JPH0219708B2

JPH0219708B2 -

Info

Publication number: JPH0219708B2
Application number: JP56029939A
Authority: JP
Inventors: Kunio Myashita; Tadashi Takahashi; Hiroshi Hayashida; Shigeki Morinaga; Kimyoshi Ishizaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-03-04
Filing date: 1981-03-04
Publication date: 1990-05-02
Also published as: JPS57145583A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、モータの位置制御方法に係り、動作
軸に、回転軸の角度を測定するエンコーダを有
し、かつモータに係る電動機を、所定の動作回転
数で駆動するために、スイツチング素子を有する
制御回路を備えることにより、任意の角度をステ
ツプ的に前、後進させるようにしたモータの位置
制御方法に関するものである。

従来、任意の角度をステツプ的に駆動する装置
としては、ステツプモートルあるいはクラツチ付
き電動機（クラツチモートル）が知られている。

上記のうち、ステツプモートルは、オープン制
御でステツプ送りが可能な長所を有するが、大き
なトルクの必要なとき、あるいは高速応答のため
には全容積が大きくなる短所をもつている。

他方、クラツチモートルは、工業用ミシンなど
に使われており、高速応答性が良い特徴がある。

工業用ミシンでは、最短時間に、定められた角
度を送ることが重要であり、制御方法に工夫がさ
れてきている。

しかしながら、クラツチモートルは、クラツチ
の摩耗あるいは、クラツチON−OFF時の騒音が
大きいなどの短所を有している。

これにたいし、直流モートルの軸に、回転角度
を検出するエンコーダを装着した、エンコーダ付
直流モートルを使用することにより、高速応答お
よび寿命の改善を図る方法がある。

この場合、モータ本体に、位置決めする能力を
与えるのは、エンコーダの信号を基にスイツチン
グ動作をし、モータに正方向および逆方向の可変
電圧を印加することのできる制御回路である。

一方、モータの負荷としては、情報機器が多く
なつており、対象とするモータ軸の慣性モーメン
ト、あるいは負荷トルクも種々多様である。

この場合、従来、モータをその装置と直結し
て、制御ループのゲインなどを調整し、位置決め
時の動作を、できるだけスムーズに、ハンチング
を少なく停止するようにしている。

また、モータを駆動する電源電圧が変化した場
合、制御ループのゲインが変化したことと等しく
なり、その都度、ゲインを再調整するか、あるい
は、電圧を検出しゲインを自動調整する回路を付
加する必要があつた。

本発明は、上記のような従来技術に係るものの
問題点を解消し、位置決め制御のときに、負荷の
イナーシヤあるいは、電源電圧が変化しても、常
にハンチングの少ない位置決め制御を可能とする
ことを志向した、モータの位置制御方法の提供
を、その目的とするものである。

本発明のモータの位置制御方法に係る第１の発
明の特徴は、モータに位置を測定するエンコーダ
を具備させ、このモータを外部から与えられる最
高速度指令値ω₁および位置決め指令値θ₀に基づ
いて位置制御せしめるようにしたものにおいて、
起動時に加速度を測定し、前記最高速度指令値
ω₁、および起動時に測定した加速度をαとする
とαに反比例した減速を開始すべき位置から停止
させるべき位置までの距離θ_dと、この距離θ_d内に
おける速度指令値ω_Nを加速度αと前記位置決め
指令値θ₀までの残りの距離θ′とにより求め、これ
によつて求められた速度指令値ω_Nとに基づいて
減速するようにして位置制御をするモータの位置
制御方法にある。

同じく、上記位置制御方法に係る第２の発明の
特徴は、モータに位置を測定するエンコーダを具
備させこのモータを外部から与えられる最高速度
指令値ω₁および位置決め指令値θ₀に基づいて位
置制御せしめるようにしたものにおいて、加速度
α₁を測定するための最小位置であるところの基準
値θ_cと位置決め指令値θ₀とを比較し、その位置決
め指令値θ₀が当該基準値θ_cより大きいか、あるい
は同等であれば、最高速度指令値ω₁と、加速度
α₁との測定により得られる、減速を開始すべき位
置から停止させるべき位置θ₀までの距離θ_dと当該
距離内での速度指令値ω_Nに基づいて減速するよ
うにし、上記の位置決め指令値θ₀が上記基準値θ_c
より小であれば、位置決め指令値θ₀を前回の位置
制御の際に得られた減速度α₂を元に減速を開始す
べき距離θ_d、および前回の減速時の速度指令値に
基づいて減速するようにして位置制御をするモー
タの位置制御方法にある。

しかして、本発明に係るものは、位置決め制御
のときに、負荷のイナーシヤあるいは電源電圧が
変化しても、常にハンチングの少ない位置決め制
御を可能とすることを根本の課題としているもの
であり、これの理解への便宜に供するため、本発
明に係る実施例を説明する前に、まず、本発明に
係るものの基本的技術思想ならびに、その発明の
要点を、次に説明することにする。

