有する場合に振動を励起しないように制御することが可能となる。また動機械９の機械特性に応じて第二速度指令演算器３ｄの遮断周波数ωｆだけを調整すれば良いため、調整が簡単である。
【００７６】
次に、位置補償器４について説明する。図８は位置補償器を表すブロック図である。図において、４ｂは位置指令ｘｒを入力し位置指令子（以下、第二位置指令と呼ぶ）ｘｒ２を生成する第二位置指令演算器、４ｃは位置ＰＩ補償器である。次に、位置補償器４の動作を説明する。位置補償器４は実施の形態１と同様に速度制御期間は制御系に作用せず、位置制御期間のみ作用する。位置補償器４は位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを入力し、第二位置指令演算器４ｂは位置指令ｘｒを入力し、下記の式（３）のように上述の第二速度指令演算器３ｄにおける速度指令ｖｒから第二速度指令ｖｒ２までの伝達特性と同じ伝達特性を持つ演算を行い、第二位置指令ｘｒ２を出力する。
ｘｒ２＝｛ωｆ／（ｓ＋ωｆ）｝ｘｒ ・・・ （３）
【００７７】
また、速度制御が上述のように完全な場合には速度制御器３のみの作用で動機械９の実位置ｘは第二位置指令ｘｒ２に完全に一致するが実際には誤差が生じる。そのため、位置補償器４は第二位置指令ｘｒ２と動機械９の実位置ｘの偏差を位置ＰＩ補償器４ｃに入力してＰＩ（比例積分）演算を行った結果を位置補償トルク指令τｘｅとして出力することにより、動機械９の実位置ｘが第二位置指令ｘｒ２に高精度に一致するように制御を行う。
【００７８】
このように、位置補償器４は速度制御器３による速度制御のみでは生じる第二位置指令ｘｒ２と動機械９の実位置ｘとの誤差に対してのみ作用するため、上述の速度制御期間と同じ速度制御器３を用いて特に制御ゲインの変更なども行わず、位置補償器４から出力された位置補償トルク指令τｘｅを速度制御トルク指令τｖに加算するだけで簡単に、動機械９の実位置ｘが位置指令ｘｒに一致するような高精度な位置制御が可能である。
【００７９】
なお、実施の形態１と同様に、速度制御期間から位置制御期間への切り換え時点に速度指令ｖｒを連続にし、位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを一致させることにより、機械動作に対する指令を速度指令ｖｒだけから速度指令ｖｒと位置指令ｘｒに変更したことに起因して切り換え直後に機械動作が急変することはない。
【００８０】
次に、制御系の構造を切り換えることに起因する連続性に関しては、位置補償器４における第二位置指令ｘｒと位置ＰＩ補償器４ｃの積分器出力は、位置指令ｘｒと同様に第二位置指令ｘｒ２の初期値を動機械９の実位置ｘに一致させれば、第二位置指令が原因となり切り換え直後に急変することがないので、機械動作が急変することはない。
【００８１】
更に、位置ＰＩ補償器４ｃの積分器出力の初期値を０にすれば、切り換え時点の位置補償トルクτｘｅの初期値は０になるため制御系の構造の切り換えが原因で切り換え時点にトルク指令τｒが急変することはなく、機械動作の急変を起こさずに速度制御期間から位置制御期間への切り換えが可能である。
【００８２】
なお、切り換え指令部５および速度位置指令発生部２の動作は実施の形態１と全く同様であるので説明を省略する。
【００８３】
本実施の形態２の機械動作制御装置では、以上のように機械動作制御装置を構成することにより、速度制御期間から位置制御期間に切り換えて目標停止位置に理想的停止パターンに追従して停止させる場合、速度制御期間から位置制御期間への一度だけの切り換えで、制御器のゲインを特に変更することもなく、常に速度制御器を動作させたまま位置補償トルク指令τｘｅを駆動トルク指令τｒに加算するという簡単な制御系の構成で、機械動作を急変させることなく切り換えを行い、速度制御期間には速度パターンに、位置制御期間には停止パターンに高精度で追従し、定常偏差無く目標停止位置に停止させる制御を実現できる。また動機械の特性に合わせて、例えば機械共振を励起しないような調整を簡単に行うことができる。
【００８４】
実施の形態３．
実施の形態１、２においては、速度制御から位置制御へと切り換える場合について説明したが、この実施の形態３では、電気車の動作の制御の場合など、通常は駆動装置に直接トルク指令を与え、すなわち速度や位置の自動制御は行わない状態から、目標停止位置が近づくと機械動作制御装置により、理想的な動作パターンに追従して自動的に目標停止位置に停止するように制御するものである。
【００８５】
図９はこの実施の形態３の機械動作制御装置の構成を示す図である。図において、５はトルク制御されているトルク制御期間から位置を制御する位置制御期間に切り換える切り換え指令を発する切り換え指令部、１２は切り換え指令部５の切り換え指令に応じてスイッチを切り換える切り換えスイッチ、１３はトルク指令を発生するトルク指令発生部である。なお、速度制御器３及び位置補償器４は実施の形態２と全く同じものを用い、その詳細な説明は省略する。その他は実施の形態１で説明したものと同様であるので説明は省略する。
