JP4523506B2 - 位置決め制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の位置決めポイント毎の位置決め制御データが教示された、ポイントテーブル形式の位置決め制御データを有する位置決め制御装置に関するものである。

従来の位置決め制御装置は、位置決め演算周期毎に位置指令演算処理を行って位置指令値を演算し、演算した位置指令値を駆動軸ドライバに出力し、モータを駆動して各駆動軸の位置決め制御を行っている。この位置指令演算処理は高速に処理する必要があるため、一般的には、制御データ解析処理によって、制御を始動する前に、制御データを予め解析しておき、制御始動後の位置指令演算処理では、その解析データに基づいて、演算周期毎に位置指令値を演算する。

制御データは、オペレータにより教示されて、位置決め制御装置の内部メモリに格納されるが、通常は、専用命令形式又はポイントテーブル形式で格納されている。ポイントテーブル形式の制御データを持つ位置決め制御装置では、所定の位置決めポイント毎のポイント番号を指定して位置決め制御を始動する。指定したポイント番号での位置決め制御機能の他に、指定したポイント番号以降のポイント番号での位置決め制御を連続して行うという機能を備えており、専用命令形式に比べ、データ形式が単純であるため、制御データ解析処理が簡単であるという利点がある。

図７に、従来のポイントテーブル形式の制御データを有する位置決め制御装置の制御ブロック図を示す。メモリのポイントテーブルに格納されているデータは、ポイント番号毎の位置決め位置Ｐｔ又は移動量Ｌｔを示す指令位置Ｐｔ（又はＬｔ）、定速時の速度を示す指令速度Ｖｔ、停止状態から指令速度Ｖｔまでの加速の時間を示す加速時間Ｔａ、指令速度Ｖｔから停止までの減速の時間を示す減速時間Ｔｂの４種類のデータで構成されている。これらのデータに基づいて、ポイント番号毎に、図８に示す速度パターンで各駆動軸の位置決め制御が行われる。

次に、位置決め制御装置の各手段によって行われる各処理について説明する。まず、解析手段による制御始動前の制御データ解析処理で、各ポイント番号毎に、ポイントテーブルデータおよび演算周期Ｔｐから後述の、各ポイント番号毎の位置指令演算処理に必要なデータを求める。

加速時の演算周期数（加速時間）Ｎａ及び演算周期毎に速度に加算する加速度Ａは下記の式により求められる。
加速時の演算周期数：Ｎａ＝Ｔａ÷Ｔｐ
加速度 ：Ａ ＝Ｖｔ÷Ｎａ
ここで、Ｔａ：加速時間
Ｔｐ：演算周期
Ｖｔ：指令速度

減速時の演算周期数（減速時間）Ｎｂ及び演算周期毎に速度から減算する減速度Ｂは下記の式により求められる。
減速時の演算周期数：Ｎｂ＝Ｔｂ÷Ｔｐ
減速度 ：Ｂ ＝Ｖｔ÷Ｎｂ
ここで、Ｔｂ：減速時間
Ｔｐ：演算周期
Ｖｔ：指令速度

また、指令位置の形式が移動量Ｌｔ指定の場合は、下記の式により最終位置決め位置ＰＴが求められる。
最終位置決め位置：ＰＴ＝Ｐ（０）＋ＬＴ
ここで、Ｐ（０）：始動時の位置指令値
ＬＴ ：合計移動量

上記の演算結果は、位置指令演算処理用データとして内部メモリに保持される。位置指令手段による位置決め制御始動後の位置指令演算処理では、加速状態、定速状態又は減速状態のそれぞれの状態別に、演算周期毎の、速度及び位置指令値を演算する。また、他の状態に遷移する必要があるかないかを演算周期毎に判定する。

加速状態では、下記の式で速度及び位置指令値を求める。今回速度Ｖ（ｎ）は始動からｎ演算周期目の速度、今回位置指令値Ｐ（ｎ）は始動からｎ演算周期目の位置指令値であり、ｎが‘０’の時は、Ｖ（０）は‘０’、Ｐ（０）は始動時の位置指令値となる。
今回速度 ：Ｖ（ｎ）＝Ｖ（ｎ−１）＋Ａ
今回位置指令値：Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）＋Ｖ（ｎ）
ここで、Ｖ（ｎ−１）：前回速度
Ａ ：加速度
Ｐ（ｎ−１）：前回位置指令値