順序として、動作軸に位置を測定するエンコー
ダを有するモータにおける、位置決め制御に関係
する諸要素を考えることにする。

最初に、(イ)位置決め指令値θ₀（rad）がある。

これは、あるモータ角度から正転方向あるいは
逆転方向に、任意の角度、駆動する目標値とな
る。

この値は、ミシンなどのクラツチモートルでは
モータ軸で１回転を越えることは少ないが、プリ
ンターなどでは、たとえば通常の角度でいうと、
位置決め指令値として1800度というようにモータ
軸で数回転以上になることは珍しくはない。

次に、(ロ)モータ軸に直結したエンコーダの１回
転当りのパルス数Ｐがある。

このパルス数Ｐが多いと、位置決め制御のとき
に選択できる送り角度が分解能（選択できる送り
量の数）を高くできる。

上記の位置決め指令値θ₀（rad）を前記のパルス
数Ｐで表わした位置決め指令値θ_0p（パルス）は、
次のようになる。

θ_0p＝θ₀×（Ｐ／2π）（パルス） ……(1) 次いで、(ハ)モータの発生するトルク、すなわち
モータトルクT_M（Kg−ｍ）がある。

このモータトルクT_Mは、次式で示される。

T_M＝K_t×I_M ……(2) ここで、K_tは、モータのトルク定数（Kg−
ｍ／Ａ）、I_Mは、モータ電流(A)である。

このトルク定数K_tは、モータ個々の固有の値
であり、次式で示される。

K_t＝K₁×N₁×φ ……(3) ここで、K₁は定数、N₁はモータ巻線数、φは
モータの磁束（wb）である。

しかして、情報機器用モータは、数百Ｗ以下の
小形モータが多く、永久磁石モータが主流であ
る。

この永久磁石モータの永久磁石により、上記の
磁束φが発生するが、永久磁石の磁束は温度によ
り変化する。

フエライト磁石の場合、温度係数は、−0.2％／
℃である。

たとえば、温度が−20℃から80℃に変化した場
合、20％の磁束変化が生じる。

また、電流I_Mは、次式で示される。

I_M＝（Ｅ−E₀）／Ｒ(A) ……(4) ここで、Ｅは、モータに印加される電圧（Ｖ）
であり、スイツチング素子を有する制御回路の電
圧である。

この電圧Ｅは、スイツチング時のデユーテイを
D_tとし、電源電圧をE_dc（Ｖ）とすると、次式で与
えられる。

Ｅ＝D_t×E_dc ……(5) また、上記(4)式のE₀は、モータの誘起電圧
（Ｖ）であり、次式で与えられる。

E₀＝K₂×ω×N₁×φ ……(6) ここで、K₂は定数、ωはモータ回転数、すな
わち速度（rad／sec）で、N₁、φは、前述のと
おり、モータ巻線数、モータの磁束である。

さらに、上記の(4)式のＲは、モータの電機子抵
抗R_aと、制御回路からモータまでの配線抵抗R_x
との和であり、このモータの電機子抵抗R_aは、
モータの使用温度により変化する。

次に、また、(ニ)モータおよび負荷の慣性モーメ
ントが重要な要素となる。

慣性モーメントＪ（Kg−ｍ・sec²）は、次式で
示される。

Ｊ＝J_M＋J_L ……(7) ここで、J_Mは、モータの慣性モーメント、J_L
は、モータ軸に連結された負荷の慣性モーメント
をモータ軸に換算した値である。

しかして、(ホ)負荷側で考慮されるべき他の要素
として、負荷トルクT_Lがある。

この負荷トルクT_Lと、前記した(2)式のモータ
トルクT_Mとの差が、モータ軸を加速するときの
加速トルクT₁となるものである。

すなわち、加速トルクT₁は、次式で示される。

T₁＝T_M−T_L ……(8) 一方、モータの減速時の減速トルクT₂は、モ
ータトルクと負荷トルクが同一方向となるので次
式で示される。

T₂＝T_M＋T_L ……(9) さらに、(ヘ)装置の最高速度ω_1-1が重要な要素
である。

モータは、最大制御電圧E_nとしたときのモー
タ回転数、すなわち速度ω_nが最高回転数となる
が、装置の許容できる最高速度ω_1-1は、モータ
の出しうる最高回転数より低い値となることが多
い。

この最高速度ω_1-1は、装置の動作を満足し、
かつ充分に信頼性、耐久性の確保できる値に選択
されており、装置のメカニズムおよび動作が決ま
れば、それにともない、決定される。

