JPH0313834B2 - - Google Patents

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、かつ電動機を、所定の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
には体格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、モータに印加する電流など
が変化し、更には位置決め指令位置が大幅に変化
し、最高速に達する前に減速するような場合で
も、常にハンチングの少ない位置決め制御を可能
とすることをその目的とするものである。

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モータに印
加する電圧などが変化しても、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θ_O（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（単位角度あるい
は距離当りで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θ_O（rad）を前記のパルス
数Ｐで表わした位置決め指令値θ_Op（パルス）は、
次のようになる。

θ_Op＝θ_O×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、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−E_O／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、スイツチン時のデユーテイを
D_tとし、電源電圧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E_Oは、モータの誘起電圧Ｖ
であり、次式で与えられる。

E_O＝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は、前述のとおり、
モータ巻線数、φは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、(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 _Oωdt ……(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θ_O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、所定の減速を開止すべき位置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はモータ速度指令値ω₁に
加速する期間である。時間t₁経過するとモータは
指令された速度ω₁に達し、加速を終了し、以後
指令速度ω₁で定速運転される。t₃は速度ω₁で定
速運転する期間を示している。t₂は前記速度指令
値ω₁から減速し、位置決めするまでの減速期間
を示している。

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、向きが反対となつている。そして、速度ω₁
での定速運転期間の電流は、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
θ_O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、先の(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、モータ速度指令値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θ_O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（θ_O−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を位置決め指令値（目標位
置）θ_O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θ_O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、前記減速を開始すべき位置から目
標位置までの距離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にたいして、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、その単位時間で単位変化量を検出す
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） 一方、第４図に示すように、所定の指令値、例
えばモータ速度指令値ω₁との時間との関係曲線
により、単位速度変化量に対する時間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θ_O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−（ω_1t−１／２α_2t）……（19
） ω（ｔ）＝ω₁−α_2t ……（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、この速度指令値ω_oと速度ωが等しい
とすると、次式が成立つ。

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α₁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、上述したところとは別に、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θ_O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
ω_N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
指令値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時間をベースとする
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
て前記減速開始位置θ_Bと速度指令値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θ_O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および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θ_Oを取り込み、この
値が減速開始位置θ_Bおよび速度指令ω_Nを新しく
計算するに充分な値である計算可能な最小位置
（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
ときに計算した減速開始位置θ_Bおよび速度指令値
ω_Nにより、位置決め制御を行なう。

この様子を示すものが第７図である。

図のａはθ_O≫θ_Cの場合であり、ｂは、θ_Oθ_cの
場合であり、ｃは、θ_O＜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、その位置制御装置に係る実施例をあわ
せ、各図を参照して説明する。

ここで、第８図は本発明の位置制御装置の一実
施例構成図、第９図は回転方向検出回路、第１０
図はその動作説明図、第１１図は同じく位置検出
回路図、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図、第１８図は動作説明フ
ローチヤートである。

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の一端
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、ダイオード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。

以上のように構成された回路は次のように動作
する。

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に応じた流通率で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で指令された値と離れており、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に達すると最高速度で定速運転す
る。次いで、減速開始位置θ_Bに達すると、モータ
２が位置指令１８で指令された位置決め指令値θ_O
が停止できるように、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
置決め指令値θ_Oに停止させるように動作する。

次に第８図に示した各ブロツクについて、さら
に詳しく説明する。

第９図には回転方向検出回路５が示してある。

図において５１は、Ｄタイプのフリツプフロツ
プで、クロツク端子５２の入力には、エンコーダ
４から得られる二相出力信号の一方の回転信号１
０Ａを、Ｄ端子５３の入力にはエンコーダ４の他
方の回転信号１０Ｂ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９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１０Ｂ
が同１０Ａより進んでいる場合は、クロツク信号
に係る回転信号１０Ａの立上り時には、Ｄ端子５
３の入力信号である回転信号１０Ｂ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１０Ｂが同１０Ａ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１０Ａの立上り時は、Ｄ入力信号
である回転信号１０Ｂが“Ｏ”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、“Ｏ”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とクラツチ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P_O−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。