【００８６】
次に、この実施の形態３の全体的な動作を説明する。動機械９が目標停止位置より離れている場合には、切り換えスイッチ１２を（ａ）側に接続し、例えば人による直接的操作などによってトルク指令発生部１３は駆動トルク指令τｒを駆動装置８に出力して動機械９を駆動する。以下、この期間をトルク制御期間と呼ぶとする。
【００８７】
次に、切り換え指令部５は上述のトルク制御期間に、例えば速度制御期間に目標停止位置ｘｓと動機械９の実位置ｘとの差、すなわち残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）や動機械９の実速度ｖなどを監視しながら、目標停止位置が近づくと位置制御期間への切り換え指令を発生する。そして、この切り換え指令により、切り換えスイッチ１２は（ｂ）側に切り換えられ、位置制御期間へと移行する。
【００８８】
上記スイッチ１２の切り換えにより、位置制御が行われるが、まずはじめに、速度位置指令発生部２及び切り換え指令部５の動作を説明する。
切り換え指令部５は、例えばトルク制御期間に目標停止位置ｘｓと動機械９の実位置ｘとの差、すなわち残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）や動機械９の実速度ｖなどを監視しながら、目標停止位置が近づくと位置制御期間への切り換え指令を発生し、切り換えスイッチ１２を（ａ）側から（ｂ）側に切り換える。
【００８９】
速度位置指令発生部２の動作は初期値の設定方法を除いて実施の形態１と同じであるので、切り換え時点における初期値の設定方法についてのみ説明する。切り換え指令部５は、トルク制御期間に残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）と動機械９の実速度ｖを監視しておき、残距離ｘｅと動機械９の実速度ｖとの関係が、予め作成された速度パターンの関係に一致する時点で切り換え指令を発生し、このときの位置指令ｘｒの初期値を動機械９の実位置ｘに一致させるようにする。
【００９０】
このようにすると、速度位置指令発生部２を発生する速度指令ｖｒの初期値は切り換え直前の動機械９の実速度ｖと一致し、また、位置指令ｘｒの切り換え時点における初期値は動機械９の実位置ｘに一致するので、指令信号を変更することにより、切り換え直後に動機械９の動作が急変することはない。
【００９１】
あるいは、特開昭５６−６５７７６号公報記載の第一の従来技術と同様に、切り換え指令部１３は残距離ｘｅ（＝ｘｓ−ｘ）がある値になった時点に切り換え指令を発生し、位置指令ｘｒの初期値を動機械９の実位置ｘに一致させ、その時点の残距離ｘｅの入力に対する速度パターンの出力が切り換え時点直前の動機械９の実速度ｖに一致するように、予め作成された速度パターンを変更すれば、切り換え時点で、速度指令ｖｒは動機械９の実速度ｖに、位置指令ｘｒは動機械９の実位置ｘに一致し、前述のように指令信号を変更することにより切り換え直後に動機械９の動作が急変することはない。
【００９２】
次に、位置制御期間では、速度位置指令発生部２が目標停止位置までの停止パターンとして、初期値以外は実施の形態１、２と同様に速度指令ｖｒと位置指令ｘｒを発生する。また、速度制御器３、位置補償器４は実施の形態２と全く同様に動作し、動機械９の実速度ｖと動機械９の実位置ｘがそれぞれ第二速度指令ｖｒ２と第二位置指令ｘｒ２に一致するように制御することにより、動機械９の動作が理想パターンに追従して目標停止位置に停止するような制御を行う。
【００９３】
ここで、トルク制御期間から位置制御期間への切り換えを行う切り換え時点において、動機械９に対する駆動トルク指令τｒから速度指令ｖｒと位置指令ｘｒへの変更については、速度位置指令発生部２の出力の速度指令ｖｒの初期値を動機械９の実速度ｖに一致させ、位置指令ｘｒの初期値を動機械９の実位置ｘに一致するようにするので、機械動作に対する指令を、特に指令しない状態から速度指令と位置指令に変更したことが原因となり、切り換えの直後に機械動作が急変することはない。
【００９４】
次に、切り換え時点において切り換えスイッチ１２を（ａ）側から（ｂ）側へと切り換えて制御系の構造を切り換えることに起因する不連続性に関しては、速度制御器３と位置補償器４における初期値を適切に設定すれば良いが、まず、切り換え時点における第二速度指令ｖｒ２および第二位置指令ｘｒ２の初期値は速度指令ｖｒおよび位置指令ｘｒと同様に動機械９の実速度ｖおよび位置指令ｘにそれぞれ一致させることにより、切り換え直後に第二速度指令ｖｒ２、第二位置指令ｘｒ２が原因となり機械動作が急変することは無い。
【００９５】