したがつて、同一モータであつても、そのモー
タが搭載される装置の違いにより、前記のω_1-1
は変ることになる。

次に、(ト)モータの加速および減速時の重要な要
素である、加速度α₁、減速度α₂は、次式で示され
る。

α₁＝（T_M−T_L）／（J_M＋J_L）＝T₁／Ｊ ……(10) α₂＝（T_M＋T_L）／（J_M＋J_L）＝T₂／Ｊ ……(11) 以上、位置決め制御に関係する諸要素は上記の
とおりである。

上述したところをも参照して、いま、位置決め
制御の方法として、到達すべき距離にたいし、モ
ータの速度を制御することとして、これを次に述
べる。

位置θを速度ω（rad／sec）で示すと、以下の
ようになる。

θ＝∫^t ₀ωdt ……(12) すなわち、位置θは、速度の積分値である。

尚、位置θは回転体では角度（rad）に相当す
る。

ここで、到達すべき位置決め指令値θ₀に至るモ
ータ動作は、モータ速度指令値ω₁（rad／sec）ま
で加速し、この速度ω₁での定速運転をしたのち
に、所定の減速を開始すべき位置θ_Bに達したかど
うかを判定し、この位置θ_Bに達していれば速度
ω₁から減速する。

この様子を示すものが第１図のモータの減速状
態説明図である。

すなわち、第１図のａはモータの速度ω、ｂは
モータ電流I_M、ｃはモータの位置θの様子を示す
ものである。

そして、各図で、実線は、装置とモータおよび
制御回路の調整を充分に行なつた場合であり、停
止時にハンチングが無くスムーズに動作してい
る。

他方、一点鎖線は、このモータで駆動されるべ
き装置の違い、あるいは制御回路に印加される電
圧の違いによりハンチングを生じている場合を示
しているものである。

最初に、上記における実線の場合の動作を説明
する。

第１図ａにおいて、t₁はモータ指令速度ω₁に加
速する時間である。時間t₁経過するとモータは、
加速終了位置θ_Aに達し、加速を終了し、以後指令
速度ω₁で定速運転される。t₂は速度ω₁から減速
する時間、t₃は速度ω₁で定速運転する時間であ
る。

また、第１図のｂは、モータ電流I_Mを示したも
のであり、加速時と減速時に、その値がほぼ等し
く、向きは反対となつている。そして、速度ω₁
での定速運転時の電流は、加速時および減速時と
比較して、非常に小さい値である。

さらに、第１図のｃにおいて、位置決め指令値
θ₀に達するときに、位置θが、加速時は放物線
的、定速運転時は直線的、減速時は指数関数的に
変化する様子を示してある。

モータが減速開始位置θ_Bに達したときから減速
を開始するのであるが、負荷状態に減速特性を一
致させれば実線のようにスムーズに停止する。

これにたいし、一点鎖線で示す場合は、上記に
述べた実線の場合と比較して、加速時および減速
時の加速度および減速度が30％減少している場合
を示すものである。

これは、たとえば同じモータが異なる装置に組
込まれたとき、あるいは制御回路の電源電圧の違
いなどにより、さきの(10)、(11)式で計算される値が
30％減少した場合である。

この場合、加速時間は、実線の場合の30％増加
した時間となり、モータ指令速度ω₁に達したの
ち定速運転を行ない、減速開始位置θ_Bに達したと
きに減速を開始する。速度が零になつた時点t₄
で、位置θは、位置決め指令値（目標位置）θ₀よ
りΔθ₁だけオーバすることになる。

これは、減速のときに実線の場合と比較して、
減速度が30％小さいために、減速時間が30％増加
することにより、減速時に進む距離が、減速すべ
き距離（θ₀−θ_B）より大きくなるためである。

時点t₄より速度が逆転し、オーバしたΔθ₁を零
にすべく、何回かハンチングしながら制御系のダ
ンピング作用と停止制御ルーチンの働きにより停
止する。

以上に述べたところにより、本発明の要点は、
加速時の加速度と、減速時の減速度が、ある一定
の関係にあることに着目し、その加速度を測定
し、減速開始位置θ_Bを目標位置θ₀から逆算して求
めることにある。

すなわち、これを詳述すると、さきの(10)、(11)式
より、減速度α₂と加速度α₁との関係は次のように
表わせる。

α₂〔（T_M＋T_L）／（T_M−T_L）〕×α₁……（13）これにより、目標位置θ₀からさきの減速開始位
置θ_Bまでの距離θ_dは次のようにして決まる。

θ_d＝（1/2）×ω₁×（ω₁／α₂）＝1/2×（T_M−T_L／T_M＋T_L）×ω₁ ²／α₁ ＝（1/2）×K_ad×（ω₁ ²／α₁） ……（14）ここで、K_adは、（T_M−T_L）／（T_M＋T_L）で、
常数である。

このようにすると、加速度α₁は、前述したモー
タの電流I_M、磁束φ、電源電圧E_dc、デユーテイ
D_t、モータの電機子抵抗R_aおよび配線抵抗R_x、
モータおよび負荷の慣性モーメントJ_MおよびJ_Lの
影響を考慮しているために、任意の角度をステツ
プ的に送る動作における減速度α₂を、その都度、
計算することができる。