加速状態の時に、今回速度Ｖ（ｎ）が指令速度Ｖｔ以上になるときは、定速状態に遷移する。また、今回位置指令値Ｐ(ｎ)、今回速度Ｖ(ｎ)から減速停止したときに、最終位置決め位置ＰＴを越える位置になるときは、減速状態に遷移する。これは停止位置が最終位置決め位置ＰＴを越えないようにするために必要な、減速停止チェック処理である。

定速状態では、下記の式で速度及び位置指令値を演算する。
今回速度 ：Ｖ（ｎ）＝Ｖｔ
今回位置指令値：Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）＋Ｖ（ｎ）
ここで、Ｖｔ ：指令速度
Ｐ（ｎ−１）：前回位置指令値

定速状態のときにも減速停止チェック処理を行って、今回位置指令値Ｐ（ｎ）、今回速度Ｖ（ｎ）から減速停止したときに、最終位置決め位置ＰＴを越える位置になるときは、減速状態に遷移する。

減速状態では、下記の式で速度及び位置指令値を求める。
今回速度 ：Ｖ（ｎ）＝Ｖ（ｎ−１）−Ｂ
今回位置指令値：Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）＋Ｖ（ｎ）
ここで、Ｖ（ｎ−１）：前回速度
Ｂ ：減速度
Ｐ（ｎ−１）：前回位置指令値

減速状態のときに、今回速度Ｖ（ｎ）が‘０’以下になるときは、下記のように最終位置決め位置ＰＴを今回位置指令値Ｐ（ｎ）として位置決め制御を完了させる。
今回位置指令値：Ｐ（ｎ）＝ＰＴ
ここで、ＰＴ：最終位置決め位置

上記のように、従来の位置決め制御装置では、加速状態及び定速状態で、常に、減速停止チェック処理を行って、最終位置決め位置ＰＴに停止させるようにしている。このような位置決め制御を行うものとして、特許文献１に記載された位置決め制御装置がある。

特開平０６−２２２８２７号公報

上記従来の位置決め制御装置は、定速時の速度が一定で、その一定速度で位置決めを行う制御には適している。しかしながら、位置決めの時間を演算周期単位で指定して位置決め制御を行う場合には問題がある。

例えば、加速は演算周期数５回、定速は演算周期数２０回、減速には演算周期数１０回で１００００ＰＬＳの距離を移動させる場合を考える。この場合、指令速度としてＰＬＳ／ｓ単位でどのような値を指定すればよいか演算する必要があるが、その指令速度が整数値にならない場合、演算周期数に誤差が生ずる。特に、指定したポイント番号以降のポイント番号での位置決め制御を連続して行う場合には、この誤差が累積するため、意図した時間で位置決め制御を行うことができない。また、複数の軸の同期制御を行う場合は、この誤差により各軸の同期タイミングが合わず、同期制御の精度が悪化してしまうという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、指定した演算周期数で位置決めを完了できるようにして、複数軸の同期制御において演算周期単位で同期を可能とするポイントテーブル形式の位置決め制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の位置決め制御装置は、速度及び位置指令値に基づいてモータを位置決め駆動する駆動軸ドライバを備えた位置決め制御装置において、所定の位置決めポイント毎に、指令位置、加速演算周期数、定速演算周期数及び減速演算周期数を指定したポイントテーブル形式の制御データを格納したメモリと、前記メモリに格納された、前記位置決めポイント毎の前記指令位置、加速演算周期数、定速演算周期数及び減速演算周期数を解析し、前記位置決めポイント毎の指令速度、加速度及び減速度を求める解析手段と、前記解析手段により求められた、前記位置決めポイント毎の指令速度、加速度及び減速度に基づいて、前記位置決めポイント毎の速度及び位置指令値を求め、前記ポイントテーブルに指定された前記加速演算周期数、定速演算周期数及び減速演算周期数で前記位置決めポイント毎の位置決めが完了するように、前記駆動軸ドライバに前記位置決めポイント毎の前記速度及び位置指令値を出力する位置指令手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、ポイントテーブルで指定した演算周期数で位置決め動作を完了することができるようになり、位置決め動作の時間を演算周期単位で把握できるので、複数軸の同期制御を容易に行うことができる位置決め制御装置が得られるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる位置決め制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明にかかる位置決め制御装置の実施の形態の制御ブロック図であり、図２は、位置決め動作の速度パターンを示す図である。内部メモリ１のポイントテーブルに格納されているデータは、所定の位置決めポイント毎の位置決め位置Ｐｔ又は移動量Ｌｔを指定する指令位置、加速時の演算周期数を指定する加速演算周期数Ｎａ、定速時の演算周期数を指定する定速演算周期数Ｎｃ及び減速時の演算周期数を指定する減速演算周期数Ｎｂである。

