JP4334093B2

JP4334093B2 - Ｓ字加減速パターン発生装置

Info

Publication number: JP4334093B2
Application number: JP35283099A
Authority: JP
Inventors: 隆三品
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2019-12-13
Also published as: JP2001166802A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロセス制御に使用されるパターン発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エレベータ、電車等の駆動あるいは可変速電動機運転においてはショックレス駆動を行なうなどのため、図３に示すごときものが多く用いられている。
図３はその構成図であり、２１は飽和型比較器、２２は積分器である。例えば、速度指令信号の指令入力Ｖ１を得て、出力が一定となる飽和型比較器２１とこの飽和型比較器２１の出力αが与えられて信号出力Ｖ０を発生し、かつこの信号出力Ｖ０を飽和型比較器２１に帰還送出する積分器２２より構成されるものであり、その入出力特性は図４のように示されるものとなる。
すなわち、入出力信号において（Ｖ１≠Ｖ０）になる間は、図４に示されるごとき、出力αしたがって出力αu、αdが発生されるものとなり、これら出力αu、αdを積分器２２によって積分することで信号出力Ｖ０を得るものになる。
かくのごとき従来方式により得られる出力特性は、速度指令の一例の場合、速度の微分値（ｄＶ／ｄＴ）を制限するものであるが、速度の２階微分値（ｄＶ²／ｄｔ²）が制限されていないものになって段差的に変化する。そして、この段差点では機械系に不必要なトルクショックを与える結果をまねき、例えばコータマシーン運転において紙切れを起こす原因となるという不具合があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した点に鑑みて創案されたもので、その目的とするところは、段差的変化を改良して２階積分の曲線で指令入力値に追従せしめる簡便なＳ字加減速パターン発生装置を提供するものである。
【０００４】
［問題点を解決するための手段］つまり、その目的を達成するための手段は、
入力信号と出力信号の偏差を演算する第１の減算器と、
該第１の減算器の偏差演算結果を増幅する第１の乗算器と、
半固定設定器により増加指令の時は加加速度＋β１、減少指令の時は減加速度―β２、定常時は０とし、その出力値は加加速度±βとして、該第１の乗算器で増幅された極限値を、加加速度＋β１、減加速度―β２の範囲に制限する第１の制限回路と、
該第１の制限回路の出力を２倍に演算する第２の乗算器と、
該第２の乗算器の乗算結果に前記第１の減算器の出力である偏差演算結果たる偏差信号を乗算する第３の乗算器と、
該第３の乗算器の出力結果を開平し平方根を算出する開平演算器と、
該第１の減算器の偏差演算結果の極性がマイナス時に、該開平演算器の出力をマイナスに切換える極性反転器と、
前記第１の制限回路の出力を積分する第１の積分器と、
該第１の積分器の積分結果を加速度＋α１、減速度―α２に制限する第２の制限回路と、
前記極性反転器の出力と第２の制限回路の出力とのいずれか絶対値の小さい値を優先する優先選択器と、
該優先選択器の出力を保持すると共に前記第１の積分器に伝達する第１の保持回路と、
該第１の保持回路の値を積分する第２の積分器と、
該第２の積分器の積分値を保持する第２の保持回路を設け、
入力信号である指令入力値と出力信号である前記第２の保持回路の保持値を前記第１の減算器に与え、
前記第１の制限回路で、前記第１の乗算器で増幅された極限値を、加加速度＋β１と減加速度―β２に制限した値を用い、