これにより、前記距離に係るθ_dを、その都度、
計算しているために、起動する毎に、さきの第１
図に示す実線の場合のような、ハンチングのない
スムーズな停止動作が期待でき第１図に示す一点
鎖線の場合は、第２図に示す実線のように改良さ
れる。

ここで、簡単のために、加速時、減速時のモー
タのトルクT_Mにたいし、負荷トルクT_Lは無視で
きるほど、小さいとする。

実際に、情報機器用の応用分野では、上記T_L
がT_Mの数％以下の場合が多い。

上記のような条件、すなわち、さきのK_adが１
に近いという条件で、減速度α₂、および前記距離
θ_dは、次のようにして求まる。

α₂＝α₁ ……（15） θ_d＝（1/2）×（ω₁ ²／α₁） ……（16）すなわち、改良された値である第２図に示す式
（16）式で計算された距離θ_d2は、第１図に示した
改良前の距離θ_d1より１／0.7≒1.5で、1.5倍大き
い値となつている。

ここでは、加速時および減速時の電流I_Mは、同
一としてある。通常、モータを最小時間で加、減
速することを考えると、この値は、制御回路の最
大電流容量に一致させるのが望ましい。

次に、加速度の測定法として、単位時間での速
度変化量を測定する方法と、単位速度変化量に要
する時間を測定する方法とがある。

第３図は、その単位時間で速度変化量を検出す
る方法を示したものである。

すなわち、単位時間t_uでの速度変化量ω_uを測定
すると、さきの加速度α₁は、次の式で求まる。

α₁＝ω_u／t_u ……（17）第４図に示す、速度ωと時間との関係曲線によ
り、単位速度変化量に要する時間t₁を測定する
と、加速度α₁は、次式で求めることができる。

α₁＝ω₁／t₁ ……（18）以上のようにして求めた加速度α₁により、減速
度α₂および前記距離θ_dは、さきの（15）、（16）式
より求まる。

減速度α₂は、位置θにおける速度ωに関連させ
て制御する。

第５図のａおよびｂは、減速時の速度ωと前記
距離θ_d（減速領域）を示すものである。

減速開始の時間を零とすると、目標値から減速
領域内における所定の位置までの距離θ′と速度ω
との関係は、以下のようになる。

θ′（ｔ）＝θ_d−〔ω₁t−（1/2）α₂t²〕 ……（19） ω（ｔ）＝ω₁−α₂t ……（20）（19）、（20）式より次のようになる。

ω＝√2₂（′−_d）＋₁ ² ……（21）（15）、（16）式を代入して、減速時の速度指令
値ω_Nとし、このω_Nがωと等しいとして、次を得
る。

ω_N＝ω＝√2₂′ ……（22）この式から、前記距離θ′と速度ωの関係を示す
と第６図のようになる。

すなわち、前記距離θ′にたいする速度ωが求ま
つたことになり、このωを速度指令値ω_Nとして
制御することにより、減速度α₂を制御したことに
なる。

そして第６図に示す前記の距離θ′にたいする速
度指令値ω_Nを、加速時の加速度から、その都度、
求めることにより、負荷の変動などに充分適応し
て、スムーズに位置決め制御ができることにな
る。

次に、上述したところは別に、加速度から減速
開始位置θ_Bおよび減速領域内の速度指令ω_Nを計
算するタイミングについて考えることにする。

位置決め指令値θ₀がリフレツシユされ新たに位
置決め指令が与えられ、加速するときに、その都
度当該減速開始位置θ_Bおよび減速時の速度指令を
計算するのが望ましいが、この計算をするため
の、加速度を取り込む単位時間と、これを基に、
前記減速開始位置θ_Bおよび減速領域内の速度指令
ω_Nを計算する時間が必要である。

加速度を取り込むのに単位速度をベースとする
方法については、単位速度に達する時間が必要で
あり、この時間内で検出された加速度α₁に基づい
て前記θ_Bとω_Nを計算する時間が必要である。

このため、位置決め指令値θ₀が上記時間を確保
できないほど小さいと、加速度を取り込んで、上
記θ_Bとω_Nを計算して制御する方法は不合理とな
る。

そのため、位置決め指令値θ₀を取り込み、この
値がθ_Bとω_Nを新しく計算するに充分な値である
最小基準角（rad）θ_cと比較し、これより小さい
値であれば、予め持つている、あるいは前回の位
置決め制御のときに計算したθ_Bおよびω_Nにより、
位置決め制御を行なうことにある。

