JPH0359674B2

JPH0359674B2 -

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Publication number: JPH0359674B2
Application number: JP57001789A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayashida; Tadashi Takahashi; Kunio Myashita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-01-11
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1991-09-11
Also published as: JPS58119784A

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、さら
に詳細には、モータの動作軸に対し、当該動作軸
の回転角度を測定するエンコーダを備え、モータ
停止に際し、当該モータの停止すべき位置近くに
おいて、その停止位置である任意の角度をステツ
プ的に移動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、回転速度
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、上記したス
テツプモートルのように、全容積を大きくしなく
ても、高速応答性を良くすることができ、またク
ラツチモートルのように、クラツチ摩耗の問題を
なくして、その寿命の改善を図る方法もある。

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。

そして、その一例として、特開昭48−44683号
公報に記載の「位置制御装置」があり、同公報に
開示の「位置制御装置」は、（）モータが目標
位置（あるいは目標位置の近傍。以下、目標位置
という）に到達したことを検知すると同時にモー
タ駆動信号の極性を反転させる。（）上記（）
の結果、慣性によつて目標位置を通過したモータ
は、逆転して再度目標位置に到達するので、この
とき、モータの駆動信号の極性を再び反転させ
る。（）そして、上記動作を繰返すことにより、
モータの速度を漸次減速して、許容行き過ぎ量を
満足できるモータ速度に達したとき、逆電圧パル
ス制動を加えることにより、所定の許容誤差範囲
内での位置制御を可能にするというものである。

しかしながら、前掲特開昭48−44683号公報に
記載の「位置制御装置」においては、所定の許容
誤差範囲内にモータを停止させるために、いわゆ
るハンチング動作を行なうため、モータの負荷が
振動し、モータの負荷が複写機やプリンターなど
のOA機器の場合には、負荷振動によつて印字品
質に悪影響をおよぼすばかりでなく、上記モータ
負荷の振動は、複写機やパリンターなどを構成す
る他のメカニズム部品に振動騒音を生起させる原
因ともなる。

これに加えて、上記したハンチング動作は、目
標位置をオーバーシユートしたものをまた戻し、
この動作を繰り返して所定の許容誤差範囲内にモ
ータを停止させるというものであるため、モータ
の停止までに多くの慣性エネルギーを費やす必要
があり、この慣性エネルギーの利用をなくすこと
ができれば、エンコーダ付モートルの高速応答性
はさらに改善される。

本発明の目的は、モータの位置決め制御に際
し、従来形エンコーダ付モートルが動作特徴とし
て有していたハンチングをなくすことにより、た
とえばモータの負荷が複写機やプリンターなどの
OA機器の場合には、負荷振動が原因となる印字
品質の悪影響をなくし、また複写機やプリンター
などを構成する他のメカニズム部品に振動騒音を
生起させることなく、これに加えて、ハンチング
動作を行なう従来形エンコーダ付モートル、すな
わち目標位置をオーバーシユートしたものをまた
戻し、この動作を繰り返して所定の許容誤差範囲
内にモータを停止させるタイプのエンコーダ付モ
ートルのように、多くの慣性エネルギーを費やす
必要がなく、その分、モータを短時間のうちに所
定の位置に停止させることができ、従来形エンコ
ーダ付モートルよりもさらに高速応答性に優れた
モータの位置制御方法を提供することにある。