指令入力値の入力によって得られるパターン発生装置の出力値である第２の保持回路の保持値を前記指令入力値に追従させるようにしたことを特徴とするＳ字加減速パターン発生装置である。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示す構成図、図２はこの動作の理解を容易にするため信号波型を示した波型図である。
図１において、１は本パターン発生装置への指令値Ｖ１を入力する入力回路、２は上記指令値Ｖ１と本パターン発生装置の出力結果Ｖ０との偏差演算を実行するための第１の減算器で、演算結果の出力は偏差値をＸとすると、
Ｘ＝Ｖ１―Ｖ０（１）
で表される。
【０００６】
３は偏差値を増幅する第１の乗算器であり偏差の極性を判別するためのもの、４は第１の乗算器３の増幅度を設定する半固定設定器で増幅度Ａを設定する。
これら乗算器３，半固定設定器４により偏差値Ｘを比較的大きな設定の増幅度Ａにより増幅しており、その演算結果ＡＸは偏差値Ｘの極性つまり、現在値よりも大きな増加指令である場合はプラスの極限値となり、逆に小さな値である減少指令である場合はマイナスの極限値となる。
【０００７】
５は第１の乗算器３で増幅された極限値を加加速度＋β１、減加速度―β２の範囲に制限する第１の制限回路でその出力値は加加速度±βであり、半固定設定器により増加指令の時は加加速度＋β１を、減少指令の時は減加速度―β２、定常時は０を得ることができる。
６、７はこの場合における第１の制限器５の加加速度＋β１、減加速度―β２を与える半固定設定器、８は第１の制限回路５の出力を２倍に増幅する第２の乗算器で出力は±２βとなり、９は第２の乗算器８の増幅度を決定するための固定定数”２”である。
【０００８】
１０は第２の乗算器８の演算結果と減算器２の偏差出力結果を乗算する第３の乗算器で２つの入力は偏差値Ｘがいずれの極性の場合でも同符号となるので正の値である２βＸとなる。
１１は第２の乗算器１０の演算結果の平方根値を算出するための開平演算器であり、出力値√（２βＸ）を算出する。１２は開平演算器１１の出力を減算器２の偏差結果の極性がマイナス、つまり減速時にマイナスに切換える極性反転器であり、出力値±√（２βＸ）を算出する。
【０００９】
１３は第１の制限回路５の出力結果を積分する第１の積分器で第１の制限回路５の出力±βを積分し、積分結果は後述する第１の保持回路１８に蓄積される。１４は第１の積分器１３の積分結果を加速度＋α１、減速度―α２に制限する第２の制限回路であり、加速度・減速度があまり大きくならないように制限している。
１５、１６は第２の制限回路１４の制限値である加速度＋α１、減速度―α２を設定するためのものである。１７は極性反転器１２と第２の制限回路１４の出力のいずれか絶対値の小さい方を優先させる優先選択器で２値の絶対値とを比較し、絶対値の小さい値を選択し出力することにより、最適の加速度を得るものである。
【００１０】
１８は優先選択器１７の出力結果である加速度を保持するための第１の保持回路であり、保持値は第１の積分器１３に常に帰還しており、第２の制限回路１４の制限範囲である加速度＋α１、減速度―α２を超えることはない。
１９は加速度αを積分する第２の積分器、２０は第２の積分器１９の出力を保持するための第２の保持回路で、本発明のパターン発生装置の最終演算結果を保持し、蓄積するものである。
【００１１】
すなわち、指令値Ｖ１と本パターン発生装置の出力結果Ｖ０との偏差値Ｘの極性は、Ｘ＝Ｖ１―Ｖ０から、増加する場合プラスとなり、減少する場合マイナスとなる。指令値Ｖ１が変化すると、偏差値Ｘが拡大し、第１の制限器５の出力値±βにより第１の積分器１３は積分されて加速度αは直線的に増加していく。
