JPH022394B2

JPH022394B2 -

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Publication number: JPH022394B2
Application number: JP56134126A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Takahashi; Kunio Myashita; Hiroshi Hayashida; Shigeki Morinaga; Kimyoshi Ishizaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-08-28
Filing date: 1981-08-28
Publication date: 1990-01-17
Also published as: JPS5836180A

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、且つ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、高速応登およ
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。

そこで、この欠点を解消するために、最近以下
に示すようなモータの位置制御方法が提案され
た。即ち、動作軸に位置を測定するエンコーダを
有するモータを任意の位置決め指令値に対して位
置制御せしめるようにしたものにおいて、予め定
められた装置の最高速度と、位置制御動作の始ま
りである加速時のモータの加速度α₁との測定によ
り得られる、減速を開始すべき距離と当該距離内
での速度指令値とに基づいてモータを減速するよ
うにして位置制御する方法である。

このモータの位置制御方法において、位置制御
動作の始まりである加速時の加速度α₁は、予め設
定した単位速度変化に達する時間の測定により起
動時にのみ検出される。そして、モータを所定の
位置で停止させるために必要なモータの減速度α₂
は、α₁／α₂≒１としてα₁≒α₂の関係から求めてい
る。従つて、α₂は実測されたα₁から前記関係に従
つて求められるためモータ環境を含んでおらず、
精度が悪くなる欠点がある。また、α₁／α₂で示さ
れるK_adを略１とするには、加速時及び減速時の
モータのトルクT_Mに対し、負荷トルクT_Lは無視
できる程小さい場合でなければならない。このた
め、T_M≫T_L時のみ上記位置決め制御を適用する
ことができ、負荷トルクT_LがT_Mに対して無視で
きない程大きい場合は、前記K_ad≒１とすること
ができず、安定してモータを停止することができ
なくなる。

なお、前記モータの位置制御方法については
我々が特願昭56−29939号で既に提案しているの
で参照賜りたい。

本発明の目的は、上記の欠点を解消し、位置決
め制御の時に、負荷のイナーシヤあるいはモータ
に印加する電流等が変化しても、常にハンチング
が少なく位置決めでき、且つ負荷トルクが大きい
場合でも精度良く安定した停止を得ることができ
るモータの位置制御方法を提供することにある。

本発明は、動作軸に位置を測定するエンコーダ
を有するモータを、任意に位置指令θ₀で指定され
た目標位置に減速・位置決め停止する場合は、ま
ず、負荷を実際に運転する本運転の前に加速度と
減速度を計測するデータ取込み運転をする。具体
的には、データ取込み運転のための電源ON時に
試しの加、減速運転を行ない、加速度α₁と減速度
α₂を求め、かつ加速度α₁に対する減速度α₂の比
K_adを求める。次に任意の位置指令θ₀に対して位
置制御する時に、予め定められた装置の最高速度
ω₁と位置制御動作の始まりである加速時の加速
度を測定することにより、減速を開始すべき距離
θ_dとその距離内の速度指令ω_Nとを前記K_adを使用
して計算し、その指令により減速して所定の位置
にモータを停止させるものである。

本発明は、位置決め制御の時に負荷のイナーシ
ヤあるいはモータに印加する電流等が変化して
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、本発明の実施
例を説明する前に、先ず、本発明に係る基本的技
術思想並びに原理について説明する。

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の分解能（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は常数、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テイを
D_tとし、電源電圧をE_de（Ｖ）とすると、次式で与
えられる。

Ｅ＝D_t×E_de ……(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は常数、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。

モータ軸の慣性モーメント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、ス
タートトルクと負荷トルクとは同一方向となるこ
とを考慮すると、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、さきの(6)式で、その左辺を最大制御
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−J_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。

ここで、到達すべき位置決め指令値θ₀に到るモ
ータ動作は、まず、停止時から最高回転数に係る
モータの速度（指令値）ω₁（rad／sec）まで加速
し、この最高速度ω₁での定速運転をしたのちに、
所定の距離θ_d（減速を開始すべき残りの距離に係
る角度、rad）に近づいたかどうかを判定し、上
記θ_dに達したときに最高速度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
止時は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、実線の場合と同じモータ
が、装置の違い、あるいは制御回路の電圧の違い
により、同じモータ、制御回路では対応がつかな
く、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、モータの最高回転数
に係る最高速度ω₁に加速する時間、t₂は、最高速
度ω₁から速度零に減速する時間、t₃は、最高速度
ω₁で定速運転する時間である。