本発明は、モータの回転角度を検出するエンコ
ーダを設け、かつ前記モータを複数のトランジス
タを介して電源に接続し、さらに前記トランジス
タを駆動するドライブ回路を設け、このドライブ
回路は、マイクロコンピユータからのデユーテイ
指令信号に基づいて前記トランジスタの「オン」
と「オフ」の比を変えるように構成し、外部入力
として与えられる停止位置指令信号と前記エンコ
ーダによつて得られた実際の回転角度信号によつ
て停止指令位置にモータを停止するモータの位置
制御方法において、停止指令位置Ｃの前後に所定
の停止領域Ａを設け、さらにこの停止領域Ａに達
するまでの領域に速度制御領域Ｂを設け、モータ
が正転方向あるいは逆転方向に所定の角度回転し
て停止領域Ａに達したか否かを判断し、モータが
停止領域Ａに達し停止指令位置Ｃを外れて停止し
たときには、停止領域Ａ内で用いる積分値（S_o）、
すなわち位置θを速度ωの積分値（S_o）に置きか
えて得られるこの積分値（S_o）を、前回の積分値
（S_o-1）にモータの加速度αに反比例した定量δ
を加えてえ新たな積分値（S_o）＝S_o-1＋δとし、
この積分値によつて前記トランジスタの「オン」
と「オフ」の比を制御し、モータの印加電圧を可
変にするためのデユーテイDt＝S_o＋θ_o（ただし、
θ_oは位置誤差）をモータが再起動するまで継続付
与し、モータが停止領域Ａに達しても停止しない
ときには、上記積分値（S_o）を、前回の積分値
（S_o-1）として位置誤差θ_oに関連させてデユーテ
イ（Dt）を出力し、他方、上記位置誤差θ_o＝０
となつて、モータが停止指令位置Ｃに達したとき
には、デユーテイDt＝０として電源を遮断する
ことを特徴とするものである。

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
加する電流などが変化しても、常にハンチングの
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_p（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
軸で回転数以上になることは珍らしくはない。

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θ_p（rad）をパルス数Ｐで
表わした位置決め指令値θ_pp（パルス）は、次のよ
うになる。

θ_pp＝θ_p×（Ｐ／2π）（パルス） ……(1) 次いで、(ハ)モータの発生するトルクT_M（Kg−
ｍ）がある。このトルク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、モータの個々の固有の
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_p）／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出
力電圧である。

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_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E_pは、モータの誘起電圧
（Ｖ）であり、次式で示される。

E_p＝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）、N₁はモータ巻線数、φは
モータの磁束である。

さらに、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_o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θ_pに至るモ
ータの動作は、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、このときの加速度α₁を測定する。

そして、残りの移動距離をθ_Rとしたとき、ω＝
√₁・_Rから求まるωと最高速度に至るω₁とを
比較し、ω＜ω₁となつたときに最高速度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はモータ速度ω、ｂはモ
ータ電流I_M、ｃは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
時にハンチングがなくスムーズに動作している。

他方、一点鎖線は、実線と同じモータが、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、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ｂにおいて、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ｃにおいて、位置決め指令値θ_p
に達するときに、位置θが加速時には放物線的、
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、残りの距離θ_Rに係るもの
をθ_d1とすると、ω＝√₁・_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θ_pとの差はなく
θ→θ_pとなり、スムーズに停止ルーチンに移行す
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、残り距離に係るθ_d1のとき、ω₁≧√₁・
θ_d1に達したときに減速を開始する。速度が零に
なつたで時点t₄で、位置θは、θ_p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、オーバーしたΔθ₁を
零にすべく、何回かハンチングしながら制御系の
ダンピング作用により停止すべき位置のごく近く
までモータを制御し、残りの移動距離が所定の値
以下になると停止ルーチンに入る。

ここで、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、減速を開始すべく残りの距離に係る
θ_dにおける速度ωは、次のようにして決まる。

すなわち、ω＝一定、そのときの減速度をα₂と
仮定して、さきの（12）式を解くと、その解とし
て、次が求まる（移動距離θ→θ_d）。

θ_d＝1/2×ω₁×ω₁／α₂ ω₁＝√２・₂・_d ＝√２・₁・（_M＋
T_L）／（T_M−T_L）・θ_d ＝√２・₁・_ad・_d
……（14） ω＝ω₁＝√２・₁・_ad・_d 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_de、デユーテイD_t、
モータの抵抗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から速度ω
を、その都度計算しているために、常に、さきの
第１図に示す実線のような、ハンチングのないス
ムーズな停止ルーチンへの移行を期待でき、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、スムーズに停止ルーチンに入る
ことができる。

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および減速を開始
すべき速度ωは、次のようにして求まる。

α₂＝α₁＝ ……（15） ω＝√２・₁・ ……（16）すなわち、第２図に示すθ_d2は、第１図のθ_d1に
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、制御回路の電流
容量から制限される値と同一になる。

次に、加速度の測定法として、単位時間での速
度変化を測定する方法と、単位速度での時間を検
出する方法とがある。

第３図は、単位時間で速度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と時間との関係折線によ
り、単位速度（この場合、最高速度ω₁としてい
る。）に達する時間t₁を測定すると、加速度α₁は、
次の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α₂により、減速
度α₂および減速を開始すべき速度ωは、さきの
（15）、（16）式により求まる。