次に、これらの動作を第１２図のタイムチヤー
トで説明する。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、P_O〜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
となりカウントDOWN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S_O〜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。

これらの動作を第１４図のタイムチヤートに示
す。図において、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S_O〜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S_O〜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。

先のデユーテイ信号１４はアンドゲート８２，
８３の一方の入力端子に接続され、アンドゲート
８２の他方の入力端子には、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。

このように構成において、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、可逆転信
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続み込み、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、加速運転領域でプログラムがスタート
するとメモリ内のSTARTフラグをクリアする。
次に外部装置より与えられる最高速度指令値ω₁
および位置決め指令値θ_Oを、各々、さきの第８図
の最高速度指令１９、位置指令１８より読み込
む。

次に指定されたモータのトルクT_Mとモータの
慣性によつて加速度α_Mを計算可能であつて、こ
れを元に外部からの最高速度指令値ω₁に達して
減速し停止する計算所要の最小位置θ_Cを計算す
る。この最小位置θ_Cは無負荷時の値であり、実際
は負荷が加わるのでこれ以上となり実質最小位値
θ_Cとなる。この最小位置θ_Cと指令位置θ_Oを比較し
指指令位置θ_Oが最小位置θ_Cより小さければ最高速
度ω₁に達しないで減速を開始しなければ前項で
述べたハンチングの少ない減速ができなくなる。
そこでθ_O＜θ_Cとこれ以外では加速時の処理を変え
る必要がある。

次にこの値が前記最小位置θ_Cより大きいかを判
定し大きければ、次に第８図の１１，１２，１３
より回転方向信号RW、位置信号θ、速度信号ω
を読み込んで、これらより速度指令ω_N、デユー
テイD_t、正逆転R_Oを計算させて、それぞれ第８
図の１４，１５に出力する。

位置信号θが減速特性を測定するために必要な
最小位置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、達していればその時
の速度信号ω_Cと時間t_Cをメモリして、次に速度信
号ωと最高速度指令ω₁とを比較して最高速度指
令ω₁に達しなければ元の速度信号ω、位置信号
θ、回転方向信号RWの読み込みに戻して上記を
くり返す。最高速度指令ω₁に達していれば前に
記録したメモリより最小位置θ_C時の速度信号ω_C、
時間t_Cを続み出して減速を始めるべき位置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１０を
読み込んで最高速度指令ω₁に同じかどうか調べ
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R_Oの計算を行つてD_tとR_Oを出
力し、定速制御を行なう。次に位置信号θを読み
込み、減速開始位置θ_Bと比較する。この位置に達
してなければ定速運転をくり返し、達していれば
減速運転に入る。

もしθ_O＜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。つぎに現在の速度ω、位置θ、回
転方向信号を読み出し、dutyR_Oの計算をついて
dutyR_Oを出力し加速を開始する。つぎに位置信
号θを読み込み減速開始位置θ_Bを比較する。この
位置に達していなければ加速運転をくり返し、達
していれば加速運転に入る。減速運転は前に計算
した減速パターンを読み出し、位置信号θに対す
る速度指令ω_NからデユーテイD_tおよび正逆転信
号R_Oを計算して出力する。次に位置信号θ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くり返すが達し
ていれば停止のルーチンに入つて停止させる。

以上のように本発明によれば位置指令θ_Oがθ_Cを
越える大きさを判定し加速運転データを元に減速
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である。

第１８図では加速時のデータをメモリする基準
を計算可能な最小位置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、それを元
に減速開始位置θ_Bおよび減速パターンを計算して
も同様な効果が得られる。