これらの制御データから、位置決めポイント毎の指令速度Ｖ（ｎ）及び位置指令値Ｐ（ｎ）を求め、求めた指令速度Ｖ（ｎ）及び位置指令値Ｐ（ｎ）を駆動軸ドライバ４に出力し、駆動軸ドライバ４によりモータ５を位置決め駆動し、図２に示す速度パターンで所定の位置決めポイント毎の位置決めが行われる。

次に、位置決め制御装置の各手段による各処理について説明する。まず、解析手段２による制御始動前の制御データ解析処理で、各ポイント番号毎に、ポイントテーブルの制御データから後述の、各ポイント番号毎の位置指令演算処理に必要なデータである指令速度Ｖｔ、加速度Ａ及び減速度Ｂを求める。また、指令位置の形式が移動量Ｌｔ指定の場合は、最終位置決め位置ＰＴも求める。それぞれの演算式は下記のようになる。

最終位置決め位置：ＰＴ＝Ｐ（０）＋ＬＴ
指令速度 ：Ｖｔ＝２×（Ｐｔ−Ｐ（０））÷（Ｎａ＋２×Ｎｃ＋Ｎｂ）
加速度 ：Ａ ＝Ｖｔ÷Ｎａ
減速度 ：Ｂ ＝Ｖｔ÷Ｎｂ
ここで、Ｐ（０）：始動時の位置指令値
ＬＴ ：合計移動量
Ｎａ ：加速演算周期数
Ｎｃ ：定速演算周期数
Ｎｂ ：減速演算周期数

上記の演算結果は、位置指令演算処理用データとして内部メモリ１に保持される。位置指令手段３による位置決め制御開始後の位置指令演算処理では、加速状態、定速状態又は減速状態のそれぞれの状態別に、演算周期毎の、速度及び位置指令値を求める。本実施の形態では、加速状態、定速状態又は減速状態のいずれであるかは、始動時からの演算周期数で判定できるため、減速停止チェック処理のような処理は不要である。

始動時からの演算周期数ｎがｎ＜Ｎａである場合は加速状態であり、下記の式で演算周期毎の速度及び位置指令値を求める。今回速度Ｖ（ｎ）は、始動時から演算周期ｎ回目の速度、今回位置指令値Ｐ（ｎ）は始動時から演算周期ｎ回目の位置指令値であり、ｎ＝０の時は、Ｖ（０）＝０、Ｐ（０）＝始動時の位置指令値となる。求められた今回速度Ｖ（ｎ）及び今回位置指令値Ｐ（ｎ）は、駆動軸ドライバ４に出力され、モータ５を位置決め駆動する。

今回速度 ：Ｖ（ｎ）＝Ｖ（ｎ−１）＋Ａ
今回位置指令値：Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）＋Ｖ（ｎ）
ここで、Ｖ（ｎ−１）：前回速度
Ａ ：加速度
Ｐ（ｎ−１）：前回位置指令値

始動時からの演算周期数ｎが、Ｎａ≦ｎ＜（Ｎａ＋Ｎｃ）である場合は、定速状態であり、下記の式で今回速度Ｖ（ｎ）及び今回位置指令値Ｐ（ｎ）を求める。求められた今回速度Ｖ（ｎ）及び今回位置指令値Ｐ（ｎ）は、駆動軸ドライバ４に出力され、モータ５を位置決め駆動する。
今回速度 ：Ｖ（ｎ）＝Ｖｔ
今回位置指令値：Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）＋Ｖ（ｎ）
ここで、Ｖｔ ：指令速度
Ｐ（ｎ−１）：前回位置指令値

