JPH05127753A - サーボモータの加減速運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーボモータの回転開始から停止までの区間
でモータに与える加速度の変化量を少なくし、追従性の
良い滑らかな回転を得る、サーボモータの加減速運転制
御方法を提供する。 【構成】 マイクロコンピュータを用いたサーボコント
ロールシステムにおいて、モータの加減速時に、各時刻
における速度をｓｉｎ関数を用いた近似、又は３次関数
を用いた近似によりサーボモータの位置指令値を出力
し、該指令値に基づきモータの帰還制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ−Ｙプロッタ等の自
動作画装置における、ディジタルサーボモータの制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ−Ｙプロッタ等の自動作画装置におい
て、サーボモータの回転軸に送りネジ等の回転−直線運
動変換機構を取付け、被駆動体であるペンを駆動して作
図する構成は周知であるが、かかる構成において、ペン
の移動速度，即ちサーボモータの回転速度は、図１６に
示すように、加速及び減速時の速度の増減変化が常に一
定の割合となるよう制御されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の制御方法に
おいては、作図時、加速度が一定値となるようペンの移
動速度が制御されるため、図１６に図示した、ペンの走
行速度が変化する近傍，即ち停止状態から加速状態（図
中、ａ点），加速状態から等速度状態（図中、ｂ点），
等速度状態から減速状態（図中、ｃ点），減速状態から
停止状態（図中、ｄ点）へ変化する近傍においては、加
速度の変化量が大きくなるため、ペンが振れて画質に乱
れが生じ、作図精度が劣下するという問題があった。

【０００４】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、作図の開始から終了迄、換言すればサーボモー
タの回転開始から停止までの区間でモータに与える加速
度の変化量を少なくし、追従性の良い滑らかな回転を得
る、サーボモータの加減速運転制御方法を提供しようと
するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、マイクロコ
ンピュータを用いてサーボモータの帰還制御を行うサー
ボコントロールシステムにおいて、サーボモータの速度
変化を正弦波形状に近似し、該速度変化に対応した位置
データが記憶されているメモリーを備え、(a)サーボモ
ータが移動すべき全移動距離より加（減）速移動距離を
設定するステップと、(b)前記加（減）速移動距離より
加速距離比・加速時間比を設定するステップと、(c)前
記メモリーの位置データを参照するステップと、(d)前
記参照された位置データと前記加速距離比よりサーボモ
ータの目標位置データを設定するステップと、(e)前記
目標位置データを基にサーボモータを駆動し、その位置
を帰還制御するステップと、(f)前記メモリーのデータ
を参照する位置を昇順又は降順するステップと、(g)前
記加速時間比より前記メモリーのデータを参照する位置
の状態を判断し、参照中の場合は前記ステップ (c)〜
(f)を繰り返し実行させ、参照終了の場合は前記メモリ
ーの参照処理を終了するステップとを含む、サーボモー
タの加減速運転制御方法によって達成される。

【０００６】又、上記目的は、マイクロコンピュータを
用いてサーボモータの帰還制御を行うサーボコントロー
ルシステムにおいて、(a)サーボモータが移動すべき全
移動距離より加（減）速移動距離を設定するステップ
と、(b)前記加（減）速移動距離よりサーボモータ駆動
時の最大速度，最大速度に達するのに要する時間及び加
速度変化係数を各々設定するステップと、(c)加速度変
化値を設定するステップと、(d)速度変化値を設定する
ステップと、(e)速度を設定するステップと、(f)目標位
置データを設定するステップと、(g)前記目標位置デー
タを基にサーボモータを駆動し、その位置を帰還制御す
るステップと、(h)経過時間の積算、又は前記最大速度
に達するのに要する時間の減算によりサーボモータの制
御位置に対応した経過時間を設定するステップと、(i)
前記経過時間により加速又は減速期間の経過状態を判断
し、加速又は減速期間中の場合は前記ステップ (c)〜
(h)を繰り返し実行させ、期間終了の場合前記目標位置
データの設定処理を終了するステップとを含む、３次関
数で近似したサーボモータの加減速運転制御方法によっ
ても達成される。