更に、動機械９に対する重力負荷などの定常的負荷トルクが無く、摩擦の影響も小さいような場合には、速度ＰＩ補償器３ｆの積分器出力と位置ＰＩ補償器４ｃの積分器出力を両方とも０にすることにより、切り換え時点の駆動トルク指令τｒを０にすると、切り換え時点に動機械９の実速度ｖを急変させることなく切り換えることが可能である。
【００９６】
更に、動機械９に対する重力負荷などの定常的負荷トルクや摩擦の影響が大きく、切り換え直前に駆動トルク指令τｒが０と大きく異なる場合には、速度ＰＩ補償器３ｆの積分器出力と位置ＰＩ補償器４ｃの積分器出力の和である駆動トルク指令τｒを切り換え直前の駆動トルク指令τｒに一致させると、切り換え時点に駆動トルク指令τｒが変化しないため、制御系の切り換えに起因して切り換え時点に機械動作が急変することは無い。
【００９７】
本実施の形態３では、以上のように機械動作制御装置を構成することにより、トルク制御期間から位置制御期間に切り換えて目標停止位置位置に理想的停止パターンに追従して停止させる場合、トルク制御期間から位置制御期間への一度のみの切り換えで機械動作を急変させることなく切り換えを行い、トルク制御期間には駆動トルク指令のみ指令し、位置制御期間には停止パターンに高精度で追従し、定常偏差無く目標停止位置に停止させる制御を実現できる。また動機械の特性に合わせて、例えば機械共振を励起しないような調整が簡単に出来る。
【００９８】
実施の形態４．
図１０はこの実施の形態４の機械動作制御装置の構成を示す図である。図において、１４は速度制御器、１５は位置補償器、１６は切り換えスイッチである。その他は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。図１０は速度制御器１４、位置補償器１５、切り換えスイッチ１６の構成や接続が実施の形態１と異なるだけのものである。なお、説明を簡単にするため、速度指令発生部１、切り換えスイッチ６ａ等の表示は省略した。
【００９９】
この実施の形態４では、上述の実施の形態１〜３においては、位置制御期間に速度制御器と位置補償器を並列に構成し、速度制御トルク指令τｖと位置補償トルク指令τｘｅとの和を駆動トルク指令τｒとして駆動装置を駆動する構成としているのに対し、位置制御期間に速度制御器と位置補償器を直列にカスケード構造にし、位置補償器の出力を速度制御器の入力としているものである。
【０１００】
次に、実施の形態１と異なる点である速度制御器１４、位置補償器１５及び切り換えスイッチ１６の動作について説明する。なお、切り換えスイッチ１６は速度制御期間にはオフの状態、位置制御期間にはオンの状態に切り換えられるものとする。
【０１０１】
まず、位置補償器１５において、速度位置指令発生部２で発生された位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘから位置補償速度指令ｖｘｅを生成し、この位置補償速度指令ｖｘｅを速度制御器３に入力する。そして、速度制御器３において、この位置補償速度指令ｖｘｅ、速度位置指令発生部２で発生された速度指令ｖｒ、及び動機械９の実速度ｖから駆動トルク指令τｒを生成させるようにしている。
【０１０２】
図１１は図１０に示した機械動作制御装置の速度制御器１４の構成を示す図である。図において、１４ａは微分あるいは疑似微分を行う微分器、１４ｂは加速度フィードフォワードゲイン、１４ｃは速度ＰＩ補償器である。
【０１０３】
次に、速度制御器１４の動作を説明する。速度制御器１４は速度指令ｖｒと位置補償速度指令ｖｘｅと動機械９の実速度ｖを入力し、速度指令ｖｒを微分器１４ａで微分した加速度指令ａｒにＪｅの加速度フィードフォワードゲイン１４ｂを乗じた信号を加速度フィードフォワードトルク指令τｆとし、また速度ＰＩ補償器１４ｃは速度指令ｖｒ及び位置補償速度指令ｖｘｅの和と動機械９の実速度ｖとの偏差を入力し、ＰＩ（比例積分）演算を行った結果を速度偏差補償トルク指令τｖｅとして出力する。
【０１０４】
そして、速度制御器６は加速度フィードフォワードトルク指令τｆと速度偏差補償トルク指令τｖｅの和を速度制御トルク指令τｖとして出力する。また速度制御期間、位置制御期間ともに速度制御トルク指令τｖを駆動トルクτｒとして駆動装置２を駆動する。ここで、速度制御期間にはオンオフスイッチ１６はオフであり位置補償速度指令ｖｘｅは０であるため、実施の形態１の速度制御器と全く同じ動作を行う。
【０１０５】
図１２は位置補償器１５の構成を示す。１５ａは位置補償ゲインＫｐである。位置補償器１５は位置制御期間のみ制御系に作用する。位置補償器１５は位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘを入力し、位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとの偏差に位置補書ゲイン１５ａでＫｐ倍した信号を位置補償速度指令ｖｘｅとして出力する。
