JPH04507A - 回転体の位置決め制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、例えば工作機械の主軸等を定位置に停止さ
せるに好適な回転体の位置決め制御装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 第６図は例えば特開昭６２−８［１４１１号公報に開示
された従来の位置決め制御装置の概略構成図である。

図において、（１）はフィードバック制御系を構成する
制御装置、（２）はこの制御装置（１）の指令によって
速度制御される電動機、（３）は電動機軸、（４）はこ
の電動機軸（３）に結合された歯車、（５）はこの歯車
（４）に噛合う歯車、（６）は歯車（５）と結合した回
転軸で、工作機械の主軸となる。（７）は回転軸（６）
の端部に結合された小歯車、（８）は小歯車（７）と噛
合う小歯車、（９）は小歯車（８）に結合された位置検
出器、（１０）は電動機（２）に取付けられ、その回転
に応じてパルスを発生するパルスエンコーダである。

第７図は上述の制御装置（１）の詳細な構成を示すブロ
ック図であり、第６図と同一の符号を付した部分は同一
の要素を示している。図において、（１１）はＲＯＭ、
ＲＡＭ、バッファを備えるマイクロコンピュータで、ス
イッチ類を除いてその機能をブロックで示す。（１２）
は位置検出器（９）が１回転して出力するｎパルスを４
逓倍するカウンタ、（１３）は位置検出器（９）が１回
転して出力するｎノくルスをそのまま計数するカウンタ
である。（１４）はカウンタ（１２）、　（１３）の計
数値に基づいて電動機（２）の速度指令を演算する位置
制御回路、（１５）はパルスエンコーダ（１０）の出力
パルス数を計数してＮビット、例えば８ビツトの速度フ
ィードバック信号を出力する速度検出回路、（１６）、
　（１７）は位置制御回路（１４）から出力される速度
指令信号と、速度検出回路（１５）から出力される速度
フィートノくツク信号との偏差を演算する速度ループ比
例ゲイン回路及び速度ループ積分ゲイン回路、（１８）
は速度ループ比例ゲイン回路（１６）と速度ループ積分
ゲイン回路（１７）の演算出力に基づいて電流指令を演
算する速度制御回路である。

（１９）は電動機（２）を駆動するときに流れる電流を
検出する電流検出器、（２０）は電流検出器（１９）で
検出された電流をデジタル信号に交換し、電流フィード
バック信号を出力する電流検出回路、（２１）は速度制
御回路（１８）から出力される電流指令信号と、電流検
出回路（２０）から出力される電流フィトバック信号と
の偏差を演算する電流ループ比例ゲイン回路、（２２）
は電流ループ比例ゲイン回路（２１）の電流制御信号を
電動機（２）に加えるＰＷＭ回路である。（２３）は減
速のための第１の速度指令信号、（２４）は第２の速度
指令信号、（２５）は停止位置指令信号、（２６）は第
１の速度指令信号（２３）と速度検出回路（１５）から
の速度フィードバック信号とが一致したとき、“Ｈ”の
信号を出力する速度到達回路、（２７）はギヤ比設定値
を読込むギヤ比読込回路、（２８）は停止位置指令信号
（２５）を読込む位置データ読込回路である。（２９）
はギヤ比設定器、（３０）は位置ループゲイン回路、（
３１）はこの位置ルブゲイン回路（３０）のゲインを設
定する位置ループゲイン設定器、（３２）は速度ループ
比例回路（１６）と速度ループ積分ゲイン回路（１７）
のゲインを設定する速度ループゲイン設定器、（３３）
は位置ループ切換後の電流ループゲインを設定する電流
ループゲイン設定器、（３４）は位置データ読込回路（
２８）の出力によって動作を開始するタイマ回路、（３
５）はこのタイマ回路（３４）のタイムアツプ後、速度
ループ比例ゲイン回路（１６）のゲインを高く設定し得
る速度ループゲイン切換回路である。

上記のような制御装置（１）の構成に基づき、この従来
技術と後述するこの発明の実施例とを対比する第３図を
も参照して、動作を説明する。

先ず、制御装置（１）か電動機（２）に速度制御信号を
加えると、電動機（２）が回転して歯車（４）。

（５）の歯数比、すなわちギヤ比で決まる速度で回転軸
（６）が駆動される。このとき、小歯車（７）。

（８）を介して位置検出器（９）が回動され、回転軸（
６）の位置データが制御装置（１）にフィードバックさ
れる。また、パルスエンコーダ（１０）が電動機（２）
の回転に応じた個数のパルス信号を制御装置（１）に加
える。そこで、制御装置（１）は位置検出器（９）の出
力に基づいて演算した速度指令信号と、パルスエンコー
ダ（１０）のパルスを計数して得られる速度フィードバ
ック信号とを比較し、その差が零になるような速度制御
信号を電動機（２）に加えて回転軸（６）を定位置に停
止させる。