また、第１図のｂで、モータ電流I_Mは、加速時
と減速時に、その値が同一で、向きが反対であ
る。そして、最高速度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。

減速が始まるときに、減速を開始すべき残りの
距離θ_dに係るθ_d1になつており、予め調整されて
いるために、速度零になつたときに位置θは、ほ
ぼ零、すなわち上記θ₀との差はなくθ→θ₀とな
り、スムーズに停止することができる。

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、加速度および減速
度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、最高速度ω₁に達したのち定速
運転を行ない、残りの距離に係るθ_d1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、減速時に進む位置が、残りの距
離に係るθ_d1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、減速時の減速開始時の残りの距離に係るθ_d1
を計算することにある。

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

α₂＝（T_M＋T_L）／（T_M−T_L）×α₁……（13）これより、さきの減速を開始すべき残りの距離
に係る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）×ω² ₁／α₁ ＝１／２×K_ad×ω² ₁／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を、その都度、計
算することができる。

これにより、残りの距離に係るθ_dを、その都
度、計算しているために、常に、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
ーズな停止動作を期待でき、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。

ところで、加速度α₁と減速度α₂の比K_adを求め
る際に、電源オン時に始業運転として、加速運
転、定速運転、減速運転を行なつてα₁とα₂を測定
し、この環境を含んだα₁とα₂からK_adを求める。
このK_adを基にして、位置指令θ₀に対する位置指
令制御を行なうことができる。

この場合、前述した（14）式のところでK_adは
定数となるのでなくK_ad＝α₁／α₂の値を用いる。
従つて、K_ad≒１の定数とするためのT_M≫T_Lと
いう条件は必要でなくなるため、負荷トルクT_L
が大きな場合でも安定した制御を行なうことがで
き、第３図はこの時の制御状態を示しており、
ω₁はモータの最高速度である。

次に加速度α₁と減速度α₂を測定する方法につい
て説明する。即ち、１度モータの加減速を行なつ
て第４図に示すような単位速度（この場合、モー
タの最高速度をω₁としている）に達する時間t₁
（加速時）を測定し、また、ω₁から速度が零とな
る時間t₂（減速時）を測定すると、加速度α₁と減
速度α₂は次の式で求めることができる。

α₁＝ω₁／t₁ ……（15） α₂＝ω₁／t₂ ……（16）以上のようにして求めたα₁とα₂を次式に代入し
て K_ad＝α₁／α₂ ……（17） K_adを計算することができ、このK_adを用いて減
速を開始すべき距離θ_dは（14）式より求めること
ができる。

このθ_dは、位置を、その都度、測定すれば判定
できる。

減速度α₂は、距離に係る位置θにたいする速度
ωに置き換えて制御する。

第５図のａおよびｂは、減速時の速度ωと位置
θを示すものである。

減速開始の時間を零とすると、上記の位置θと
速度ωとの関係は、以下のようになる。

θ＝θ_d−（ω₁t−１／2α₂t²） ……（18） ω＝ω₁−α₂t ……（19）上記（18）、（19）式より、 ωを速度指令ω_Nと等しいとして、 ω_N＝ω ……（21）この関係から位置θと速度ωは第６図に示す如
くなる。

すなわち、位置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図に示す位置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。

以下本発明のモータの位置制御方法及び装置の
一実施例を各図を参照して説明する。

第７図は本発明の位置制御装置の一実施例の構
成を示すもので、電源１にトランジスタ２０〜２
３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に入力されている。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２
１，２２のベースに、逆回転出力１７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に与える電圧を与える
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１８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に制動力を与えて、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７図に示す各ブロツクを、次に、さら
に詳しく説明する。

第８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９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１０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１１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、同カウンタ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１１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、速度指令回路７は、第１２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１３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１４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１５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、アンドゲート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１
４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１６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を読み込み、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。

以上説明した本実施例の位置制御装置に係る位
置制御方法の動作について、第１７図のフローチ
ヤートに従つて説明する。

先ず、最初にモータの加減速を行なつてK_adを
求める。次にモータを正転の出力にし、設定した
ω₁に達する時間t₁をとり込みα₁を計算する。その
後、逆転の出力にし、減速時のα₂を求めるため、
速度が零になる時間t₂をとり込みα₂を計算する。
このα₁とα₂よりK_adを求めて実際の動作を行な
う。