【０１０６】
ここで、位置制御期間には、位置補償器１５において位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとの偏差が位置補償ゲインＫｐ倍された信号が生成され、この信号が速度制御器１４の速度ＰＩ補償器１４ｃでＰＩ（比例積分）演算されて駆動トルク指令τｒの要素となるため、実施の形態１において位置補償器７が位置指令ｘｒと動機械９の実位置ｘとの偏差をＰＩ（比例積分）演算した位置補償トルク指令τｘｅを駆動トルク指令τｒに加算していた構成に等価変換が可能である。したがって本実施の形態による動作および効果も実施の形態１と全く同じである。
【０１０７】
なお、速度制御期間から位置制御期間へ切り換える切り換え時点においても、速度指令ｖｒを連続に、また位置指令ｘｒを動機械の実位置ｘに一致させれば、前述の構成と合わせて実施の形態１と等価になり同じ効果が得られる。
【０１０８】
【発明の効果】
この発明に係る機械動作制御装置は、対象物の位置の制御を行わずに速度を制御する速度制御のための速度指令を発生する速度制御指令発生部と、目標停止位置に対する残距離と速度との関係を予め定めた関係式に基づき、前記速度制御の状態における前記対象物の実位置から求めた残距離と前記速度制御のための速度指令との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、前記速度制御から前記対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、前記切り換え部の切り換え時において前記速度制御指令発生部で発生される前記速度制御のための速度指令と一致するように設定した位置制御のための速度指令の初期値と、前記切り換え部の切り換え時において前記実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、前記関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、速度制御時においては前記速度制御指令発生部で発生された前記速度制御のための速度指令及び前記対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、位置制御時においては前記位置制御指令発生部で発生された前記位置制御のための速度指令及び前記対象物の前記実速度から前記第１のトルク指令を生成する第１のトルク指令発生器と、前記位置制御指令発生部で発生された前記位置指令及び前記対象物の前記実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、前記第１のトルク指令発生器で生成された前記第１のトルク指令及び前記第２のトルク指令発生器で生成された前記第２のトルク指令を加算するよう生成された第３のトルク指令により前記対象物の駆動制御をする第１の駆動部とを備えるので、速度制御から位置制御への切り換え時点から動機械の実速度と動機械の実位置を緻密に制御することができる。また、速度制御から位置制御への切り換え時点における機械動作の急変を防ぐことができる。さらに、速度制御から位置制御への切り換え時点における速度指令の変更に伴う切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。さらにまた、速度制御から位置制御への切り換え時点における位置指令が付加されたことによる切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１０９】
また、位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定するので、速度制御から位置制御への切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１０】
この発明に係る機械動作制御装置は、対象物の位置及び速度の制御を行わずにトルクを制御するトルク制御のための駆動トルク指令を発生するトルク指令発生部と、目標停止位置に対する残距離と速度との関係を予め定めた関係式に基づき、前記トルク制御の状態における前記対象物の実位置から求めた残距離と前記対象物の実速度との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、前記トルク制御から前記対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、前記切り換え部の切り換え時において前記実速度と一致するよう設定した位置制御のための速度指令の初期値と、前記切り換え部の切り換え時において前記実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