また、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に置きかえて制御する。

第５図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の関係は、第５図より以下のようになる。

θ＝θ_d−｛ω₁t−1/2α₂t²） ……（19）この関係から、位置θと速度ωは、第６図のよ
うになる。

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、負荷の変動などに十分適応し
て、円滑に停止ルーチンに移行が可能となる。

次に、停止ルーチンにおいては、モータに印加
される電圧、つまりデユーテイ出力は、次式によ
り決める。

デユーテイD_t＝S_o＋θ_o ……（20）ただし、S₀＝０ S_o＝S_o-1＋δ θ_o＝位置誤差ｎ＝０、１、２…… S₀…_oは積分値。

ここで、δは、当該δを足し込む時間（積分時
間）、すなわち積分値S_oをくり返し演算する時間
（積分値S_oのサフイツクスｎがステツプアツプす
る時間）とモータの加速度αによつて決められる
値であり、加速度αに反比例した値である。

なお、式中のサフイツクスｎ、ｎ−１は、時系
列を意味し、ｎは今回、ｎ−１は前回の意味を有
するものである。

上記の式（20）により、デユーテイD_tを図的
に表わすと、第７図ａのようになり、ω＝√・
θによる速度制御領域Ｂからθが小さくなり、予
め設定された所定の値θ_Lより小さくなる停止ルー
チンＡに入り、式（20）で表わすデユーテイD_t
を出力することになる。なお、Ｃは、所定の停止
位置を示すものである。

つまり、停止ルーチンＡでの出力は、位置誤差
が大きいと大きくなる。また、停止位置Ｃから外
れてモータが停止すると、積分値S_oは定量δずつ
増加していくのでデユーテイ（電流通流率）も
徐々に大きくなり、モータは停止位置Ｃに向けて
再起動することになり、やがては停止位置Ｃに停
止するようになる。

停止位置Ｃになると、つまり、位置誤差θ_o＝０
となれば、デユーテイを零とし電源をOFFし、
その位置に停止することになる。

しかして、本発明の要点は、停止すべき位置の
極めて近くでモータが停止したときに、このモー
タに印加する電圧、つまりデユーテイを徐々に増
加しモータを動かすことにより停止位置Ｃまで、
ハンチングなしにもつていくようにすることであ
る。

これをフローチヤートで示すと、第７図ｂのご
とくである。

すなわち、停止位置Ｃにあるときは、θ_o＝０と
なるので、このときはデユーテイD_t＝０として
出力をOFFする。

次に、θ_oがθ_Lより大きいときは、さきに述べた
速度制御、ω＝√・を行なう。

また、θ_oがθ_Lより小さいときは、今回の位置誤
差θ_oが前回のθ_o-1と同じかどうかを判別し、同じ
ときはモータが停止していると考えられるので、
積分項S_o-1をδだけ増加する。

しかして、θ_o≠θ_o-1のときは、モータは停止し
てはいないので、やがてθ_o＝０となると考えられ
る。したがつて、このときは積分を行わないで、
S_o＝S_o-1とする。そして、デユーテイ＝S_o＋θ_oを
出力し、以上を繰り返すものである。

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具体例をあわ
せ、各図を参照して説明する。

ここで、第８図は、本発明方法の実施に供して
好適な位置制御装置の構成図、第９図は、第８図
に符号５で示す回転方向検出回路の例示図、第１
０図は、第９図の動作説明図、第１１図は、第８
図に符号６で示す位置検出回路の例示図、第１２
図は、第１１図の動作説明図、第１３図は、第８
図に符号７で示す速度検出回路の例示図、第１４
図は、第１３図の動作説明図、第１５図は、第８
図に符号８で示すドライブ回路の例示図、第１６
図は、第１５図の動作説明図、第１７図は、第８
図に符号９で示すマイクロコンピユータ回路の例
示ブロツク図、第１８図は、第１７図の動作説明
フローチヤート図である。

まず、第８図において、電源１に、Ｈ形制御回
路に係る、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。

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１２
および速度検出回路７の出力である速度信号１３
は、共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および最高速度指令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２１，２２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。

