JPH02101508A - 加減速制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、工作機械やロボットアーム等の駆動におい
て、加速度を連続的に変化させて加速あるいは減速する
制御を行う加減速制御装置に関するものである。

（従来の技術〕 従来、機械の駆動を行なう場合、起動時や停止時に機械
系にショックや振動を与えないように加速、減速制御が
行われる。このような加減速制御においては、加速度を
連続的に変化させかつ最大許容加速度を越えないように
加速や減速を行なうＳ字形加減速制御方式が望まれてい
る。

第９図は従来の加減速制御装置の構成図である。同図に
おいて、（２０）は追従距離計算部で、指令速度と平滑
前圧力速度の差を積分し、指令位置と現在の出力位置の
間の距離、即ち追従距離を計算するものである。（２１
）は減速距離計算部で、現在の平滑前圧力速度から与え
られた加速度でゼロまで減速する間に移動する距離、即
ち減速距離を計算するものである。（２２）は出力速度
計算部で、この出力速度計算部（２２）は指令速度と出
力速度を比較する第１の比較器（２３）と、追従距離と
減速距離を比較する第２の比較器（２４）と、これら比
較判断結果により平滑性出力速度を計算する速度計算部
（２５）と、加速度を滑らかにし出力速度を計算する平
滑フィルタ（２６）とから構成されている。　次に上記
従来の加減速制御装置の動作について説明する。まず、
追従距離計算部（２０）により平滑前指令速度と出力速
度の差を積分し、指令位置と現在の出力位置との間の距
離、即ち追従距離を求める。これは下記（１）式により
計算する。即ちサンプリング時刻ｉにおける追従圧！Ｉ
Ｌ＋は指令速度ＶＣＩ　と前回の平滑性出力速度Ｖ　（
１−１＋を用いて、Ｌｌ＝　Ｌ（１−１１＋　ＶＣＩ　
　−Ｖｕ−＋＋　　　　　　　　・・・（１）但しｌｏ
＝　Ｏ、ｌ’ｏ＝＝　０ により計算する。

次に、減速距離計算部（２１）により現在の出力速度か
ら与えられた加速度でゼロまで減速する間に移動する距
離を計算する。これは下記（２）式により計算する。即
ち、前回の出力速度Ｆ　（１−１１に対応する減速距離
り、は により計算される。ここでΔＶは加速度指令値（以下、
単に加速度と記す。）で、サンプリング周期間の速度変
化量である。なお、この加速度ΔＶは制御される機械に
よって決まる定数である。

平滑部出力速度計算部（２２）の動作について説明する
。先ず第１の比較器（２３）で指令速度ＶＣＩと前回の
平滑性出力速度Ｖ（１−０を比較し、次に第２の比較器
（２４）で、追従圧１ＩＩＬｔと減速圧１１Ｄ＋を比較
すると、以下のような（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）
　、　（ｄ）　に示される４つのケースに分かれる。

（ａ）は指令速度ＶＣＩが前回の平滑性出力速度Ｖ［ｌ
−目より大きく追従圧ｌｅｔ　Ｌ　＋　ｂ’減速距離Ｄ
Ｉより小さいケース、 （ｂ）は指令速度ＶＣＩが前回の平滑性出力速度Ｖ（１
−１）より大きく追従距離Ｌｌが減速圧ｌｌＩＤ１より
大きいケース、 （ｃ）は指令速度ＶＣＩが前回の平滑性出力速度ＶＮ−
１１より小さく追従距離ｔ、ｉが減速距離ｏｉより大き
いケース、 （ｄ）は指令速度ＶＣＩが前回の平滑性出力速度Ｖ　（
１−１１より小さく追従圧ＩＩＩ　Ｌ　ｔが減速距離Ｄ
ｉより小さいケースである。

先ず（ａ）は、指令速度ＶＣＩが平滑性出力速度Ｖ　Ｎ
−１１より大きいため、加速を行う状況にあるが、追従
圧１１ｉ　Ｌ　Ｉが減速圧ｌ！１ＩＤｌより小さいため
出力速度は前回の値をそのまま保持し、追従圧１１１Ｌ
＋が減速圧１１１　Ｄ　ｔを越えるまで待つ。