【０００７】

【作用】上記方法により、サーボモータの回転開始から
停止までの区間でモータに与える加速度変化量は小さく
なるのでペンの位置を制御する追従性が高まり、目標位
置に正確に駆動できると共に、走行状態は常に安定し、
作図精度は向上する。

【０００８】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳述
する。図１は、本発明の制御方法を実施するための、マ
イクロコンピュータを用いたサーボコントロールシステ
ムを示している。図中、１は回転軸に送りねじ等の回転
−直線運動変換機構が取り付けられていて図示しない被
駆動体であるペンを駆動制御して作図するためのサーボ
モータ、２はサーボモータ１を駆動するためＰＷＭ電流
増幅器よりなるドライバー、３はサーボモータ１の同軸
上に９０°の位相差を以て２ヶ所に設置されていてサー
ボモータ１の回転方向と回転量を検出するためのエンコ
ーダ、４はエンコーダ３からの回転検出パルスを積算す
るエンコーダカウンタ、５は装置外部又は内部からの被
駆動体の移動命令及び移動位置を設定入力するための入
力ポート、６はサーボモータ３を駆動して被駆動体を駆
動すべくドライバー２に駆動指令値を出力する制御用Ｃ
ＰＵである。

【０００９】この制御用ＣＰＵ６は図２に示す構成を有
している。図中、１１はメモリー（ＲＯＭ、ＲＡＭ）を
備えたマイクロコンピュータ、１２は外部より入力ポー
ト５を介して入力される移動量Ｔｒを基に基準時間毎に
モータの位置指令値Ｘ(t) を算出して後記するサーボコ
ントロール計算部１５に出力する位置指令値計算部、１
３，１４は夫々エンコーダカウンタ３からのカウント値
Ｅｃが入力されていて該カウント値を基に位置データＰ
ｄ，速度データＶｄを出力する位置計算部及び速度計算
部、１５は位置指令値計算部１２より出力される位置指
令値Ｘ(t) と位置計算部１３より出力される位置データ
Ｐｄとが等しくなるようサンプリング時間毎に逐次帰還
制御を行いドライバ２にトルク指令値Ｔｑを出力するサ
ーボコントロール計算部である。サーボモータ１の制御
終了後は、外部への応答信号として終了信号Ｃｅを位置
指令値計算部１２より出力するようになっている。制御
用ＣＰＵ６内のこれら各部は、内部のバスを介してマイ
クロコンピュータ１１に接続されており、マイクロコン
ピュータ１１はメモリーに格納されたプログラムに従っ
て、これら各部を制御するようになっている。

【００１０】かかる構成でなるサーボコントロールシス
テムにおける、本発明の制御方法は、マイクロコンピュ
ータ１１の計算処理により基準時間内に被駆動体である
ペンが到達すべき移動位置を、加減速期間において速度
−時間の関係が正弦波形状に近似できるように、位置指
令値計算部１２より位置指令値Ｘ(t)を出力し、該指令
値を基準としてサーボモータ１の帰還制御を行い、これ
を作図工程の全域に渡って処理することで、図３に示す
如く、サーボモータ１の回転速度変化を全域に渡って滑
らかなものとし、安定したペンの走行を得ようとするも
のである。かかる方法により、サーボモータ回転時の加
速度変化量は小さくなるので位置制御の追従性は高ま
り、ペンの走行状態は常に安定し、従って従来技術にお
いて問題であった作図精度不良を解消することができ
る。

