JPH04355682A - 位置決め装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ（電動機）の回
転速度および回転位置を制御する位置決め装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来、位置決め装置はモータの回転速度
および回転位置（変速位置を含む）を制御することによ
り、モータを駆動源とする機器の移動速度や停止位置の
制御を行う。

【０００３】要求される位置決め制度に対応させて、一
般的に次の制御方式のいずれかが位置決め装置に採用さ
れている。

【０００４】１）オープンループ制御方式：速度制御の
みを目的とする制御方式であり、速度指示信号の示す速
度に対応させてモータの駆動電圧を可変設定する。通常
の直流モータの速度制御および起動／停止制御に用いら
れる。

【０００５】２）クローズドループ制御方式：速度制御
および位置制御の高精度の位置決めを目的とする制御方
式であり、モータの実際の回転位置を検知し、指示信号
の示す回転位置と検知位置のずれがなくなるようにモー
タの駆動電圧を可変設定し、速度補正制御する。この方
式はサーボモータなどの位置決め制御に用いられる。

【０００６】３）セミクローズドループ制御方式：オー
プンループ制御方式とクローズドループ制御の両方の利
点を生かした制御方式であり、速度指示信号の示す速度
に一定比率（５０％〜１２０％）を乗じた速度となるよ
うにモータの基準駆動電圧を設定し、検知位置と指示位
置のずれがなくなるように基準駆動電圧を増減する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来こ
の種、位置決め装置では、制御対象の機器の仕様や位置
決め精度に対応させて、制御方式およびその回路構成を
決定するので、制御方式の異なる位置決め装置は使用で
きないという不具合があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上述の点に鑑み
て、オープンループ制御方式，クローズドループ制御方
式のいずれの制御方式でも選択的に採用し、位置決め制
御することの可能な位置決め装置を提供することにある
。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、電動機の駆動軸の回転位置を検出
する位置検出手段と、該位置検出手段の検出結果を使用
しないでオープンループ制御方式で前記電動機を速度制
御することの可能な第１の制御手段と、前記位置検出手
段の検出結果を用いてクローズドループ制御方式で前記
電動機を速度制御することの可能な第２の制御手段と、
前記位置検出手段の検出結果を用いてセミクローズドル
ープ制御方式で前記電動機を速度制御することの可能な
第３の制御手段と、前記オープンループ制御方式，前記
クローズドループ制御方式，および前記セミクローズド
制御方式のいずれかの制御方式を指示する指示手段と、
当該指示された制御方式に対応の制御手段を動作可能状
態にさせる第４の制御手段と、を具えたことを特徴とす
る。

【００１０】また、電動機の駆動軸の回転位置を検出し
、当該検出の回転位置，外部から指示された回転位置お
よび外部から指示された速度に基づきセミクローズドル
ープ制御方式で前記電動機の位置決め制御を行う制御回
路を有する位置決め装置において、前記電動機の位置決
め制御に際し、前記検出の位置および前記外部から指示
された回転位置のみを用いるクローズドループ制御方式
，前記外部から指示された速度のみを用いるオープンル
ープ制御方式のいずれかの制御方式のいずれかを指示す
る指示手段と、当該指示された制御方式の制御系となる
ように前記制御回路の信号系を切換え接続する信号制御
手段とを具えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明の第１形態ではオープンループ制御方式
，クローズドループ制御方式およびセミクローズドルー
プ制御方式の制御手段を用意し、指示手段の指示で選択
的に所望の制御方式の制御手段を使用する。

【００１２】本発明の第２形態では、セミクローズドル
ープ制御方式の制御回路は他の２種の制御方式の構成部
（回路）を含んでいることに着目し、指示手段の指示す
る制御方式となるように信号系を構築することで多種の
制御方式での位置決め制御を可能とする。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１４】図１は本発明第１実施例の基本構成を示す
。

【００１５】図１において１１００は電動機１０００の
駆動軸の回転位置を検出する位置検出手段である。

【００１６】１２００は電動機の駆動軸の回転位置を検
出する位置検出手段と、該位置検出手段の検出結果を使
用しないでオープンループ制御方式で前記電動機を速度
制御することの可能な第１の制御手段である。

【００１７】１３００は前記位置検出手段の検出結果を
用いてクローズドループ制御方式で前記電動機を速度制
御することの可能な第２の制御手段である。

【００１８】１４００は前記位置検出手段の検出結果を
用いてセミクローズドループ制御方式で前記電動機を速
度制御することの可能な第３の制御手段である。

【００１９】１５００は前記オープンループ制御方式，
前記クローズドループ制御方式，および前記セミクロー
ズド制御方式のいずれかの制御方式を指示する指示手段
である。