（ｂ）は、指令速度ＶＣＩが平滑性出力速度Ｖ　（１−
１１より大きく、追従圧ＩＩＬ＋が減速圧１１１１　Ｄ
　ｒより大きいため加速を行う状況にある。このときは
、前回の平滑性出力速度Ｖ（１−１１と加速度ΔＶの加
速値と指令速度ＶＣＩを比較し、加速値が指令速度ＶＣ
Ｉを越えるときは、指令速度ＶＣＩを平滑性出力速度Ｖ
ｌとして出力し、越えないときは加速値を平滑性出力速
度Ｖｔとする。

（ｃ）のケースは高速の指令速度で短い距離の移動指令
を行った場合に発生し、このときは、指令速度ｖｃ１が
平滑性出力速度Ｖ（１−１１より小さいにも拘らず、追
従圧１！Ｌ＋が減速圧１ａＩＤ＋より大きいため、出力
速度を加速する。これは前述の（ｂ）の場合と同じ処理
で、Ｖ（１−１１とΔＶの加速値を平滑性出力速度ｖ１
として出力する。なお、この加速により、追従圧１１ｔ
Ｌ＋が減速圧ＩＩｔＤＩより小さくなったときは、減速
に切換えるが、この減速の処理は後述の（ｄ）の処理と
なる。

（ｄ）は指令速度ＶＣＩが平滑性出力速度Ｖ　（１−１
１より小さく、かつ追従距離Ｌ１が減速距離ＤＩより小
さくなった場合で減速を行う状況にある。この場合は指
令された位置に一定加速度で減速し停止するために、各
サンプリング時刻ごとに、その時刻における追従距離と
平滑性出力速度を用いて次の時刻の加速度を求め、平滑
性出力速度を計算して出力する。これは下記のようにし
て計算する。即ち、前回の平滑面出力速度Ｖ、１−目か
ら一定の加速度で平滑性出力速度がゼロになるまで減速
するとき、この間の移動距離が現在の追従距！ＩＩＬｔ
に等しくなるようにするためには加速度Ａは（２）式を
用いて で与えられる。

従って、追従距離がゼロとなる点すなわち、指令位置と
出力位置が一致する点で平滑性出力速度がゼロとなるよ
うに一定加速度で減速するためには次の平滑性出力速度
シ皿は で与えられる。そこで（４）式により平滑性出力速度を
計算して出力する。

最後に平滑フィルタ（２６）により、平滑性出力速度Ｖ
ｌを滑らかにした出力速度Ｖｃ＋ｕｔ　Ｉを計算する。

例えば平滑フィルタとして最も簡単な１次フィルタを用
いたとき、出力速度Ｖ。ｕｔ　ｌは（５）式で求めるこ
とができる。

Ｖｏｕｔ　Ｉ＝　Ｔｓ　・（Ｖ＋　＋　ＤＬｔ−＋）　
　　　　　　”　（５）ただし、Ｔ’Ｊは与えられた１
次フィルタの時定数である。またＤＬ、は１次フィルタ
のたまり量であり、（６）式で計算できる。

ＤＬｔ　＝Ｖ＋−Ｖｏｕｔ　＋＋ＤＬ＋−＋　　　　　
　　　”・（６）上記のような構成により第１Ｏ図（ａ
）　、　（ｂ）　に示すように指令速度（１４）の入力
に対し、Ｓ字形の加減速特性をもつ出力速度（１５ｂ）
と連続な出力加速度（１８ｂ）が与えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の加減速制御装置は以上のように構成されているの
で、加速度の変化量の最大値は最大許容加速度と平滑フ
ィルタの時定数によって決まり、任意に指定することが
困難である。また加速度の変化量の最大値は加速度の立
上り時にのみ生じ機械の振動系に対して望ましくない。