次に、第８図の回転方向信号１１、位置信号１
２、速度信号１３のところより回転方向信号R_w、
位置θに係わる信号、速度ωに係わる信号を読み
込んで、これらより、速度指令W_N、デユーテイ
D_t、正逆転信号R₀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１５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t₀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R_w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_cのときの速
度信号ω_c、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。定速運転では速度信号ω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。

もしθ₀＜θ_cであれば、予め設定されているθ_d及
び減速パターンを今回の動作のθ_d及び減速パター
ンとする。次に現在の速度ω、位置θ、回転方向
信号を読出し、デユーテイ（duty）R₀の計算を
し、続いてデユーテイR₀を出力し加速を開始す
る。次に位置信号θを読み込み、減速開始位置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、停止運転に入れる
に十分な位置θ_t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。

本実施例によれば、電源オン時にモータの加減
速を１度行なつて、加速度α₁と減速度α₂の比K_ad
を環境に合わせて計算し、このK_adを基にして減
速運転時の最適減速パターンを計算し、それに基
づいてモータの位置制御を行なうため、モータや
負荷の変更あるいは温度によるモータトルクや負
荷の変動に対して、常にハンチングのない、且つ
精度の良い最適減速を行ない、振動の少ない、ス
ムーズな位置制御をする効果がある。特に、モー
タトルクT_Mに対して負荷トルクT_Lが大きい場合
においても、安定な位置制御を行なうことができ
る。

なお、第１８図では加速時のデータをメモリす
る基準として、一定位置θ_cで、速度信号ω_cと時間
t_cをメモリして行なつたが、一定時間t_cを基準と
して、t_c経過後の速度信号ω_cと位置信号θ_cをメモ
リし、それを基に減速開始位置θ_d及び減速パター
ンを計算しても同様の効果を得ることができる。

以上記述した如く本発明のモータの位置制御方
法によれば、位置決め制御の時に、負荷のイナー
シヤあるいはモータに印加する電流等が変化して
も、常にハンチングが少なく位置決めでき、且つ
負荷トルクが大きい場合でも精度良く安定した停
止を得ることができる効果を有するものである。

【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図は位置決め制御説明図、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図は、本
発明のモータの位置制御装置の一実施例を示す構
成図、第８図は、その回転方向検出回路の例示
図、第９図は、その動作説明図、第１０図は、同
じく位置検出回路の例示図、第１１図は、その動
作説明図、第１２図は、同じく速度検出回路の例
示図、第１３図は、その動作説明図、第１４図
は、同じくドライブ回路の例示図、第１５図は、
その動作説明図、第１６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１７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
……最高速度指令値、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……減速を開始すべき残りの距離に係る
角度。

Claims

【特許請求の範囲】１動作軸の位置を測定するエンコーダを設け、
このモータを任意に設定された位置指令に応じて
減速し位置制御せしめるようにしたものにおい
て、本運転以前のデータ取込み運転時にモータを
加速および減速運転してモータの加速度α₁と減速
度α₂を求めると共に、この加速度α₁に対する減速
度α₂の比K_adを求めておき、しかる後の本運転時
には、任意の位置指令θ₀に対して減速し位置制御
する際に、予め定められたモータの最高速度ω₁
と本運転の始まりである加速時の加速度を測定
し、減速を開始すべき距離θ_dと当該距離内の速度
指令ω_Nとを本運転で求められた加速度と前記比
K_adを用いて減速度を計算し、この減速度の計算
結果に基づいてモータを減速するようにして位置
制御することを特徴とするモータの位置制御方
法。２動作軸の位置を測定するエンコーダを有する
モータと、このモータの端子に正及び負の可変電
圧を印加できるようにした制御回路とよりなり、
前記制御回路を、任意の位置決め指令値を取り込
む回路と、エンコーダの出力から速度及び位置を
検出する回路と、それらの信号を処理し計算する
マイクロコンピユータ、及びモータと電源間に配
置され、複数個の半導体素子からなるブリツジ回
路とから成り、電源オン時にモータを一旦、加
速、定速、減速運転して、モータの加速度と減速
度を前記エンコーダの出力信号に基づいて測定
し、この加速度に対する減速度の比K_adを前記マ
イクロコンピユータによつて計算しその結果を記
憶要素に記憶させ、後位置指令に対して位置制御
するに際しては、前記により記憶されているK_ad
の値と予め定められたモータの最高速度ω₁と位
置制御動作の始まりに測定されている加速度を用
い前記マイクロコンピユータによつて、減速を開
始すべき距離θ_dと当該距離内の速度指令ω_Nとを
計算し、この計算結果に基づく指令によりモータ
を減速することを特徴とするモータの位置制御方
法。