この様子を示すものが第７図である。

図のａ，ｂは、θ₀＞θ_cの場合であり、ｃは、θ₀
＜θ_cの状態の場合である。

以上に詳述したところにより、本発明に係るも
のにおいては、さきに述べたごとき特徴を有する
ものとしたものである。

次に、本発明のモータの位置制御方法に係る実
施例を、各図を参照して説明する。

ここで、第８図は、本発明方法の実施に直接使
用する位置制御装置の構成図、第９図は、その回
転方向検出回路の例示図、第１０図は、その動作
説明図、第１１図は、同じく位置検出回路の例示
図、第１２図は、その動作説明図、第１３図は、
同じく速度検出回路の例示図、第１４図は、その
動作説明図、第１５図は、同じくドライブ回路の
例示図、第１６図は、その動作説明図、第１７図
は、同じくマイクロコンピユータ回路の例示ブロ
ツク図、第１８図、第１９図は、動作説明フロー
チヤート図である。

まず、第８図において、電源１にトランジスタ
２０〜２３のＨ形ブリツジ回路および、ダイオー
ド２４〜２７のブリツジ回路を接続している。

すなわち、電源１の正極側には、トランジスタ
２０，２２のコレクタおよび、ダイオード２４，
２６のカソードを接続しており、負極側には、ト
ランジスタ２１，２３のエミツタおよび、ダイオ
ード２５，２７のアノードを接続している。

トランジスタ２０のエミツタは、トランジスタ
２１のコレクタおよび、ダイオード２４のアノー
ド、同２５のカソードとともに、モータ２の１端
子に接続し、モータ２の他端子は、トランジスタ
２２のエミツタ、同２３のコレクタおよび、ダイ
オード２６のアノード、同２７のカソードに接続
されている。

そして、モータ２の軸は、負荷３およびエンコ
ーダ４を駆動し、エンコーダ４の出力である回転
信号１０は、それぞれ、回転方向検出回路５、位
置検出回路６、速度検出回路７に入力される。

上記の回転方向検出回路５の出力である回転方
向信号１１は、マイクロコンピユータ回路９およ
び位置検出回路６に入力される。

また、位置検出回路６の出力である位置信号１
２および速度検出回路７の出力である速度信号１
３は、ともにマイクロコンピユータ回路９に入力
される。

さらに、マイクロコンピユータ回路９には、外
部装置より、位置指令１８および最大速度指令１
９が入力されている。

このマイクロコンピユータ回路９からは、デユ
ーテイ信号１４と正逆転信号１５が出力され、ド
ライブ回路８の出力である正回転出力１６は、ト
ランジスタ２１，２２のベースに、逆回転出力１
７は、トランジスタ２０，２３のベースに、それ
ぞれ接続されている。

以上のような構成による動作は、次のごとくで
ある。

まず、マイクロコンピユータ回路９に、位置指
令１８と最高速度指令１９を与えると、モータ２
の回転方向を調べる回転方向信号１１、モータ２
の速度を調べる速度信号１３および、モータ２の
位置を調べる位置信号１２を、それぞれ取り込ん
で演算を行ない、モータ２に与える電圧を決定す
るためのデユーテイ信号１４および、モータ２の
回転方向を決定する正逆転信号１５を、それぞれ
ドライブ回路８に出力する。

このドライブ回路８では、正転の場合は正回転
出力１６を出力して、トランジスタ２１，２２を
デユーテイ信号１４に応じてONし、モータ２に
回転力を与える。

始めは、モータ２の位置信号１２が位置指令１
８と離れており、モータ２に加える電圧のデユー
テイを大きくして、モータ２の立上りを早くす
る。

モータ２の速度が上つて、速度信号１３が最高
速度指令１９に近づくと、今度は、モータ２が位
置指令１８で停止できるように、逆回転出力１７
を出力して、トランジスタ２０，２３を導通さ
せ、モータ２に制御力を与えて、モータ２を早く
安定に、位置指令１８に停止させるように動作す
る。

上記の第８図に示す各ブロツクを、次に、さら
に詳しく説明する。

第９図に示す回転方向検出回路５で、５１は、
Ｄタイプのフリツプフロツプで、クロツク端子５
２の入力には、２相出力に係るエンコーダ４の一
方の回転信号１０−１を、Ｄ端子５３の入力に
は、エンコーダ４の他方の回転信号１０−２を加
える。

クロツク端子５２の入力は、立上り時のエツヂ
で動作するので、フリツプフロツプ５１の出力で
ある回転方向信号１１は、第１０図に示すよう
に、エンコーダ４の２相出力における回転信号１
０−２が同１０−１より進んでいる場合は、クロ
ツク信号に係る回転信号１０−１の立上り時に
は、Ｄ端子５３の入力信号である回転信号１０−
２は、常に“１”レベルとなる。

また、エンコーダ４の回転方向が変つて、２相
出力のうちの回転信号１０−２が同１０−１より
遅れた場合は、第１０図のイのように、クロツク
入力である回転信号１０−１の立上り時は、Ｄ入
力信号である回転信号１０−２が“０”レベルに
あつて、フリツプフロツプ５１の出力である出力
端子５４からの回転方向信号１１は、“０”レベ
ルとなる。