さらにフィルタを使用しているため、速やかな停止がで
きず、位置きめ時間が長くなるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、速度指令の変化に対し、加速度、加速度の変化
量とも、それぞれ予め設定した最大許容加速度、最大許
容加速度変化量の値以下に制限された加減速特性を有し
、この制限の範囲内で移動時間が最短となる加減速制御
装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る加減速制御装置は、一定のサンプリング
周期毎に、出力速度を加速あるいは減速して指令速度に
一致させるよう計算し、その計算結果を出力する加減速
制御装置において、速度指令値のサンプリング周期毎の
差分をとって第１の加速度を求める第１の計算部と、第
１の加速度と加速度の許容変化値と前回の出力速度およ
び出力加速度とから、指令速度に一致するような第２の
速度および第２の加速度をそれぞれ求める第２の計算部
と、第２の速度と第２の加速度と指令速度とから、指令
速度の積分値である移動距離に出力速度の積分値が最終
的に一致するよう、第２の速度および第２の加速度を修
正して出力速度および出力加速度をそれぞれ求める第３
の計算部とをそれぞれ設けるようにしたものである。

（作用〕 この発明においては、指令速度からサンプリング周期毎
の差分をとることにより指令加速度が求められるととも
に、加速度および加速度変化量の制限値を満たしつつ指
令速度に一致していくような速度、加速度が求められ、
その速度、加速度が指令位置と一致して停止できるよう
修正が行なわれ、出力速度、出力加速度が計算され出力
される。そしてこの際、加速度および加速度変化量の制
限値を満たしているため、直線的に増減する加速度指令
値が得られ、また、位置指令と一致して停、止できるよ
うな修正を、サンプリング周期毎に行なっているため、
最短時間での移動が可能となる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第２の
計算部にあたる速度管理計算部の詳細を示す構成図、第
３図は第３の計算部にあたる位置管理計算部の詳細を示
す構成図、第４図は速度管理計算部の制御動作を示すフ
ローチャート、第５図は位置管理計算部の制御動作を示
すフローチャート、第６図はこの発明の加減速制御装置
を数値制御装置（以下、ＮＧ装置と記す。）に適用した
場合の構成図、第７図は減加速速度の計算部の動作を示
すフローチャート、第８図（ａ）　、　（ｂ）はこの発
明の動作特性を示す波形図である。

第１図において、（１）は第１の加速度＾１１を求める
第１の計算部にあたる加速度指令計算部、（２）は第２
の速度ｙ２．　ｓ第２の加速度Ａ２．を計算する第２の
計算部にあたる速度管理計算部、（３）は出力速度Ｖ、
と出力加速度ＡＩを計算する第３の計算部にあたる位置
管理計算部である。また第２図において、（４）は追従
速度計算部、（５）は減速距離計算部、（６）は第２の
比較器、（７）は第１の比較器、（８）は速度加速度計
算部である。さらに第３図において（９）は追従距離計
算部、（１０）は減速距離計算部、（１１）は第３の比
較器、（１２）は速度加速度修正部、（１３）は追従距
離修正部である。

第６図において、（３５）はメインコントロールｃｐｕ
　（中央処理装置）で、ＮＧテープ入力や手動データ入
力等の入力情報を解析し、演算制御を行う演算処理装置
である。（３６）はテープリーダ、（３７）はＣＲＴデ
イスプレィボードで、オペレータとＮＣ装置間でコミュ
ニケーションを行うための設定表示ボードである。（３
８）はメインメモリである。　（４０）は機械のサーボ
制御処理を行うサーボコントロール、（４１）はサーボ
ＣＰｔ１　、（４２）は割込回路、（４３）はＲＡＭで
構成された２ボートメモリ、（４４）はＲＯＭで構成さ
れた制御メモリ、（４５ａ）　、　（４５ｂ）及び（４
５ｃ）はインタフェース、（４６）はサーボ出力コント
ロール、　（４７）はフィードバックコントロール、（
４８）は駆動部ユニット、（４９）はサーボモータ、（
ＳＯ）は検出器である。なお、Ｌｌはコントロールライ
ン、Ｌ２はアドレスライン、Ｌ、はデータラインである
。