始動時からの演算周期数ｎが、（Ｎａ＋Ｎｃ）≦ｎ＜（Ｎａ＋Ｎｃ＋Ｎｂ）である場合は、減速状態であり、下記の式で今回速度Ｖ（ｎ）及び今回位置指令値Ｐ（ｎ）を求める。求められた今回速度Ｖ（ｎ）及び今回位置指令値Ｐ（ｎ）は、駆動軸ドライバ４に出力され、モータ５を位置決め駆動する。
今回速度 ：Ｖ（ｎ）＝Ｖ（ｎ−１）−Ｂ
今回位置指令値：Ｐ（ｎ）＝Ｐ（ｎ−１）＋Ｖ（ｎ）
ここで、Ｖ（ｎ−１）：前回速度
Ｂ ：減速度
Ｐ（ｎ−１）：前回位置指令値

始動からの演算周期数ｎが、ｎ＝Ｎａ＋Ｎｃ＋Ｎｂとなったときは、下記のように最終位置決め位置ＰＴを今回位置指令値Ｐ（ｎ）として位置決め制御を完了させる。
今回位置指令値：Ｐ（ｎ）＝ＰＴ
ここで、ＰＴ：最終位置決め位置

上記した各手段による位置決め制御により、指定した演算周期数で確実に位置決めを行うことができる。本実施の形態の位置決め制御では、加速状態、定速状態又は減速状態の判定を、始動時からの演算周期数で行っており、判定処理が単純なため、従来の減速停止チェック処理に比べて短時間で済み、毎周期の演算処理時間を短縮することができるという効果がある。また、加速演算周期数Ｎａ、定速演算周期数Ｎｃ又は減速演算周期数Ｎｂのそれぞれを‘０’と設定することにより、それぞれ加速なし、定速なし、減速なしとして位置決め制御を行うことができる。例えば、加減速なしの速度パターンで位置を制御する場合は、加速演算回数Ｎａ及び減速演算回数Ｎｂを‘０’と設定すればよい。

次に、本実施の形態の具体例として、図３〜図６を参照して、カム動作する第１軸と、第１軸と一部同期して動作する第２軸とによる２軸同期位置決め制御を本実施の形態のポイントテーブル形式の制御データにより行う方法について説明する。図３は、第１軸の軌跡パターンを示す図であり、図４は、第２軸の軌跡パターンを示す図であり、図５は、第１軸のポイントテーブルを示す図であり、図６は、第２軸のポイントテーブルを示す図である。

位置決め制御の１サイクルは、総演算周期数２００回で、第１軸のカム曲線Ａの部分は８０回、カム曲線Ａとカム曲線Ｂの間の停止部分は４０回、カム曲線Ｂの部分は８０回としている。第１軸のカム曲線Ａ終了時の位置は、始動位置から５００００ＰＬＳ（モータ駆動パルス数）進んだ位置で、カム曲線Ｂ終了時の位置は、始動位置から８００００ＰＬＳ進んだ位置となる。

第２軸は、第１軸のカム曲線Ａ制御中に、演算周期数２０回で移動量３００００ＰＬＳ移動し、演算周期数４０回分停止した後、演算周期数５０回で移動量２００００ＰＬＳ移動して始動位置から５００００ＰＬＳ進んだ位置に移動し、演算周期数１０回分停止した後、第１軸と同期してカム曲線Ｂの軌跡を描く。

この場合に、ポイントテーブルは、第１軸では、カム曲線Ａのための位置決めポイント数として８０ポイント、停止区間に１ポイント、カム曲線Ｂのための位置決めポイント数として８０ポイントの合計１６１ポイントを教示する。

また、第２軸では、最初の３００００ＰＬＳの位置決めに１ポイント、停止区間に１ポイント、２度目の２００００ＰＬＳの位置決めに１ポイント、２度目の位置決め後の停止区間に１ポイント、カム曲線Ｂのための位置決めポイント数として８０ポイントの合計８４ポイントを教示する。ここでは、カム曲線の部分に多数の位置決めポイント数を使用しているが、直線部分の多いカム曲線やカム曲線の曲線精度を必要としない場合は、もっと少ないポイント数でカム曲線を表現してもよい。