以上述べたように本発明は、動作軸の位置を測
定するエンコーダを有するモータを任意の位置指
令θ_Oに対して位置制御をするときに、モータのト
ルクT_Mと慣性J_Mより求めた加速度α_Mと、外部よ
り与える速度指令ωとにより求めた計算可能な最
小位置θ_Cと前記位置指令θ_Oを比較し、θ_O≧θ_Cであ
ればあらかじめ定められた速度指定ω及び加速時
の加速度αを測定することにより、ωⁿに比例し、
αに反比例した減速を開始すべき距離θ_Bとこの減
速領域θ_d内での速度指令ω_Nを計算し、その指令
により減速し、θ_O＜θ_Cであればあらかじめ定めら
れたROM内に記憶されたθ_d及びω_Nあるいは前回
の位置制御のときに計算されRAM内に記憶され
たθ_d及びω_Nにより減速するようにしたので、位
置指令値θ_Oが最小位置θ_Cに対して大小を問わず、
ハンチングなく位置決め停止可能である。特に、
θ_O＜θ_Cの状況下では、予め定められた値あるいは
前回の加速度情報を元に位置決め制御するように
したので加速度の計算に要する最小位置よりも短
かい位置にも前述のようにハンチングすることな
しに正確、かつ迅速に位置制御可能である。これ
は、前記最小位置に対する目標位置の大小によつ
て位置決め制御手段を変えたことにより達成され
るものであることは明らかである。

【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、位置と時間との関係曲線
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
明の位置制御装置の一実施例に係る構成図、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図はマイクロコンピ
ユータ回路の例示ブロツク図、第１８図はその動
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、P_O〜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、S_O〜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、θ_O……位置指令、θ_B……減速開始位置、θ_C…
…最小位置、θ_d……減速開始位置から残りの距離
（減速領域）。

Claims (1)

1. 【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有する
   モータを任意の位置指令θ_Oに対し位置制御をする
   ときに、モータのトルクT_Mと慣性J_Mより求めた
   加速度α_Mと、外部より与える速度指令ωとによ
   り求めた停止可能な最小位置θ_Cと前記位置指令θ_O
   を比較し、θ_O≧θ_Cであればあらかじめ定められた
   速度指令ω及び加速時の加速度αを測定すること
   により、ωⁿに比例しαに反比例して減速をすべ
   き減速領域θ_d内での速度指令ω_Nを計算し、減速
   領域θ_d内ではこれらによつて得られた速度指令
   ω_Nにより減速し、θ_O＜θ_Cであれば、あらかじめ
   ROM内に記憶されているθ_d及びω_N、あるいは前
   回の位置制御の際に計算されたRAM内に記載さ
   れているθ_d及びθ_Nに基づいて減速位置決めするこ
   とを特徴とするモータの位置制御方法。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の方法におい
   て、 位置指令θ_O≧θ_Cであれば基準速度ω_Cに達する時
   間t_Cにより加速度を測定することを特徴とするモ
   ータの位置制御方法。 ３ 前記特許請求の範囲第１項記載の方法におい
   て、 位置指令θ_O＜θ_Cであれば基準速度t_C内での速度
   変化ω_Cにより加速度を測定することを特徴とす
   るモータの位置制御方法。 ４ 動作軸に位置を測定するエンコーダを設け、
   このモータの端子に正及び負の可変電圧を印加で
   きる制御回路を付し、この制御回路は任意の位置
   指令を取込み、エンコーダから得られるパルス数
   から位置を、同じくこのパルス数と時間の関係か
   ら速度を検出するようにし、前記位置指令に対す
   るこれらの位置及び速度信号をマイクロコンピユ
   ータによつて処理し、指令速度を計算し、この計
   算結果に基づいてＨ形ブリツジに接続した少なく
   とも４個の駆動素子にデユーテイ信号を与え、モ
   ータを指令された所定位置に位置決め停止する方
   法において、 任意の位置指令θ_Oに対し、モータのトルクT_M
   と慣性J_Mより求めた加速度α_M最高速度指令ω₁に
   より求めた計算可能な最小位置θ_Cと位置指令θ_Oと
   を比較し、θ_O≧θ_Cであれば前記モータで駆動され
   る装置に基づいてあらかじめ定められた装置の最
   高速度指令ω₁及び加速時の加速度αを測定する
   ことにより、減速を開始すべき点θ_Bから残りの距
   離θ_dと、この残りの距離θ_d内での速度指令θ_Nを計
   算してその指令により減速し、θ_O＜θ_Cであれば、
   あらかじめ定められた距離θ_d及び速度指令ω_N、
   または前回使用した距離θ_d及び速度指令ω_Nに基
   づいて減速位置決めするようにしたモータ位置制
   御方法。