第３図に示す構成において、第４図および第５図に示す
加減速制御の実行の手順は制御プログラムとして制御メ
モリ（４４）に格納されている。

割込回路（４２）は一定のサンプリング周期ΔＴごとに
サーボｃｐｕ　（４１）に割込を発生する。

指令速度はメインコントロールｃｐｕ　（３ｓ）テ作成
され、２ボートメモリ（４３）を通してサーボＣＰＵ（
４１）に受渡しされる。

サーボＣＰＵ　（４１）は制御メモリ（４４）の制御プ
ログラムに基づき２ボートメモリ（４３）内の指令速度
を読み取り、加減速制御の処理を実行して出力速度を計
算する。

さらに、フィードバックコントロール（４７）のフィー
ドバック信号をインタフェース（４５ｃ）を通して人力
し、出力速度と比較し、その差を計算してインタフェー
ス（４５ｃ）を介してサーボ出力コントロール（４６）
へ出力する等のサーボ制御処理も実行する。

なお、サーボ出力コントロール（４６）はインタフェー
ス（４５ｃ）からの入力をディジタル／アナログ変換し
て駆動部ユニット（４８）へ出力する。その出力は駆動
部ユニット（４８）により増幅され、サーボモータ（４
９）を回転させる。フィードバックコントロール（４７
）は検出器（５０）からのフィードバックパルスをカウ
ントしてインタフェース（４５ｃ）へ出力する。

なお、以下に示す一連の制御動作は、割込回路（４２）
から発生する割込みに基づいて、一定のサンプリング周
期ΔＴごとに行われる。

まず、第１の加速度ＡＩ、を計算する加速度指令計算部
（１）の計算内容について説明する。先ず、割込みが発
生すると、サーボＣＰＵ　（４１）は指令速度Ｖｅｌを
２ボートメモリ（４３）Ｔｈら読み取る。そして第１の
加速度＾１！は前回の指令速度Ｖｃｕ−ｎ　と今回の指
令速度ＶＣＩとの差分をとることにより次式によって得
られる。

Ａ’ｌ　”Ｖ’ＣＩ　−ＶＣ（１−１＋　　　　　　　
　　　川（７）次に速度管理計算部（２）の動作を第２
図の構成図と第４図、第７図のフローチャートに従って
説明する。速度管理部（２）　においては、与えられた
ＡＩ、の積分値とこの速度管理部で計算したＡ２．の積
分値が一致し、かつＡ２．の大きさが最大許容加速度Ａ
□８より大きくならず、さらにサンプリング周期ΔＴご
とのＡ２．の変化量の絶対値がΔＡを越えないようなＡ
２．およびその積分値ｖ２五を計算する。なおこの八□
つおよびΔ＾は制御される機械によって決まる定数であ
り、制御メモリ（４４）に記憶させである。具体的には
、指令速度と実際の速度との差ＡＬＩを追従速度計算部
（４）　で計算し、一定速度になるまでに必要な速度変
化分ＡＤ、を減速距離計算部（５）で計算する。第１の
比較器（６）で速度指令ＶＣＩ　と前回の出力速度Ｖｌ
−１の比較を行い、同時に第２の比較器（７）で＾ｔ、
ｉと八〇、の比較を行い、これら比較判断結果により速
度加速度計算部（８）で第２の加速度Ａ”ｌ　ｓ第２の
速度ｖ２Ｉを求める。まず実際の速度と指令速度との差
＾Ｌｌは次の式によって計算される（ステップ５１）八
Ｌ＋　　＝ＡＬ（１−１１＋Ａｃ＋　　−Ａ（１−１）
　　　　　　　　　・・・（８）また、減加速速度ＡＤ
Ｉの計算部（５）の内容を第７図のフローチャートに示
す、　ＭＤＩの計算は前回の出力加速度Ａ（１−１１か
ら絶対値が大きくなる方向に変化した場合を考慮し、そ
の加速度の値（第７図中のＡＸ）をもとに求める。すな
わち、Ａｌ−１が正の場合はＡＸをΔ＾だけ増加させ、
Ａｌ−１が負の場合はΔＡだけ減少させる（ステップ５
３１〜５３３）。その結果、ＡＸの絶対値がＡ□８を越
えた場合はその値を制限する（ステップ５３４〜５３７
）。ＭＤＩの値はＡ１−１の符号により次の２つの式で
計算できる（ステップ５３８，５３９）。