以上のようにして、回転方向検出回路５により
回転方向を検出できるものである。

次に、位置検出回路６を、第１１図により詳し
く説明する。

すなわち、この回路は、UP／DOWNカウンタ
６１とラツチ６２とで構成されている。

UP／DOWNカウンタ６１のクロツク入力とし
て回転信号１０を、UP／DOWN入力として回転
方向信号１１を用いる。

UP／DOWNカウンタ６１の出力P₀−P_oは、
ラツチ６２の入力に接続され、ラツチ６２の出力
は、位置信号１２として取り出すものである。

また、ラツチ６２のストローブ端子には、スト
ローブ信号６３により、ラツチを行なうものであ
る。

さらに、上記UP／DOWNカウンタ６１および
ラツチ６２には、リセツト入力６４が入力されて
いる。

これらの動作は、第１２図に、そのタイムチヤ
ートを示すように、クロツク入力の回転信号１０
をUP／DOWNカウンタ６１でカウントするが、
回転方向信号１１が“１”レベルの間は、UPカ
ウンタとしてカウントUPし、同カウント６１の
カウンタ出力信号は、P₀〜P₂のように変る。

しかし、モータ２の回転が逆転した場合は、回
転方向信号１１が、第１２図のイのように、“０”
となつて、上記カウンタ６１はDOWNカウンタ
となりDOWNカウントを始める。

そして、所定時間ごとに、ストローブ信号６３
をラツチ６２に加えて、UP／DOWNカウンタ６
１の内容をラツチし、位置信号１２を常に新しい
値にしておくものである。

しかして、新しく位置指令１８が入力された時
点で、UP／DOWNカウンタ６１およびラツチ６
２はリセツト信号６４の入力によつてリセツトさ
れる。

次に、速度検出回路７は、第１３図に示すよう
に、カウンタ７１とラツチ７２とによつて構成さ
れる。

カウンタ７１のクロツク入力には、エンコーダ
４からの回転信号１０が入力され、カウンタ７１
のイネーブル端子には、一定時間のカウンタイネ
ーブル信号７３および、リセツト端子にはカウン
タリセツト信号７４が入力されている。

カウンタ７１のカウンタ出力信号S₀〜S_oは、ラ
ツチ７２の入力に入つており、ラツチ７２の出力
が速度信号１３として外部に取り出される。

ラツチ７２には、ラツチストローブ信号７５が
入力されている。

これらの動作は、第１４図のタイムチヤートに
示すように、カウンタ７１は、カウンタイネーブ
ル信号７３がある間動作して回転信号１０をカウ
ントし、カウンタ出力信号S₀〜S_oを出力する。

次に、ラツチ７２のラツチストローブ信号７５
により、上記の出力信号S₀〜S_oの内容をラツチ７
２でラツチする。

次の瞬間、カウンタリセツト信号７４により、
カウンタ７１をリセツトし、次の計画に備えるも
のである。

したがつて、ある一定時間のカウンタイネーブ
ル信号７３の間の回転信号１０を計数しており、
モータ２の速度に比例した値が、速度信号１３に
得られる。

次に、ドライブ回路８は、第１５図に示すよう
に、インバータゲート８１とアンドゲート８２，
８３とにより構成されている。

さきのデユーテイ信号１４はアンドゲート８
２，８３の１入力に接続され、アンドゲート８２
の他入力には、正逆転信号１５を、またアンドゲ
ート８３の他入力には、インバータゲート８１を
通して接続されるようになつている。

このように構成すると、第１６図のような、デ
ユーテイ信号１４および正逆転信号１５が入力さ
れると、アンゲート８２の出力には、正逆転信号
１５が“１”レベル時のみ、デユーテイ信号１４
が現われ、正回転出力１６となる。

また、アンドゲート８３の出力には、正逆転信
号１５が“０”レベル時のみ、デユーテイ信号１
４が現われ、逆回転出力１７となる。

次に、マイクロコンピユータ回路９は、中央処
理装置、RAM（ランダムアクセスメモリ）、
ROM（リードオンリメモリ）、入出力部などによ
り構成され、ROM内に記録されたプログラムに
よつて動作するものである。

この動作のブロツクを示すものが第１７図であ
る。

外部装置から、位置指令１８、最高速度指令１
９を入出力部を介して読み込み、これと現在の位
置信号１２とを比較し、それに応じた速度指令値
ω_Nを計算する。

次に、現速度信号１３を読み込んで、上記速度
指令値ω_Nとの差に対応したデユーテイを計算し、
デユーテイ信号１４を出力する。

また、回転方向信号１１を読む込み、位置指令
１８、位置信号１２などにより、正逆転を判断
し、正逆転信号１５を出力するものである。

以上に説明した、位置制御装置に係るものの、
位置制御方法の動作について、第１８図のフロー
チヤートで説明する。

始めは、予め設定されている基準角θ_cの判定の
部分で、プログラムがスタートすると、外部装置
より与えられる最高速度ω₁および位置決め指令
値θ₀を、各々、さきの第８図の最高速度指令１
９、位置指令１８より読み込む。