ドライブ回路８では、正転の場合は正転出力１
６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以下のように制御して、モータ２の
位置が位置指令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８図に示すブロツクを、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によつ
て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。

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。

すなわち、この回路は、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として取出すものである。

また、ラツチ６２のストローブ端子は、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”
レベルとなつて、上記カウンタ６１は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。

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S′₀〜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、ストローブ信号７５が入力さ
れている。

この動作は、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、出力信号S′₀〜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′₀〜S′_oの内容をラツチ
７２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、次の計画にそなえる
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との差に対応したエユーテイを計算し、
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位置決め指令
値θ_pと最高速度指令値ω₁とを、各々第８図の位置
指令、最高速度指令１８，１９のところより読込
む。

次に、最高速度指令値ω₁に達してから減速し
停止するまでに要する最少移動距離に係る基準値
θ_cと、さきの位置決め指令値θ_pとを比較し、前記
θ_pがθ_cより小さければ最高速度指令値ω₁に達しな
いで減速を開始しなければハンチングのない減速
ができなくなる。そこで、θ_p≦θ_cの場合、加速時
の処理を変える。すなわち、第１８図のNOに示
すとおりである。

そして、θ_p＞θ_cの場合第８図の回転方向信号、
位置信号、速度信号１１，１２，１３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、これらの情報より、
モータに印加する電圧を決めるデユーテイ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、正逆転信号１４，
１５のところに出力する。

位置θに係る位置信号が減速特性を測定するた
めの基準値θ_cに係る最少移動距離になつたかどう
かを判定し、達していなければ、そのまま進み、
達していれば、そのときの速度信号ω_cと、時間t_c
をメモリしておき、後にこのω_cとt_cとから加速度
α＝ω_c／t_cを計算するものである。

次に、速度ωに係る速度信号と最高速度指令値
ω₁とを比較し、最高速度指令値ω₁に達していな
ければ、元の、速度ωに係る速度信号、位置θに
係る位置信号、回転方向信号Rwの読込みに戻つ
て、上記を繰返すものである。

そして、最高速度指定値ω₁に達していれば、
前に記録したメモリより速度信号ω_cと時間t_cとを
読出し、加速度α＝ω_c／t_cを計算して加速度αを
求め、さらに位置θに係る位置信号とから、ω＝
√・で計算される速度信号ωと最高速度指令
値ω₁とを比較し、ω＜ω₁であれば次に進むが、
ω＝ω₁であれば定速運転を行うものである。

やがて減速開始速度になると減速パターン運転
に入る。

もし、θ_p＜θ_cであれば、予め設定されている減
速パターンを今回の動作の減速パターンとする。

減速運転は、前に計算した減速パターンを読出
し、位置θに係る位置信号にたいする速度信号ω
＝√・からデユーテイD_t、正逆転信号R₀を
計算して出力する。

次に、位置θに係る位置信号が停止ルーチンに
入れるのに充分な位置θ_Lに達したかどうかを判定
して、達していなければ減速パターンによる減速
を繰返すが、達していれば停止のルーチンに入つ
ていくものである。

停止ルーチンに最初に入つたときは、積分項の
初期値S₀をクリアする。

そして、モータが停止していないかを判定し、
停止していなければ、積分項S_oをそのままとする
が、停止しているときは、積分項をδだけ増加
し、S_o＝S_o-1＋δとする。

このδは、既述のごとく、当該δを足し込む時
間（積分時間）、すなわち積分値S_oをくり返し演
算する時間（積分値S_oのサフイツクスｎがステツ
プアツプする時間）とモータの加速度αによつて
決められる値であり、加速度αに反比例した値で
ある。

そして、デユーテイD_t＝S_o（積分項）＋θ_o（位置
誤差）を出力する。再び、θがθ_Lの範囲に入つて
いるかを判定し、位置が停止すべき位置から大き
くずれているときは、減速パターンによる速度制
御に戻るが、θ_Lの範囲内にあるときはθ＝０かど
うかを判定する。θ＝０であれば停止位置にある
からデユーテイD_tを零にして制御を終るもので
ある。