続いて、第１の比較器（７）で指令速度ＶＣＩと前回の
出力速度Ｖ　（１−１）とを比較し指令速度の方が小さ
ければ、最短時間で一定速になるように加速シーケンス
に入る。また第２の比較器でＡＬムと八〇、を比較し、
ＡＬＬの方が大きければ加速シーケンスに入る（ステッ
プ５４）。加速シーケンスでは、前回の出力加速度Ａ　
＋１−１１に最大許容加速度Δ＾を加えることにより第
２の加速度Ａ２．を得る。ここでその結果が＾＋ｍａｘ
より大ぎくなった場合には＾□８をＡ２１　とする（ス
テップ５８〜５１０）。減速の場合には、追従速度ＡＬ
Ｌをもとに減速量をにより求める。加速時と同様にＡｌ
−１より（１１）式の値を減じたものが−Ａａｉａｘよ
り小さければ第２の加速度として一へｗａｘを用いる（
ステップ５５〜Ｓ７）。

なお、追従速度＾Ｌ１の値が許容加速度変化量Δ＾より
小さくかつ前回の出力加速度Ａ（１−１１とＡＬ、どの
差の絶対値もΔＡより小さい場合には、指令速度と第２
の出力速度を一致させてもよいと判断し第２の加速度と
してＡＬＬを用いる（ステップＳ３゜５１１）、最後に
前回の出力速度Ｖ（１−１１に計算した第２の加速度Ａ
２皿を加えて第２の速度ｖ２１を求める（ステップ５１
２）。

位置管理計算部（３）の動作を第３図の構成図と第５図
のフローチャートに従って説明する。位置管理部（３）
においては、速度管理部（２）によって計算された第２
の速度ｙ２．と第２の加速度Ａ２．とを今回の出力速度
Ｖｌ、加速度ＡＩとして用いた場合、速度指令ＶＣＩの
積分値で与えられる目標位置に停止できるかどうかを判
断し、できない場合は修正を加えてＶム、Ａ１を決定す
る。すなわち、追従距離計算部（９）　により指令位置
と現在の出力位置の間の距離（追従距離）　Ｌ＋を求め
（ステップ５１３）、減速距離計算部（１０）により第
２の速度、加速度で動作している場合に、加速度の最大
値の制限、最大変化量の制限を満足しつつ停止するまで
に移動する距１（減速比ｌ１ｉ）Ｄ＋を求める（ステッ
プ５１４）。そして、第３の比較器（１１）でＬｌとＤ
ムを比較しくステップ５１７）、ＤＩの方が小さければ
出力速度、加速度として第２の速度、加速度を採用しく
ステップ５１８）、そうでなければ停止が可能な速度、
加速度を計算して出力速度、出力加速度とする（ステッ
プ５１９〜５２９）、また、追従圧１１１Ｌ＋がΔＡよ
りも小さくなった場合には、停止が完了した場合とみな
し、出力速度Ｖ、を０とする（ステップ５１５〜５１６
）。最後に、次回に利用する追従距離の値し１を修正し
て終了する（ステップ５３０）。

以下では各計算部における計算式について述べる。追従
距離計算部（９）　においては、追従圧１１Ｌ＋は次の
式によって計算できる（ステップ５１３）。

Ｌ１＝Ｌ＋−＋＋Ｖｃ＋　　　−ｖ２．　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　”（１２）なお
、追従距離の修正の場合も、同様な次の式になる（ステ
ップ５３０）。

Ｌ＋＝　　Ｌ＋−＋＋　　Ｖａｔ　　　−Ｖ＋　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・　（１３）減速距離計算部（１０）では、停止までに
生ずる最小の加速度が−Ａｗ＋ａｘまで達するかどうか
で計算式が異る。最小の加速度Ａｍ１ｎは次式で求まる
。