【００１１】本発明においては、位置指令値Ｘ(t) の加
減速期間中の速度カーブを、ｓｉｎ関数で近似する方法
と３次関数で近似する方法との２種類の方法について実
施した。上記２種類の方法は、共に計算量が多くなるた
め、位置指令値計算部１２の内部は、図４に示す如く、
パラメータ計算部１２ａ，指令値計算部１２ｂの２つに
分けて処理を行う構成となっている。パラメータ計算部
１２ａにおいては、ペンの移動開始前，即ちサーボモー
タ１の回転前に、モータを制御するためのパラメータの
算出・設定を行い、指令値計算部１２ｂにおいては、該
パラメータを基にモータ回転中に、常時、制御値の算出
・出力を行うようになっている。更に、計算処理上の前
提事項として、ペンの移動速度をＶ，その最大速度をＶ
m ，等速移動距離をｍとしたとき、 （１）等速移動距離ｍを諸元データとして予め設定して
おく。 （２）加速期間と減速期間は対称的な速度変化になるも
のとする。速度Ｖ＝０〜Ｖm 迄の加速期間の速度カーブ
は、減速期間にはＶ＝Ｖm 〜０迄の、加速期間とは対称
的な速度カーブを示して速度が変化する。 （３）加速期間及び減速期間の平均加速度は、最大速度
Ｖm に関わらず一定となる。 （４）モーター等の負荷系の特性上、限界速度ＶM を設
け、ペンの移動距離が長くてもＶm ＝ＶM 以上の速度で
は動作させない。 の４点をシステム構成上の条件とする。

【００１２】実施例１ 本実施例は、加減速期間をｓｉｎ関数で近似して速度制
御を行う方法である。先ず、図５に示す加速期間の速度
曲線Ｖ(t) は、最大速度をＶm としたとき、次式（１−
１）のように定義される。

【数１】 但し、０≦ｎｔ≦πである。式（１−１）を簡略化する
と、次式（１−２）となる。

【数２】 加速期間中の移動距離をｘ(t) としたとき、距離ｘ(t)
は式（１−２）を積分することで求めることができる。

【数３】 但し、ｔ＝０でｘ(t) ＝０とし、積分定数は０となる。

【００１３】従って、上記式（１−３）の計算を加速期
間中に前記位置指令部１２で時々刻々と行い、これを位
置指令値Ｘ(t) として出力すれば、所望のｓｉｎ関数に
近似した速度カーブを得ることができる。しかし、マイ
クロコンピュータ１１において、上記式（１−３）に示
した、ｓｉｎ関数の計算を行うと演算処理に時間がかか
り過ぎて、実用的な速度制御を実現することができな
い。そこで、予め停止状態から任意の最大速度Ｖm に達
するまでの加速期間の移動距離ｘ(t) の値を計算し、こ
れをデータテーブルとしてメモリー中のＲＯＭに格納し
て利用するようにした。又、加速期間と減速期間とは対
称的な速度カーブとなるよう決めたので、減速期間には
加速期間とは反対の方向にデータテーブルを参照するよ
うになっている（図６参照）。

【００１４】このデータテーブルは、最大速度が、この
データテーブルに格納されている最大速度Ｖm より小さ
い場合にもデータテーブルを利用できるように、実際の
制御時間よりも短い時間単位で作成しておく。例えば、
制御用ＣＰＵ６における位置制御が１ｍｓの制御時間で
行われる場合、データテーブルのステップ幅は０．１ｍ
ｓ間隔となるように作成しておく。このステップ幅は、
細かい程精度が良くなるが、ＲＯＭの容量に限界がある
ため制限を受ける。従って、制御時間が１ｍｓ、データ
テーブルがステップ幅０．１ｍｓ間隔で作成されている
場合は、速度Ｖ(t) ＝０〜Ｖm まで加速するときはｔ
0、ｔ10、ｔ20と１０ステップ毎のテーブルのデータを
参照するようにする。

【００１５】更に、該データテーブルの中から、現在の
ペンの移動位置に対応した参照データを適宜正確に得る
ためのパラメータとして、加（減）速移動距離ｄと最大
速度Ｖm に達するまでの加（減）速距離Ｄとの比である
加速距離比β、最大速度Ｖm迄に達するに要する時間の
比である加速時間比γの２つを変数として計算上で用い
る。以下、これら変数を利用して参照データを求めるた
めの考え方と計算方法を説明する。