【００２０】１６００は当該指示された制御方式に対応
の制御手段と動作可能状態にさせる第４の制御手段であ
る。

【００２１】図２は本発明第１実施例の具体的な回路構
成図を示す。

【００２２】位置決め装置１０００は次の構成部から構
成され、構成各部がバスに接続されている。

【００２３】中央演算処理装置（ＣＰＵ１）：イーピー
ロム（ＥＰ−ＲＯＭ）２に格納された図６の制御プログ
ラムに従ってモータ（電動機）１０の位置決め制御を行
う。ＣＰＵ１はその他、ＥＰ−ＲＯＭ２内のシステムプ
ログラムに従って装置全体のシステム制御をも行う。

【００２４】後述するが、ＣＰＵ１が時系列的に演算処
理する過程において本発明第１形態の第１〜第４制御手
段として動作する。

【００２５】ＥＰＲＯＭ２：上述したようにＣＰＵ１の
実行プログラムを格納する。

【００２６】ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ３）：Ｃ
ＰＵ１の演算データを一時記憶する。

【００２７】イーイーピー（ＥＥＰ）−ＲＯＭ４：モー
タ１０を位置決め制御するためのデータ、たとえば、モ
ータ起動後の経過時間に対する速度，回転位置ならびに
Ｆ／Ｖ比率を示すデータを記憶する。なお、Ｆ／Ｖ比率
はオープンループ制御方式およびセミクローズドループ
制御方式に用いるデジタル値であり、設定すべき速度に
対応して換算するモータ１０に供給する駆動電圧の換算
比率を示す。

【００２８】インタフェース５：ローダと呼ばれるプロ
グラミング装置１３と接続し、ローダ１３により作成さ
れた位置決め制御用プログラムをシステム内に転送する
。

【００２９】また、ローダ１３を介してオペレータによ
り入力された制御方式の指示情報をもＣＰＵ１に転送す
る。ローダ１３が本発明第１形態の指示手段として動作
する。

【００３０】インターフェース６：モータ１０の起動／
停止指示信号，回転方向指示信号を入力する。

【００３１】インターフェース７：モータ１０の動作状
態を示す信号を出力する。

【００３２】デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器８：
ドライバ９に対して指示する駆動電圧をアナログ信号の
形態で出力する。ドライバ９は指示電圧を増幅し、モー
タ１０に対する駆動電圧を発生する。

【００３３】モータ１０にはホールセンサやホトセンサ
を用いてモータ１０の駆動軸の回転位置（角度）を検出
するパルスジェネレータ（ＰＧ１１）が接続されている
。

【００３４】ＰＧ１１はモータ１０の駆動軸が一定角度
、回転する毎に単発のパルスを発生する。このパルスを
帰還パルスと呼ぶことにする。

【００３５】カウンタ１２：一定時間の間に発生する上
記帰還パルスの個数を計数する。この計数値がモータ１
０の回転速度および回転位置を示す。

【００３６】本実施例で用いるオープンループ制御方式
の制御系の機能ブロック図を図３に示し、クローズドル
ープ制御方式の制御系の機能ブロック図を図４に示す。 また、セミクローズループ制御方式の制御系の機能ブロ
ック図を図５に示す。

【００３７】図中偏差カウンタ２１，Ｆ／Ｖ比率変換器
２０，加算器２２の実行する処理はＣＰＵ１の演算処理
により実現される。

【００３８】図３〜図５に示す各制御方式で実行するた
めのＣＰＵ１の実行処理手順を図６に示す。

【００３９】図６に従って、各制御方式での位置決め制
御動作を説明する。

【００４０】外部からの起動指示に応じてＣＰＵ１は図
６の制御手順を一定周期で実行する。

【００４１】すなわち、ＣＰＵ１は現時点で設定すべき
モータ１０の回転速度情報を読み出した後、ローダ１３
から入力された指示情報に基づき、選択する制御方式を
識別する（図６のステップＳ１０１，Ｓ１０２）。

【００４２】オープンループ制御方式が指示された場合
は、この方式の処理内容を規定した第１のサブルーチン
プログラム（ステップＳ１２１〜Ｓ１２３）を起動する
。セミクローズループ制御方式が指示された場合は、第
３のサブルーチンプログラム（ステップＳ１３１〜Ｓ１
３５）を起動する。