Ａｍ１ｎが−Ａ□８より大きい場合、減速距１ＩＩＤＬ
ムは次式で求まる。

＾１．．が−Ａ□８より小さい場合は、ｎｌ、ｎ２．ｎ
、を中間変数として次式で求まる。

ｎ＋＝　（Ａ’＋　＋　Ａｍａｘ）　／ΔＡ　　　　　
　　　　−（１６）・・・（１７） ｎ３−＾１．Ｘ／ΔＡ ｎ、Ａ”Ｉ Ｌｌ　＝　Ｖ２１　（ｎ、　＋　ｎ、　＋　ｎ、）＋　
　　　　（ｎ、＋２ｎ２＋２ｎ３＋１）＾、１゜ −（ｎ２◆ｎｓ）　（ｎｚ”ｎｓ＋１）ΔＡ ＋、　　（ｒ＋＋　（ｎ３＋１）　（ｒ＋ｓ＋２）−ｎ
＋　（ｎ＋”ｌ）　（ｎ＋”２）−３ｒ＋、　（ｎ＋”
り　（１２”ｎ３））　　　　　　−（１９）第３の比
較器（１１）における結果により、速度・加速度修正部
（１２）における修正が必要となった場合、次のような
計算を行う。この場合に現在の速度から加速度を直線的
に減少させて滑らかな停止を行わせる場合に、今回の加
速度として必要な大きさＸは次式で計算できる（ステッ
プ５１９）。

求めたＸが前回の出力加速度Ａｌ−１から、±ΔＡの範
囲に含まれて、かつ−Ａ□８より大きい場合には（２０
）式の結果を出力加速度ＡＩとする。上記の範囲に含ま
れない場合には制限を満たす中で最もＸに近い値を出力
加速度Ａ、とじ（ステップ５２０〜５２８）、＾Ｌと前
回の出力速度Ｖｌ−１から今回の出力速度ｖｌを計算す
る（ステップ５２９）。

以上のような動作により、この発明の加減速制御装置の
動作特性は、第８図（ａ）　、　（ｂ）に示すように、
加速度をほぼ直線的に変化させることができ、加速度の
最大値、最大変化量を制限しながら最短時間での位置決
めが可能となる。

なお、第８図（ａ）　、　（ｂ）において、（１４）は
指令速度、（１５）は出力速度、（１６）は出力加速度
である。

〔発明の効果） 以上のようにこの発明によれば、指令速度から指令加速
度を求め、指令加速度から指令速度に一致するような速
度、加速度を計算し、さらにその速度、加速度が停止指
令にも対応できるための修正を行うように構成したので
、サンプリング時間ごとの加速度の変化量を制限できし
かも速やかな位置決めを可能とする速度波形を発生する
加減速制御装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図は第
１図における速度管理計算部の詳細を示す構成図、第３
図は第１図における位置管理計算部の詳細を示す構成図
、第４図は速度管理計算部の動作を示すフローチャート
、第５図は位置管理計算部の動作を示すフローチャート
、第６図はこの発明の加減速制御装置をＮＧ装置に適用
した場合の構成図、第７図は第４図の減加速速度計算の
詳細動作を示すフローチャート、第８図（ａ）　、　（
ｂ）はこの発明の動作特性を示す波形図、第９図は従来
の加減速制御装置の構成図、第１０図（ａ）　、　（ｂ
）は従来の加減速制御装置の動作特性を示す波形図であ
る。 （１）・・・加速度指令計算部（第１の計算部）、（２
）・・・速度管理計算部（第２の計算部）、（３）・・
・位置管理計算部（第３の計算部）。 なお、各図中同一符号は同一、又は相当部分を示すもの
とする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定のサンプリング周期毎に、出力速度を加速あるいは
   減速して指令速度に一致させるよう計算し、その計算結
   果を出力する加減速制御装置において、速度指令値のサ
   ンプリング周期毎の差分をとって第１の加速度を求める
   第１の計算部と、第１の加速度と加速度の許容変化値と
   前回の出力速度および出力加速度とから、指令速度に一
   致するような第２の速度および第２の加速度をそれぞれ
   求める第２の計算部と、第２の速度と第２の加速度と指
   令速度とから、指令速度の積分値である移動距離に出力
   速度の積分値が最終的に一致するよう、第２の速度及び
   第２の加速度を修正して出力速度および出力加速度をそ
   れぞれ求める第３の計算部とを具備することを特徴とす
   る加減速制御装置。