【００１６】図７に示す加速期間の速度変化曲線Ｖ1(t)
及びＶ2(t)において、Ｖ1(t)の最大速度Ｖm に達するま
での加速時間をｔm として、ｔm のＡ％の時刻の位置ｘ
1 は、ａ＝Ａ／１００とすると式（１−３）より、

【数４】 となる。但し、 ｎ1 ・ｔm ＝π ・・・・（１−５） 同様にしてＶ2(t)の最大速度Ｖ2 に達するまでの加速時
間をｔ2 とすると、ｔ2 のＡ％の時刻の位置ｘ2 は式
（１−３）より、

【数５】 となる。但し、 ｎ2 ・ｔ2 ＝π ・・・・（１−７） 式（１−４）及び式（１−６）より、位置比ｘ2 ／ｘ1
は、次式の如く示すことができる。

【数６】

【００１７】又、式（１−５）及び式（１−７）より、
ｎ1 ／ｎ2 ＝ｔ2 ／ｔm となるが、ここで、前記したシ
ステム構成上の前提条件として「最大速度が異なっても
その平均加速度は同じ」としているので、Ｖm ：ｔm ＝
Ｖ2 ：ｔ2 より、 ｎ1 ／ｎ2 ＝ｔ2 ／ｔm ＝Ｖ2 ／Ｖm ・・・・（１−９） となる。式（１−８）に式（１−９）を代入すると、

【数７】 となる。最大速度Ｖm に達するまでの加（減）速距離Ｄ
は上記ｘ1 、加（減）速移動距離ｄは上記ｘ2 に相当
し、又ｘ2 ／ｘ1 ＝一定値であるため、β＝ｄ／Ｄ＝ｘ
2 ／ｘ1 となる。故に、 β＝γ² ・・・・（１−１１） 従って、加速時間ｔm のＡ％のところまで加速した場
合、移動距離ｘ2は、 ｘ2 ＝β・ｘ1 ・・・・（１−１２） とあらわすことができる。従って、速度Ｖ2 まで加速す
る場合において、ｘ1 が予め前記データテーブルで与え
られていれば、加速距離比β＝ｄ／Ｄを求めることによ
り、式（１−１２）の計算でＶ2 まで加速するときの移
動距離ｘ2 を求めることができる。

【００１８】又、式（１−９），（１−１０），（１−
１１）より、 ｎ1 ／ｎ2 ＝√β となる。前記式（１−１）より、最高速度Ｖ2 までの加
速時間のＡ％迄の所要時間ｔは ｔ＝ａ・ｔ2 ＝ａ・π／ｎ2 となるので、

【数８】 従って、速度Ｖ2 まで加速する場合の経過時間ｔは前記
データテーブルの経過時間ｔn にβの平方根（√β）の
割合を積算した値に等しい。ここで、ａ・π／ｎ1 は、
データテーブル上で与えられている経過時間ｔn に相当
するので、ｔn ＝ａ・π／ｎ1 を式（１−１３）に代入
し、ｔn について展開すると、

【数９】 となる。又、この関係を加速時間比γについて展開する
と、

【数１０】 と示すことができる。尚、式（１−１４）において、β
＝１の場合、ｔn のステップ数が１の時はこの式のまま
で良いが、実際には、β＝１のときデータテーブルをｔ
s ステップ毎に読み出すようになっているので、計算処
理上の演算式は、