【００４３】このサブルーチンプログラムをステップＳ
１０１またはＳ１０２で起動するときのＣＰＵ１が本発
明の第１形態の第４制御手段として動作する。ａ）オー
プンループ制御方式での制御処理ＣＰＵ１はステップＳ
１００で読出した回転速度情報に対応する駆動電圧の設
定値をＥＥＰＲＯＭ４から読み出し、図１のＤ／Ａ変換
器８に対してデジタル出力する（図６のステップＳ１１
１）。このときの処理を実行するＣＰＵ１が図３のＦ／
Ｖ比率変換器２０として動作し、このときのＦ／Ｖ変換
比率は１００となる。

【００４４】この結果、Ｄ／Ａ変換器８からドライバ９
に対して設定電圧の指示が行われ、ドライバのモータ１
０に対する駆動電圧が指示電圧に可変設定される。図６
の第１のサブルーチン処理では、回転位置制御すなわち
、カウンタ１２の計数値を参照する処理は実行しないの
で、図３に示すオープンループ制御と同様の制御処理が
行われる。

【００４５】ｂ）クローズドループ制御方式での制御処
理ＣＰＵ１はカウンタ１２の計数値を読取り、カウンタ
１２を初期値“０”にリセットした後、ステップＳ１０
０で読出した速度情報をＰＧ１１の発生パルスに換算す
る。このパルス数とカウンタ１２の計数したパルス数の
差を計算することにより現在のモータ１０の回転速度，
回転位置の偏差を算出し、この偏差を解消するように読
出した速度情報の示す値を補正する。（図６のステップ
Ｓ１２１〜Ｓ１２２）。ＣＰＵ１は補正後の値を設定電
圧のデジタル値に変換してＤ／Ａ変換器８に出力する。

【００４６】ｃ）セミクローズドループ制御方式での制
御処理ＣＰＵ１は上述と同様ＥＥＰＲＯＭ４の設定用速
度情報の速度（およびまたは回転位置）とカウンタ１２
の計数値の示す計測の速度（およびまたは回転位置）に
ついての偏差およびその偏差により定まる修正値を算出
する（図６のステップＳ１３１〜Ｓ１３２）。

【００４７】次に、ＣＰＵ１は設定の速度に対する一定
比率（５０％〜１２０％）を乗じた速度およびその電圧
換算値を算出する。（図６のステップＳ１３３）。

【００４８】ＣＰＵ１は上述のステップＳ１３２で得ら
れた修正値の電圧換算値と、ステップ１３３で得られた
電圧換算値を加算することにより、ドライバ９に指示す
る設定速度（設定電圧）の値を求める（図６のステップ
Ｓ１３４）。

【００４９】この後、ＣＰＵ１はＤ／Ａ変換器８に設定
電圧値を指示して（図６のステップＳ１３５）、１回の
位置決め制御処理を終了する。

【００５０】以上の制御処理順序は図５に示すセミクロ
ーズドループ制御方式に示す処理順序となる。

【００５１】以上説明した第１実施例では３種の制御方
式の各々に対応したサブルーチンプログラムを選択的に
起動することにより多動の制御方式での位置決め制御を
行う例である。この例では各方式において共通する偏差
計算やＦ／Ｖ変換計算があるにもかかわらず、各サブル
ーチンプログラム内で別個にこれら計算用のプログラム
を組まなければならない。そこで、図６の制御手順と同
等の機能を果たし、プログラム容量を短縮するようにし
た制御手順を図７に示す。

【００５２】図７の制御手順では、設定電圧を決定する
ための演算式にはセミクローズド制御方式の演算式を用
いる。ただし、オープンループ制御方式の演算が指示さ
れた場合は偏差を用いないので（図３参照）、偏差値を
“０”と設定し、Ｆ／Ｖ比率を１００％として取り扱う
。

【００５３】また、クローズドループ制御方式を指示さ
れた場合は、Ｆ／Ｖ変換値を用いないので（図４参照）
、Ｆ／Ｖ変換値を“０”として取り扱う。

【００５４】以上、説明した実施例はＣＰＵ１がソフト
ウェアプログラムを実行することにより、Ｆ／Ｖ変換計
算，偏差計算を行う例であるが、それぞれ専用のデジタ
ル回路により上記計算を行うようにした回路構成を図８
に示す。

【００５５】図８の回路では指示スイッチ３１から２ビ
ットの数値を与えることで制御方式を指示する。デコー
ダ３２は入力された数値を解読することにより制御方式
を信号識別する。この識別結果に基づき、切換スイッチ
３３−１〜３３−３に対して接続方向指示信号を出力し
、図３〜図５の各制御方式と対応する信号系を構築する
。

【００５６】Ｆ／Ｖ比率変換器２０に対する比率の指示
は、制御方式毎に用いる比率を不図示のレジスタに記憶
しておき、デコーダ３２の制御方式の識別結果すなわち
、指示の制御方式に用いる比率をＦ／Ｖ比率変換器２０
に出力する。