同時に、第１の制限器５の出力値±βは第２の乗算器８によって定数２が乗算され、さらに第３の乗算器１０によって偏差値Ｘが乗算されるが、演算結果はβとＸが同符号のため２βＸとなり、さらに開平演算器１１によって開平演算され、さらに極性反転器１２によって出力は±√（２βＸ）となる。
【００１２】
優先選択器１７によってこの出力は±√（２βＸ）と第２の制限回路１４の出力α0とを比較し、絶対値の小さい値を選択することにより、最適の加速度αが第１の保持回路１８で得られ、さらに加速度αは第２の積分器１９で算出された積分値はなだらかなＳ字パターン出力となる。
すなわち、本パターン発生装置の出力値Ｖ０は常に加速度αの積分値であるので、
【００１３】
Ｖ０＝∫αｄｔ（２）
で表される。また、偏差値Ｘは（2）式を代入すると、（1）式は
Ｘ＝Ｖ１―Ｖ０＝Ｖ１―∫αｄｔ（３）
となる。
特に加減速完了時の指令値に漸近する近辺において、αは直線的に減少させるので加減速完了時までの時間をＴとすれば、
【００１４】
Ｘ＝αＴ／２（４）
で示される。一方、α＝β・Ｔであるので、Ｔ＝α／βを（４）式に代入すると、
Ｘ＝α²／２β （５）
となる。したがって、（５）式から、
α＝√（２βＸ）（６）
となり、加速度αを（６）式で表される数値に維持すれば最適な２階積分曲線に維持することができる。
【００１５】
つぎに各部分の動作を、図２に基づいて説明する。
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は各部の信号波形を表したもので、（ａ）は本パターン発生装置への入力回路（指令値ともいう）１の信号の時間的変化Ｖ１を表し（以下Ｖ１と称す）、（ｂ）は第１の制限器５の出力値±βの時間的変化を表し（以下βと称す）、（ｃ）は優先選択器の出力結果である加速度αの時間的変化を表し（以下αと称す）、（ｄ）は第２の保持回路出力値で最終演算結果であるＳ字パターン出力の時間的変化Ｖ０を表しており（以下Ｖ０と称す）、各図とも横軸は時間軸でｔ０からｔ１０までの時間点を共通に表している。
【００１６】
図２（ｃ）に示す破線５１は偏差値Ｘに関して（６）式によりα＝√（２βＸ）の曲線を、破線５２はα＝β１ｔの曲線を、破線５３はα＝α１の直線をそれぞれ表しているが、優先選択器１７および第２の制限回路１４の動作により、これらの内最も絶対加速度の小さい値がαとして選択される。
いまこの例で指令値１がｔ０の時点で数値０からＶａに変化し、ｔ４の時点で数値―Ｖｂに変化しさらにｔ８の時点で数値０に変化する一連の動作を表１に基づいて説明する。なお、表１は主な演算点での数値を表している。
【００１７】
表１において、
（１）ｔ０以前において、Ｖ１、β、α、Ｖ０とも零点であったと仮定する。
（２）ｔ０＜ｔ１において、Ｖ１はＶａなのでβはβ１となり、第２の制限回路１４の出力α0と√（２βＸ）の大小関係はα0＜√（２β１Ｘ）であるから、α＝β１ｔとなって、αは直線的に増加していく。
（３）ｔ１＜ｔ２において、Ｖ１はＶａのままなのでβはβ１となり、α0と√（２βＸ）の大小関係はα0＜√（２β１Ｘ）のままであるが、α0はα１に到達し、そのまま保持される。
（４）ｔ２＜ｔ３において、Ｖ１はＶａのままなのでβはβ１であるが、α0と√（２βＸ）の大小関係はα0＞√（２β１Ｘ）となり、α＝√（２β１Ｘ）が選択され、αの絶対値は時間の経過とともに直線的に減少していく。
【００１８】
（５）ｔ３＜ｔ４において、Ｖ１はＶａのままであるがＶ０＝Ｖ１＝Ｖａとなり、Ｘ、α、βともに０となる。
（６）ｔ４＜ｔ５において、Ｖ１は−Ｖｂに減少するのでβはβ２となり、α0と√（２βＸ）の大小関係はα0＜√（２β２Ｘ）となり、α＝β２ｔとなってαは直線的にマイナス側へ増加していく。
（７）ｔ５＜ｔ６において、Ｖ１はＶｂのままなのでβはβ２である。α0と√（２βＸ）の大小関係はα0＜√（２β２Ｘ）のままであるが、α0はα２に到達し、そのまま保持される。