第１軸の制御は、まず、８０ポイント分の指令位置である各移動量を演算周期毎に出力してカム曲線Ａの動作を行う。８１ポイント目は移動量が‘０’であるので停止動作となる。このポイントは演算回数４０回と指定されているので、結果として演算回数４０回分停止する。その後、８２ポイント目から８０ポイント分の指令位置である各移動量を演算周期毎に出力してカム曲線Ｂの動作を行う。

第２軸の制御は、第１軸の制御開始と同時に開始する。第２軸は、まず、１ポイント目の移動量３００００ＰＬＳを加速８回、定速４回、減速８回の合計演算周期数２０回で位置決めする。２ポイント目は、移動量が‘０’であるので、演算周期数４０回分停止する。３ポイント目は移動量２００００ＰＬＳを加速２０回、定速１０回、減速２０回の合計演算周期数５０回で位置決めする。４ポイント目は、移動量が‘０’であるので、演算周期数１０回分停止する。

ここまでの演算周期数合計は１２０回となっているので、第２軸のカム曲線Ｂの制御開始は、第１軸のカム曲線Ｂの制御開始と同じタイミングになる。その後の５ポイント目から８４ポイント目までのポイントデータは、第１軸の８２ポイント目から１６２ポイント目までのポイントデータと全く同一であるため、第１軸と同期してカム曲線Ｂの動作を行う。このように同期させたい区間であるカム曲線Ｂを１演算周期もずれることなく同期させることができる。

また、第２軸の非同期区間の移動量３００００ＰＬＳ及び２００００ＰＬＳの値を工程ごとに変えなければならない場合においても、各移動量の設定値を変更するだけで、他の設定値を変更することなく同期動作を実現できるという利点がある。

以上のように、本発明にかかる位置決め制御装置は、複数軸の同期制御を行う位置決め制御装置に有用である。

本発明にかかる位置決め制御装置の実施の形態の制御ブロック図である。 位置決め動作の速度パターンを示す図である。 第１軸の軌跡パターンを示す図である。 第２軸の軌跡パターンを示す図である。 第１軸のポイントテーブルを示す図である。 第２軸のポイントテーブルを示す図である。 従来の位置決め制御装置の制御ブロック図である。 従来の位置決め制御装置の位置決め動作の速度パターンを示す図である。

符号の説明

１ メモリ
２ 解析手段
３ 位置指令手段
４ 駆動軸ドライバ
５ モータ
Ｐｔ 指令位置
Ｌｔ 移動量
Ｎａ 加速演算周期数
Ｎｃ 定速演算周期数
Ｎｂ 減速演算周期数
Ｖｔ 指令速度
Ａ 加速度
Ｂ 減速度
Ｖ（ｎ） 今回速度
Ｐ（ｎ） 今回位置指令値
Ｔｐ 演算周期

Claims (2)

1. 速度及び位置指令値に基づいてモータを位置決め駆動する駆動軸ドライバを備えた位置決め制御装置において、
   所定の位置決めポイント毎に、指令位置、加速演算周期数、定速演算周期数及び減速演算周期数を指定したポイントテーブル形式の制御データを格納したメモリと、
   前記メモリに格納された、前記位置決めポイント毎の前記指令位置、加速演算周期数、定速演算周期数及び減速演算周期数を解析し、前記位置決めポイント毎の指令速度、加速度及び減速度を求める解析手段と、
   前記解析手段により求められた、前記位置決めポイント毎の指令速度、加速度及び減速度に基づいて、前記位置決めポイント毎の速度及び位置指令値を求め、前記ポイントテーブルに指定された前記加速演算周期数、定速演算周期数及び減速演算周期数で前記位置決めポイント毎の位置決めが完了するように、前記駆動軸ドライバに前記位置決めポイント毎の前記速度及び位置指令値を出力する位置指令手段と、
   を備えることを特徴とする位置決め制御装置。
2. 前記位置指令手段が、位置決め制御始動後の演算周期数をカウントし、該演算周期数に基づいて、現在の状態が加速状態、定速状態又は減速状態のいずれであるかを判定し、判定された各状態別に前記位置決めポイント毎の前記速度及び位置指令値を求めることを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
   
   
   

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