ここで、位置検出器（９）は第３図（ｂ）　、　（ｃ）
　。

（ｄ）に示すように、回転軸（６）の１回転についてパ
ルスがｎ個含まれ、互いに位相が異なるパルス信号（９
ａ）、　（９ｂ）と、回転軸（９Ｃ）の１回転について
１個のパルスが含まれるパルス信号（９Ｃ）とが出力さ
れる。このうち、パルス信号（９ａ）、　（９ｂ）はカ
ウンタ（１２）によってパルス数が４逓倍され、パルス
信号（９ｃ）はカウンタ（１２）によってそのまま電圧
に対応した値に変換される。

次に、第３図（ａ）に示したように、時刻ｔ１で定位置
停止指令信号が加えられると、位置制御回路（１４）は
スイッチＳＷＩ、ＳＷ２を閉成して、通常の運転速度よ
りも小さい第１の速度指令信号（２３）を速度制御回路
（１８）に加えると同時に、ギヤ比読込回路（２７）に
よってギヤ比設定値（２９）を読込む。そして、電動機
（２）が減速され、時刻ｔ２で第１の速度に到達すると
、第１の速度指令信号（２３）と速度検出回路（１５）
の速度フィードバック信号が等しくなるので、速度到達
回路（２６）が“Ｈ“の信号を出力し、この信号の立上
がりのタイミングでスイッチＳＷ５を閉成させる。

このスイッチＳＷ５の閉成によってカウンタ（１３）の
出力信号が位置データ読込回路（２８）に加えられ、電
動機（２〉の正転側はその信号が立上がるタイミングで
、逆転側はその立下がりのタイミングでそれぞれ停止位
置指令信号（２５）の読込みと、カウンタ（１２）によ
るパルス信号（９ａ）、　　（９ｂ）の４逓倍計数動作
とが開始される。そして、カウンタ（１３）の計数値が
第１の減速点に対応する値に到達すると、位置データ読
込回路（２８）がスイッチＳＷ１、ＳＷ２を開放すると
共に、スイッチＳＷ３゜ＳＷ４を閉成する。これによっ
て、第２の速度指令信号（２４）が速度制御回路（１８
）と電流ループ比例ゲイン回路（２１）を介してＰＷＭ
回路（２２）に加えられると同時に、ギヤ比設定値（２
９）がギヤ比読込回路（２７）で読込まれる。したがっ
て電動機（２）は第２の速度に低下するが、第２の減速
点の計数値に到達する時刻ｔ４で位置データ読込回路（
２８）がスイッチＳＷ６を閉成する。

かくして、停止位置指令信号（２５）と位置検出器（９
）のパルス信号（９ａ）、　（９ｂ）に基づいて演算さ
れる速度指令信号と、速度検出回路（１５）の速度フィ
ードバック信号とを突き合わせた偏差によって電動機（
２）が速度制御され、停止位置指令信号（２６）のカウ
ントパルスの位置で回転軸（６）が停止する。

第２の減速点以降、電動機（２）が減速を開始して目標
停止点に停止する場合は、タイマ回路（３４）は第２図
（ｂ）及び第３図（ｆ）に示すように、目標停止点に対
して僅かに速い時刻ｔ５に於いて動作を開始し、その設
定時間が経過したときに停止完了信号を出力するように
セットされている。この停止完了信号が出力されると、
それ以後は速度ループ比例ゲイン回路（１６）に対して
ゲイン切換信号（３０ａ）が加えられ、電動機（２）の
停止中は速度ループ比例ゲイン設定器（３２）で設定さ
れる値より大きな速度ループ比例ゲインに切換えられる
。第８図は第２の減速点の検出以降における処理手順を
示すフローチャートである。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の回転体の位置決め制御装置は以上のように構成さ
れ、定位置停止中の電動機の制御系の速度ループ比例ゲ
インは、第２の減速点から定位置に停止するまでにおけ
る速度ループ比例ゲインより大きな値に切換えられる。

この場合は電流ループ比例ゲインは同一に設定されてい
るが、検出される偏位に対する剛性を高めるには、制御
系の各要素のゲインの間に、電流ループ比例ゲイン〉速
度ループ比例ゲイン〉位置ループ比例ゲイン、という相
互の関係が必要である。したがって速度ループ比例ゲイ
ンを大きくできる幅には限界があるため、回転体が停止
中の偏位に対する剛性を十分得ることができないという
問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、回転体の停止位置精度を大幅に向上させ得ると
共に、偏位に対する剛性を上げることのできる回転体の
位置決め制御装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段〕 この発明に係る回転体の位置決め装置は、回転体が設定
停止位置に対応して減速を開始した所定点で動作を開始
し、目標停止時刻に信号を発生するタイマ回路に応動し
て電流ループ比例ゲインを高い方に切換え設定し得る電
流ループ比例ゲイン切換え手段を備えたものである。