、前記関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、前記位置制御指令発生部で発生された前記位置制御のための速度指令及び前記対象物の実速度から第４のトルク指令を生成する第４のトルク指令発生器と、前記位置制御指令発生部で発生された前記位置指令及び前記対象物の前記実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、トルク制御時においては前記トルク指令発生部で発生された前記駆動トルク指令により前記対象物の駆動制御をし、位置制御時においては前記第４のトルク指令発生器で生成された前記第４のトルク指令及び前記第２のトルク指令発生器で生成された前記第２のトルク指令を加算するよう生成された第５のトルク指令により前記対象物の駆動制御をする第２の駆動部とを備えるので、トルク制御から位置制御への切り換え時点から動機械の実速度と動機械の実位置を緻密に制御することができる。また、トルク制御から位置制御への切り換え時点における機械動作の急変を防ぐことができる。さらに、トルク制御から位置制御への切り換え時点における速度指令の導入に伴う切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。さらにまた、トルク制御から位置制御への切り換え時点における位置指令が付加されたことによる切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１１】
また、位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定するので、トルク制御から位置制御への切り換え時点における機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１２】
さらに、切り換え部の切り換え時において、前記切り換え時の第５のトルク指令とトルク指令発生部で発生される駆動トルク指令とが一致するようにするので、トルク制御から位置制御への切り換え時点におけるトルク指令の変更に伴う切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１５】
また、切り換え部の切り換え時において、第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるようにするので、非位置制御から位置制御への切り換え時点における第２のトルク指令による切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１６】
さらに、第２のトルク指令発生器は、位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成するための積分器を備え、切り換え部の切り換え時に、前記第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるように前記積分器の初期設定をするので、積分器の初期設定を変更するのみで非位置制御から位置制御への切り換え時点における第２のトルク指令を０にでき、切り換え時点における第２のトルク指令による切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１７】
また、第１のトルク指令発生部は、速度制御指令発生部で発生された速度指令から伝達関数に基づいて速度指令子を生成し、この速度指令子と対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、第２のトルク指令発生部は、位置制御指令発生部で発生された位置指令から前記伝達関数に基づいて位置指令子を生成し、この位置指令子と前記対象物の実位置から第２のトルク指令を生成するので、対象物の機械特性に応じて伝達関数を設定するのみで所望の制御ができ、機械の特性に応じた調整が容易にできる。
【０１１８】
さらに、切り換え部の切り換え時において、第１のトルク指令発生部で生成される速度指令子と対象物の実速度とが一致するようにするので、非位置制御から位置制御への切り換え時点における切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１１９】
さらにまた、切り換え部の切り換え時において、第２トルク指令発生部で生成される位置指令子と対象物の実位置とが一致するようにするので、非位置制御から位置制御への切り換え時点における切り換え直後の機械動作の急変を防ぐことができる。
【０１２０】