次に、この値が予め設定されている基準角θ_cの
値より大きいかを判定し、大きければ、次に第８
図に示した、回転方向信号１１、位置信号１２、
速度信号１３のところより、回転方向信号Rw、
位置θに係る信号、速度ωに係る信号を読み込ん
で、これらより、速度指令値ω_N、デユーテイD_t、
正逆転信号R₀に係るものを計算させて、それぞ
れ、第８図のデユーテイ信号１４、正逆転信号１
５のところに出力する。

また、位置θに係る信号が、加減速特性を測定
するための上記の基準角θ_cになつたかどうか判定
し、達していない場合は、そのまま次に進み、達
していれば、そのときの速度信号ω_c（エンコーダ
検出のモータの回転速度に係るもの）と一定時間
に係る時間t_cとをメモリする。

次に、速度ωに係る信号と最高速度指令値ω₁
とを比較して、最高速度指令値ω₁に達しなけれ
ば、元の速度ωに係る信号、位置θに係る信号、
回転方向信号Rwの読み込みに戻し、上記を繰り
返すものである。

最高速度指令値ω₁に達していれば、前に記録
したメモリより、位置信号が基準角θ_eのときの速
度信号ω₀、時間t_cを読み出して、減速を始めるべ
き位置に係るθ_dと減速パターンを計算する。

ここで、加速運転は終り、次に定速運転に入
る。

すなわち、図示の定速運転ルーチンで定速制御
を行なうものである。

まず速度θに係る信号を読み込んで最高速度指
令値ω₁に同じかどうかを調べ、同じであれば次
に進むが、異なつている場合は、デユーテイD_t
と正逆転信号R₀に係るものの計算を行なつて上
記D_tとR₀を出力する。

次に、位置θに係る信号を読み込んで、減速開
始位置に係るθ_dと比較する。この位置に達してい
なければ、定速運転を繰り返し、達していれば、
減速運転に入る。

減速運転は、前に計算した減速パターンを読み
出し、位置θに係る信号にたいする速度指令値
ω_Nから、デユーテイD_tおよび正逆転信号R₀を計
算して出力する。

次に、位置θに係る信号が、位置決め指令値θ₀
に達したかどうか判定し、達していなければ減速
を繰り返すが、達していれば、停止のルーチンに
入つて、停止パターンによる停止をさせるもので
ある。なお位置決め指令値θ₀に位置θを完全に一
致させることは難かしいので、通常許容できる停
止範囲を設けている。この範囲は角度でいうと±
１〜２度の小さな値である。

しかして、上記において、位置決め指令値θ₀の
値が予め設定されている基準角θ_cの値より小さい
場合には、第１９図に示すフローチヤートに基づ
いて動作するものである。

すなわち、もし、θ₀＜θ_cであれば、予め設定さ
れているθ_dおよび減速パターンを、今回の動作の
θ_dおよび減速パターンとするものである。

次に、現在の速度ω、位置θ、回転方向信号
R_wを読み出し、デユーテイD_t、正逆転信号R₀に
係るものの計算を行ない、次いでこれらのD_t，
R₀を出力し、加速を開始する。

次にまた、位置θに係る信号を読み込み、減速
開始位置に係るθ_dと比較する。

この位置に達していなければ、加速運転を繰り
返し、達していれば、さきの減速運転に入るもの
である。

以上のように、上記によれば、位置決め指令値
θ₀が予め設定されている基準角θ_cを越える大きさ
を判定することを含み、加速運転時のデータを基
に、減速運転時の最適減速パターンを計算できる
ので、モータや負荷の変動にたいして、常に最適
減速を行ない、振動の少ない、スムーズな位置制
御が可能なものである。

なお、第１８図、第１９図に示す実施例に係る
ものでは、加速度のデータをメモリする基準の一
定位置に係る基準角θ_cで、速度信号ω_cと時間t_cを
メモリしたが、一定時間t_cを基準として、そのt_c
経過後の速度信号ω_cと一定位置信号に係る基準
角θ_cをメモリし、それを基に減速開始位置に係る
θ_dおよび減速パターンを計算しても同様な効果を
所期しうるものである。