【００５７】また、偏差カウンタ２１は計測速度と設定
速度の偏差をパルス数により算出するために、設定速度
情報とパルス周波数であらわす指令パルスを偏差カウン
タ２１に入力する。

【００５８】本例の場合、指示スイッチ３１が本発明第
２形態の指示手段として動作し、デコーダ３２および切
換スイッチ３３−１〜３３−３が信号制御手段として動
作する。

【００５９】以上、説明した実施例の他、次の例を実現
できる。

【００６０】１）第１実施例では制御方式の指示をロー
ダ１３により行うようにしているが、位置決め制御を規
定したプログラムの中で制御方式を指示してもよい。

【００６１】２）また、インタフェース６から入力する
動作指令に対応させ、制御方式をＣＰＵ１により自動選
択することもできる。例えば起動指示信号を入力したと
きはオープンループ制御方式を採用し、位置決め制御の
対象の機器が速度の制御対象範囲に位置したときはクロ
ーズドループ制御方式を採用し、停止信号により制御対
象機器が所定位置で停止している間はセミクローズドル
ープ制御方式を採用する。このように制御方式を切換え
ると、各制御方式の利点を生かし、きめ細やかな位置決
め制御を実行することができる。たとえばオープンルー
プ制御方式の演算処理は実行処理数が少ないので、図６
の制御手順の実行間隔を短くできる。また、クローズド
ループ制御方式は、制御対象機器が停止状態（設定速度
“０”）にあると、何らかの原因（たとえば振動）で制
御対象機器が移動しようとしてモータ１０が回転しても
偏差分の電圧の発生が制御回路から指示され、モータが
目標位置に復帰するという利点がある。

【００６２】このように外部からの動作指示信号で制御
方式を切換える場合、本発明第１，第２形態の指示手段
はインターフェース６となることは言うまでもない。

【００６３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
、一台の位置決め装置で多種の制御方式を選択的に実行
できるので、制御対象機器の動作状態に応じて制御方式
の切換え等従来ではできなかった位置決め制御が可能と
なり、位置決め制御の質を高めることに寄与することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例の基本構成を示すブロック図
である。

【図２】本発明第１実施例の具体的な回路構成を示すブ
ロック図である。

【図３】本発明第１実施例のオープンループ制御方式で
の制御系内容を示すブロック図である。

【図４】本発明第１実施例のセミクローズドループ制御
方式での制御系内容を示すブロック図である。

【図５】本発明第１の実施例のセミクローズドループ制
御方式での制御系内容を示すブロック図である。

【図６】図２のＣＰＵ１の実行する処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図７】図２のＣＰＵ１の実行する他の処理手順を示す
フローチャートである。

【図８】本発明第２実施例の回路構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１　　ＣＰＵ ２　　ＥＰＲＯＭ ３　　ＲＡＭ ４　　ＥＥＰ−ＲＯＭ ５，６，７　　インターフェース ８　　Ｄ／Ａ変換器 ９　　ドライバ １０　　モータ １１　　ＰＧ １２　　カウンタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電動機の駆動軸の回転位置を検出する
   位置検出手段と、該位置検出手段の検出結果を使用しな
   いでオープンループ制御方式で前記電動機を速度制御す
   ることの可能な第１の制御手段と、前記位置検出手段の
   検出結果を用いてクローズドループ制御方式で前記電動
   機を速度制御することの可能な第２の制御手段と、前記
   位置検出手段の検出結果を用いてセミクローズドループ
   制御方式で前記電動機を速度制御することの可能な第３
   の制御手段と、前記オープンループ制御方式，前記クロ
   ーズドループ制御方式，および前記セミクローズド制御
   方式のいずれかの制御方式を指示する指示手段と、当該
   指示された制御方式に対応の制御手段を動作可能状態に
   させる第４の制御手段と、を具えたことを特徴とする位
   置決め装置。
2. 【請求項２】　　電動機の駆動軸の回転位置を検出し、
   当該検出の回転位置，外部から指示された回転位置およ
   び外部から指示された速度に基づきセミクローズドルー
   プ制御方式で前記電動機の位置決め制御を行う制御回路
   を有する位置決め装置において、前記電動機の位置決め
   制御に際し、前記検出の位置および前記外部から指示さ
   れた回転位置のみを用いるクローズドループ制御方式，
   前記外部から指示された速度のみを用いるオープンルー
   プ制御方式のいずれかの制御方式のいずれかを指示する
   指示手段と、当該指示された制御方式の制御系となるよ
   うに前記制御回路の信号系を切換え接続する信号制御手
   段と を具えたことを特徴とする位置決め装置。