本発明に係る停止指令発生装置は、目標停止位置に対する残距離及び速度の対応関係を示した関数に基づいて対象物の速度を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令を積分演算することにより時間的に変化する位置指令を生成する位置指令生成部とを備え、前記速度指令生成部は目標停止位置と前記位置指令との差を前記残距離として前記速度指令を生成し、前記位置指令生成部は、前記位置指令の初期値を初期値設定時点の前記対象物の実位置に基づいて設定するので、理想的な速度指令及び位置指令を発生すると共に非位置制御から位置制御への切り換え時点において、機械動作の急変が起こらないようにすることができる。
【０１２１】
また、本発明に係る機械動作制御装置は、位置制御指令発生部を停止指令発生装置にしたので、位置制御以外の期間から位置制御期間へと切り換えて、切り換え時点から動機械の実速度と動機械の実位置を緻密に制御することが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の機械動作制御装置の構成図である。
【図２】 図１に示した速度位置指令発生部の構成図である。
【図３】 理想的な速度パターンを示す図である。
【図４】 速度指令の理想的パターンを示す図である。
【図５】 図１に示した速度制御器を示す図である。
【図６】 図１に示した位置補償器を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態２の速度制御器を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態２の位置補償器を示す図である。
【図９】 本発明の実施の形態３の機械動作制御装置の構成図である。
【図１０】 本発明の実施の形態４の機械動作制御装置の構成図である。
【図１１】 図１０に示した速度制御器の構成図である。
【図１２】 図１０に示した位置補償器の構成図である。
【図１３】 従来の機械動作制御装置の構成図である。
【図１４】 従来の機械動作制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 速度指令発生部 ２ 速度位置指令発生部
２ａ 加算器 ２ｂ 速度指令生成部
２ｃ 位置指令生成部 ３ 速度制御器
３ａ 微分器
３ｂ 加速度フィードフォワードゲイン
３ｃ 速度ＰＩ補償器 ３ｄ 第二速度指令演算器
３ｅ 加速度フィードフォワードゲイン
３ｆ 速度ＰＩ補償器 ４ 位置補償器
４ａ 位置ＰＩ補償器 ５ 切り換え指令部
６ スイッチ ７ 加算器
８ 駆動装置 ９ 動機械
１０ 速度検出器 １１ 位置検出器
１２ 切り換えスイッチ １３ トルク指令発生部
１４ 速度制御器 １４ａ 微分器
１４ｂ 加速度フィードフォワードゲイン
１４ｃ 速度ＰＩ補償器
１５ 位置補償器 １５ａ 速度ＰＩ補償器
１６ 切り換えスイッチ
１０１ 速度パターン発生部 １０２ 残距離補償部
１０２ａ 残距離速度パターン １０３ 切り換え指令部
１０４ 切り換えスイッチ １０５ 速度制御器
１０６ 駆動装置 １０７ 動機械
１０８ 速度検出器 １０９ 位置検出器
２０１ 速度位置指令発生部 ２０２ 速度補償器
２０３ 位置補償器 ２０４ 比率選択器
２０５ トルク指令演算器 ２０６ 駆動装置
２０７ 動機械 ２０８ 速度検出器
２０９ 位置検出器
Claims (12)
- 対象物の位置の制御を行わずに速度を制御する速度制御のための速度指令を発生する速度制御指令発生部と、
目標停止位置に対する残距離と速度との関係を予め定めた関係式に基づき、前記速度制御の状態における前記対象物の実位置から求めた残距離と前記速度制御のための速度指令との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、前記速度制御から前記対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、
前記切り換え部の切り換え時において前記速度制御指令発生部で発生される前記速度制御のための速度指令と一致するように設定した位置制御のための速度指令の初期値と、前記切り換え部の切り換え時において前記実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、前記関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、
速度制御時においては前記速度制御指令発生部で発生された前記速度制御のための速度指令及び前記対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、位置制御時においては前記位置制御指令発生部で発生された前記位置制御のための速度指令及び前記対象物の前記実速度から前記第１のトルク指令を生成する第１のトルク指令発生器と、
前記位置制御指令発生部で発生された前記位置指令及び前記対象物の前記実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、