（８）ｔ６＜ｔ７において、Ｖ１はＶｂのままなのでβはβ２であるが、α0と√（２βＸ）の大小関係はα0＞√（２β２Ｘ）となり、α＝√（２β２Ｘ）が選択され、αの絶対値は時間の経過とともに直線的に減少していく。
【００１９】
（９）ｔ７＜ｔ８において、Ｖ１はＶｂのままであるがＶ０＝Ｖ１＝Ｖｂとなり、Ｘ、α、βともに０となる。
（10）ｔ８＜ｔ９において、Ｖ１は０に再び増加するのでβはβ１となり、α0と√（２βＸ）の大小関係はα0＜√（２β１Ｘ）となり、α＝β１ｔとなってαは直線的に増加していく。
（11）ｔ９＜ｔ１０において、Ｖ１はＶａのままなのでβはβ１であるが、α0と√（２βＸ）の大小関係はα0＞√（２β１Ｘ）となり、α＝√（２β１Ｘ）が選択され、αの絶対値は時間の経過とともに直線的に減少していく。
（12）ｔ１０以降において、Ｖ１は０のままであるがＶ０＝Ｖ１＝０となり、Ｘ、α、βともに０となる。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、Ｓ字出力特性をもち指令回路装置の持つ段差点が除去されたことによって、機械系に不必要なトルクショックを与えることとがなくなり、例えばコータマシーン運転において紙切れを起こす原因が解消され、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】この動作の理解を容易にするため信号波型を示した波型図である。
【図３】従来の１例を示す構成図である。
【図４】図３の動作図である。
【符号の説明】
１…・指令値Ｖ１の入力回路
２…・第１の減算器
３…・第１の乗算器
４…・第１の乗算器の増幅度を設定する半固定設定器
５…・第１の制限回路
６、７…・加加速度＋β１、減加速度―β２用半固定設定器
８…・第２の乗算器
９…・固定定数”２”
１０…・第３の乗算器
１１…・開平演算器
１２…・極性反転器
１３…・第１の積分器
１４…・第２の制限回路
１５、１６…・加速度＋α１、減速度―α２用半固定設定器
１７…・第１の優先選択器
１８…・第１の保持回路
１９…・第２の積分器
２０…・第２の保持回路
２１…・飽和型比較器
２２…・積分器
５１…・曲線α＝√（２βＸ）
５２…・曲線α＝β１ｔ
５３…・曲線α＝α１

Claims

入力信号と出力信号の偏差を演算する第１の減算器と、
該第１の減算器の偏差演算結果を増幅する第１の乗算器と、
半固定設定器により増加指令の時は加加速度＋β１、減少指令の時は減加速度―β２、定常時は０とし、その出力値は加加速度±βとして、該第１の乗算器で増幅された極限値を、加加速度＋β１、減加速度―β２の範囲に制限する第１の制限回路と、
該第１の制限回路の出力を２倍に演算する第２の乗算器と、
該第２の乗算器の乗算結果に前記第１の減算器の出力である偏差演算結果たる偏差信号を乗算する第３の乗算器と、
該第３の乗算器の出力結果を開平し平方根を算出する開平演算器と、
該第１の減算器の偏差演算結果の極性がマイナス時に、該開平演算器の出力をマイナスに切換える極性反転器と、
前記第１の制限回路の出力を積分する第１の積分器と、
該第１の積分器の積分結果を加速度＋α１、減速度―α２に制限する第２の制限回路と、
前記極性反転器の出力と第２の制限回路の出力とのいずれか絶対値の小さい値を優先する優先選択器と、
該優先選択器の出力を保持すると共に前記第１の積分器に伝達する第１の保持回路と、
該第１の保持回路の値を積分する第２の積分器と、
該第２の積分器の積分値を保持する第２の保持回路を設け、
入力信号である指令入力値と出力信号である前記第２の保持回路の保持値を前記第１の減算器に与え、
前記第１の制限回路で、前記第１の乗算器で増幅された極限値を、加加速度＋β１と減加速度―β２に制限した値を用い、
指令入力値の入力によって得られるパターン発生装置の出力値である第２の保持回路の保持値を前記指令入力値に追従させるようにしたことを特徴とするＳ字加減速パターン発生装置。