もし、θ＝０でなければ、再び積分動作を繰返
すことになる。

以上に述べたところをも総合して、本発明によ
るときは、負荷変動あるいは、モータ特性の変
化、もしくはモータに印加する電圧、電流の変化
により、停止すべき位置以外のところで停止して
しまつても、積分動作により常に停止位置にまで
モータを動作させることが可能となるものであつ
て、さらに詳細には、モータの位置決め制御に際
し、従来形エンコーダ付モートルが動作特徴とし
て有していたハンチングをなくすことにより、た
とえばモータの負荷が複写機やプリンターなどの
OA機器の場合には、負荷振動が原因となる印字
品質の悪影響をなくし、また複写機やプリンター
などを構成する他のメカニズム部品に振動騒音を
生起させることなく、これに加えて、ハンチング
動作を行なう従来形エンコーダ付モートル、すな
わち目標位置をオーバーシユートしたものをまた
戻し、この動作を繰り返して所定の許容誤差範囲
内にモータを停止させるタイプのエンコーダ付モ
ートルのように、多くの慣性エネルギーを費やす
必要がなく、その分、モータを短時間のうちに所
定の位置に停止させることができ、従来形エンコ
ーダ付モートルよりもさらに高速応答性に優れた
モータの位置制御方法を提供することができる。

【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、単位時間で減速を検出する方法の説明
図、第４図は、速度と時間との関係折線図、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は、デユーテイ説明図、同ｂ
は、本発明に係る速度制御方法の基本的フローチ
ヤート図、第８図は、本発明方法の実施に供して
好適な位置制御装置の構成図、第９図は、第８図
に符号５で示す回転方向検出回路の例示図、第１
０図は、第９図の動作説明図、第１１図は、第８
図に符号６で示す位置検出回路の例示図、第１２
図は、第１１図の動作説明図、第１３図は、第８
図に符号７で示す速度検出回路の例示図、第１４
図は、第１３図の動作説明図、第１５図は、第８
図に符号８で示すドライブ回路の例示図、第１６
図は、第１５図の動作説明図、第１７図は、第８
図に符号９で示すマイクロコンピユータ回路の例
示ブロツク図、第１８図は、第１７図の動作説明
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、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、S′₀〜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_N……速度指令値、ω_c
……速度信号、θ……位置、θ_p……位置決め指令
値、θ_c……基準値、θ_R，θ_d，θ_d1，θ_d2……減速を
開始すべき残りの距離に係る角度、θ_L……予めの
設定値、θ_o……位置誤差。

Claims

【特許請求の範囲】１モータの回転角度を検出するエンコーダを設
け、かつ前記モータを複数のトランジスタを介して
電源に接続し、さらに前記トランジスタを駆動するドライブ回
路を設け、このドライブ回路は、マイクロコンピユータか
らのデユーテイ指令信号に基づいて前記トランジ
スタの「オン」と「オフ」の比を変えるように構
成し、外部入力として与えられる停止位置指令信号と
前記エンコーダによつて得られた実際の回転角度
信号によつて停止指令位置にモータを停止するモ
ータの位置制御方法において、停止指令位置Ｃの前後に所定の停止領域Ａを設
け、さらにこの停止領域Ａに達するまでの領域に速
度制御領域Ｂを設け、モータが正転方向あるいは逆転方向に所定の角
度回転して停止領域Ａに達したか否かを判断し、モータが停止領域Ａに達し停止指令位置Ｃを外
れて停止したときには、停止領域Ａ内で用いる積分値（S_o）、すなわち
位置θを速度ωの積分値（S_o）に置きかえて得ら
れるこの積分値（S_o）を、前回の積分値（S_o-1）
にモータの加速度αに反比例した定量δを加えて
新たな積分値（S_o）＝S_o-1＋1δとし、この積分値
によつて前記トランジスタの「オン」と「オフ」
の比を制御し、モータの印加電圧を可変にするた
めのデユーテイDt＝S_o＋θ_o（ただし、θ_oは位置誤
差）をモータが再起動するまで継続付与し、モータが停止領域Ａに達しても停止しないとき
には、上記積分値（S_o）を、前回の積分値（S_o-1）と
して位置誤差θ_oに関連させてデユーテイ（Dt）
を出力し、他方、上記位置誤差θ_o＝０となつて、モータが
停止指令位置Ｃに達したときには、デユーテイDt＝０として電源を遮断すること
を特徴とするモータの位置制御方法。