前記第１のトルク指令発生器で生成された前記第１のトルク指令及び前記第２のトルク指令発生器で生成された前記第２のトルク指令を加算するよう生成された第３のトルク指令により前記対象物の駆動制御をする第１の駆動部とを備えた機械動作制御装置。 - 位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定することを特徴とする請求項１記載の機械動作制御装置。
- 対象物の位置及び速度の制御を行わずにトルクを制御するトルク制御のための駆動トルク指令を発生するトルク指令発生部と、
目標停止位置に対する残距離と速度との関係を予め定めた関係式に基づき、前記トルク制御の状態における前記対象物の実位置から求めた残距離と前記対象物の実速度との関係が前記関係式により定められる残距離と速度との関係に一致するときに、前記トルク制御から前記対象物の位置制御を行う位置制御に切り換える切り換え部と、
前記切り換え部の切り換え時において前記実速度と一致するよう設定した位置制御のための速度指令の初期値と、前記切り換え部の切り換え時において前記実位置に基づいて設定した位置指令の初期値とから、前記関係式に基づいて時間的に変化する位置制御のための速度指令及び位置指令を生成する位置制御指令発生部と、
前記位置制御指令発生部で発生された前記位置制御のための速度指令及び前記対象物の実速度から第４のトルク指令を生成する第４のトルク指令発生器と、
前記位置制御指令発生部で発生された前記位置指令及び前記対象物の前記実位置から第２のトルク指令を生成する第２のトルク指令発生器と、
トルク制御時においては前記トルク指令発生部で発生された前記駆動トルク指令により前記対象物の駆動制御をし、位置制御時においては前記第４のトルク指令発生器で生成された前記第４のトルク指令及び前記第２のトルク指令発生器で生成された前記第２のトルク指令を加算するよう生成された第５のトルク指令により前記対象物の駆動制御をする第２の駆動部とを備えた機械動作制御装置。 - 位置制御指令生成部は、切り換え部の切り換え時において実位置と一致するよう位置指令の初期値を設定することを特徴とする請求項３記載の機械動作制御装置。
- 切り換え部の切り換え時において、前記切り換え時の第５のトルク指令とトルク指令発生部で発生される駆動トルク指令とが一致するようにすることを特徴とする請求項３または請求項４記載の機械動作制御装置。
- 切り換え部の切り換え時において、第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるようにすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の機械動作制御装置。
- 第２のトルク指令発生器は、位置指令及び対象物の実位置から第２のトルク指令を生成するための積分器を備え、切り換え部の切り換え時に、前記第２のトルク指令発生器で発生される第２のトルク指令が０となるように前記積分器の初期設定をすることを特徴とする請求項６記載の機械動作制御装置。
- 第１のトルク指令発生器は、速度制御指令発生部で発生された速度指令から伝達関数に基づいて速度指令子を生成し、この速度指令子と対象物の実速度から第１のトルク指令を生成し、第２のトルク指令発生器は、位置制御指令発生部で発生された位置指令から前記伝達関数に基づいて位置指令子を生成し、この位置指令子と前記対象物の実位置から第２のトルク指令を生成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の機械動作制御装置。
- 切り換え部の切り換え時において、第１のトルク指令発生器で生成される速度指令子と対象物の実速度が一致するようにすることを特徴とする請求項８記載の機械動作制御装置。
- 切り換え部の切り換え時において、第１のトルク指令発生器で生成される速度指令子と対象物の実位置が一致するようにすることを特徴とする請求項８または請求項９記載の機械動作制御装置。
- 目標停止位置に対する残距離及び速度の対応関係を示した関数に基づいて対象物の速度を制御するための速度指令を生成する速度指令生成部と、前記速度指令を積分演算することにより時間的に変化する位置指令を生成する位置指令生成部とを備え、前記速度指令生成部は目標停止位置と前記位置指令との差を前記残距離として前記速度指令を生成し、前記位置指令生成部は、前記位置指令の初期値を初期値設定時点の前記対象物の実位置に基づいて設定することを特徴とする停止指令発生装置。
- 位置制御指令発生部を請求項１１記載の停止指令発生装置にしたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の機械動作制御装置。
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