以上に述べたところをも総合して、本発明によ
るときは、電源電圧の変化、あるいは温度による
モータ特性の変化、さらに負荷変動にたいして、
常にハンチングの少ない位置決め制御を可能とす
る、モータの位置制御方法を提供することができ
るものであつて、すぐれた実用的効果を奏する発
明ということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図のａ〜ｃは、モータの減速状態説明図、
第２図のａ〜ｃは、第１図の改良状態説明図、第
３図は、単位時間で速度を検出する方法の説明
図、第４図は、速度と時間との関係曲線図、第５
図のａ，ｂは、減速時の速度と時間、位置と時間
の関係曲線図、第６図は、その速度と位置の関係
曲線図、第７図のａ〜ｃは、位置決め制御説明
図、第８図は、本発明方法の実施に直接使用する
位置制御装置の構成図、第９図は、その回転方向
検出回路の例示図、第１０図は、その動作説明
図、第１１図は、同じく位置検出回路の例示図、
第１２図は、その動作説明図、第１３図は、同じ
く速度検出回路の例示図、第１４図は、その動作
説明図、第１５図は、同じくドライブ回路の例示
図、第１６図は、その動作説明図、第１７図は、
同じくマイクロコンピユータ回路の例示ブロツク
図、第１８図、第１９図は、動作説明フローチヤ
ート図である。１……電源、２……モータ、３……負荷、４…
…エンコーダ、５……回転方向検出回路、６……
位置検出回路、７……速度検出回路、８……ドラ
イブ回路、９……マイクロコンピユータ回路、１
０……回転信号、１１……回転方向信号、１２…
…位置信号、１３……速度信号、１４……デユー
テイ信号、１５……正逆転信号、１６……正回転
出力、１７……逆回転出力、１８……位置指令、
１９……最高速度指令、２０〜２３……トランジ
スタ、２４〜２７……ダイオード、５１……Ｄタ
イプフリツプフロツプ、５２……クロツク端子、
５３……Ｄ端子、５４……出力端子、６１……
UP／DOWNカウンタ、６２……ラツチ、６３…
…ストローブ信号、６４……リセツト信号、P₀
〜P_o……UP／DOWNカウンタ出力信号、７１…
…カウンタ、７２……ラツチ、７３……カウンタ
イネーブル信号、７４……カウンタリセツト信
号、７５……ラツチストローブ信号、S₀〜S_o……
カウンタ出力信号、８１……インバータゲート、
８２，８３……アンドゲート、ω……速度、ω₁
……モータ速度指令値、ω_1-1……装置の最高速
度、ω_N……速度指令値、ω_c……速度信号、θ…
…位置、θ₀……位置決め指令値、θ_c……基準値、
θ_d，θ_d1，θ_d2……減速を開始すべき位置から目標
位置までの距離（角度）。

Claims

【特許請求の範囲】１モータに位置を測定するエンコーダを具備さ
せ、このモータを外部から与えられる最高速度指
令値ω₁および位置決め指令値θ₀に基づいて位置
制御せしめるようにしたものにおいて、起動時に
加速度を測定し、前記最高速度指令値ω₁、およ
び起動時に測定した加速度をαとするとαに反比
例した減速を開始すべき位置から停止させるべき
位置までの距離θ_dと、この距離θ_d内における速度
指令値ω_Nを加速度αと前記位置決め指令値θ₀ま
での残りの距離θ′とにより求め、これによつて求
められた速度指令値ω_Nとに基づいて減速するよ
うにして位置制御をすることを特徴とするモータ
の位置制御方法。２特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
加速度は、予め設定した単位時間における速度変
化量に基づいて測定するモータの位置制御方法。３特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、
加速度は、予め設定した単位速度変化量に達する
時間に基づいて測定するモータの位置制御方法。４モータに位置を測定するエンコーダを具備さ
せこのモータを外部から与えられる最高速度指令
値ω₁および位置決め指令値θ₀に基づいて位置制
御せしめるようにしたものにおいて、加速度α₁を
測定するための最小位置であるところの基準値θ_c
と位置決め指令値θ₀とを比較し、その位置決め指
令値θ₀が当該基準値θ_cより大きいか、あるいは同
等であれば、最高速度指令値ω₁と、加速度α₁と
の測定により得られる、減速を開始すべき位置か
ら停止させるべき位置θ₀までの距離θ_dと当該距離
内での速度指令値ω_Nに基づいて減速するように
し、上記の位置決め指令値θ₀が上記基準値θ_cより
小であれば、位置決め指令値θ₀を前回の位置制御
の際に得られた減速度α₂を元に減速を開始すべき
距離θ_d、および前回の減速時の速度指令値に基づ
いて減速するようにして位置制御をすることを特
徴とするモータの位置制御方法。５特許請求の範囲第４項記載のものにおいて、
位置制御動作の始まりである加速時の加速度は、
予め設定した単位時間における速度変化の測定に
よるものとしたものであるモータの位置制御方
法。６特許請求の範囲第４項記載のものにおいて、
位置制御動作の始まりである加速時の加速度は、
予め設定した単位速度変化に達する時間の測定に
よるものであるモータの位置制御方法。