［作用］ この発明においては、回転体が位置決め停止の状態のと
きに、電動機の制御系において電流ループ比例ゲインを
高く設定器えすることにより、停止位置精度及び偏差に
対する剛性が高くなる。

［実施例コ 第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
あり、第７図に示した従来の装置と同−又は相当部分に
は同じ符号を付し、説明を省略する。この発明において
は、位置データ読込回路（２８）の出力によって動作を
開始するタイマ回路（３４）のタイムアツプ後、電流ル
ープ比例ゲインを切換える電流ループゲイン切換回路（
３６）を新たに付加した点が従来例を示した第７図の構
成と相違している。

以下、この実施例の動作を新たに追加した前記の電流ル
ープゲイン切換回路（３６）を中心にして、第２図から
第４図を参照して説明する。

第２図（ａ）に示すように、位置データ読込回路（２８
）が第２の減速点に入った信号を出力すると、位置ルー
プゲイン設定器（３１）のリニアゾーンに入り、電動機
（２）は減速を開始して目標停止点に停止する。タイマ
回路（３４）は第２図（ｂ）及び第３図（ｆ）に示すよ
うに、電動機（２）が目標停止点に停止するより僅かに
速い時刻ｔ５において動作を開始し、その設定時間の経
過後に停止完了信号を出力する。この信号が出力された
以後、速度ループゲイン切換回路（３５）によって速度
ループ比例ゲイン回路（１６）に対するゲイン切換信号
（３０ａ）が加えられると共に、電流ループゲイン切換
回路（３Ｂ）によって電流ループ比例ゲイン回路（２１
）にも同様にゲイン切換信号（３０ａ）が加えられる。

こうして、回転軸（２）が位置決め停止している状態で
は、速度ループ比例ゲインは速度ループゲイン設定器（
３２）によって設定された値よりも大きく、また電流ル
ープ比例ゲインは電流ループゲイン設定器（３３）によ
る値よりも大きく設定されるため、停止位置精度及び停
止中の偏位に対する剛性を上げることができる。第４図
はこの処理手順を示すフローチャートである。

なお、一般にフィードバック制御において、フィードバ
ックループの内側にさらにフィートバックル〜ブを有す
る制御系では、外側のループゲインは内側のループゲイ
ンの１／３〜１／４にすることカ望マしく、通常の運転
状態においてもこの関係が保持されている。位置決め停
止後に速度ループ比例ゲインを大きくする場合において
も、その内側のフィードバックループである電流制御ル
ープの電流ループ比例ゲインも同時に大きくすることが
必要であり、この発明はこの条件を満たすものである。

第５図はこの発明の他の実施例の構成を示すブロック図
である。前述の実施例では速度ループ比例ゲインと、電
流ループ比例ゲインを切換える例を示したが、第５図の
実施例では位置ループゲイン切換回路（３７）を付加す
ることによって、位置ループ比例ゲイン、速度ループ比
例ゲイン及び電流ループ比例ゲインの三者をタイマ回路
（２４）のタイムアツプ出力によって同時に切換え、前
記実施例と同様な効果を得るものである。

この場合、留意すべき点として、各ループのゲインの関
係は（電流ループ比例ゲイン〉速度ループ比例ゲイン〉
位置ループ比例ゲイン）のように、電流ループ比例ゲイ
ンが最も大きくなるようにしなければならない。

また、簡易型として電流ループ比例ゲインのみを切換え
るものとすることも可能である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、位置決め停止中のみ速
度ループ比例ゲイン及び電流ループ比例ゲインを高い方
に切換え設定しているので、回転体の停止位置精度及び
偏位に対する剛性を著しく大きくすることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図及び第３図はそれぞれその動作を従来装置と関連
づけて説明するタイムチャート、第４図は同じくその動
作を説明するためのフローチャート、第５図はこの発明
の他の実施例の構成を示すブロック図、第６図は従来の
回転体の位置決め制御装置の概略構成図、第７図はその
制御装置の詳細を示すブロック図、第８図はその動作を
説明するためのフローチャートである。 図において、（１）は制御装置、（２）は電動機、（６
）は回転軸、（９）は位置検出器、（１４）は位置制御
回路、（２１）は電流ループ比例ゲイン回路、（３４）
はタイマ回路、（３６）は電流ループゲイン切換回路で
ある。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電動機によって駆動される回転体の位置を検出した位置
   検出記号と、前記回転体の停止位置を設定して得られる
   停止位置指令とに基づいて前記回転体を定位置に停止さ
   せる回転体の位置決め制御装置において、 前記回転体が減速を開始した所定点で動作を開始し目標
   停止時刻に信号を発生するタイマ回路と、このタイマ回
   路の信号に応動して電流ループ比例ゲインを高い方に切
   換え設定する電流ループゲイン切換手段とを備えたこと
   を特徴とする回転体の位置決め制御装置。