【数１１】 となる。

【００１９】図８乃至図１０は、上述の計算により算出
された変数を用い、最大速度Ｖm が限界速度ＶM 以下と
なる場合を含めて、データテーブルから参照データを得
て位置指令値Ｘ(t) を出力するまでの過程をフローチャ
ートにより示したものであり、図８のフローチャートに
示した処理は前記パラメータ計算部１２ａで、図９及び
図１０のフローチャートに示した処理は前記指令値計算
部１２ｂで行われるようになっている。尚、これらフロ
ーチャートで用いるパラメータは以下に示す通りであ
る。 Ｔ：全移動距離 ｍ：等速移動距離 ｄ：加（減）速移動距離 Ｄ：最大速度Ｖm に達するまでの加（減）速距離 Ｄa:（実際の）加速移動距離 ｘ(t):データテーブルに格納されている参照移動距離 ｔ：加（減）速の経過時間に対応する出力回数カウンタ
の値 ｔn:データテーブルの参照カウンタの値 ｔs:データテーブルの相対参照ステップ数 ｔm:最大速度Ｖm に達した時の参照カウンタの値 ｔ0:加速期間開始時のｔm の値 Ｘs:減速期間開始位置

【００２０】図において、Ｓ１でスタートし、Ｓ２にお
いて入力ポート５から全移動距離Ｔを入力する。Ｓ３に
おいて予め適当な値に決めておいた等速移動距離ｍから
加（減）速移動距離ｄを求める。Ｓ４においてｄと、加
（減）速距離Ｄとを比較し、ｄがＤより小さい場合はＶ
M まで加速できないので、Ｓ５において加速距離比β＝
ｄ／Ｄを求め、ｄがＤより大きい場合は移動距離が長く
ＶM に達するまで加速できるので、Ｓ６において加速距
離比βに１を入力する。Ｓ７においてβから加速時間比
γを求めてパラメータ計算部１２ａにおける処理を終了
し、位置指令値計算部１２ｂおける加速処理に移行す
る。

【００２１】加速処理においては、先ず、Ｓ８において
出力回数カウンタｔと加速時間比γからデータテーブル
参照カウンタｔｎを算出し、Ｓ９において加速処理の終
了のタイミングか否かを確認するため、このｔn と加速
終了カウンタｔm とを比較し、ｔn がｔm より大きけれ
ば加速を終了して等速処理へ移行し、ｔn がｔm より小
さければＳ１０においてデータテーブルのｔn に対応す
るデータを移動位置ｘ(t) として読み込む。Ｓ１１にお
いて該移動位置ｘ(t) にβを積算して実データＸ(t) に
変換し、位置指令値データＸ(t) としてサーボコントロ
ール計算部１５へ出力する。そして、サーボコントロー
ル計算部１５において、Ｘ(t) の値に基づきトルク値Ｔ
q を設定しサーボモータ１を制御する。Ｓ１２において
出力回数カウンタｔのカウントアップを行う。この場
合、位置指令値Ｘ(t) のタイムインターバルは等間隔な
ため出力回数のカウント値ｔは加速開始からの経過時間
を示している。そして、Ｓ１３においてタイマー割込み
により次の出力タイミングの起動がかかるまで位置指令
値計算処理をウェイトし、該応答の出力タイミングでス
テップＳ２へ戻り、上記処理を繰り返す。

【００２２】加速処理が終了すると等速処理に移行する
が、この場合、加速処理終了時点での最終位置指令値Ｘ
(tm)の移動量をＤm とすると、このＤm とそれまでの移
動量を加算して出力するようになっている。即ち、 Ｘ(tn+1)＝Ｘ(tn)＋Ｄm となる。等速処理は、（現在位置＋減速距離ｄ＋Ｄm ≦
全移動距離Ｔ）である間行われるようになっており、等
速期間終了と同時に、図１０にフローチャートで示した
減速処理に移行するようになっている。

【００２３】減速期間は、データテーブルのデータ参照
方向がｔm からｔ0 に向かい、加速期間のデータ処理シ
ーケンスの逆過程を行うようになっている。図１０にお
いて、Ｓ１４でデータテーブルの参照カウンタｔn を設
定し、Ｓ１５において減速終了のタイミングか否かの判
断を行い、ｔn がｔ0 より小さければＳ２１でペンの移
動，即ちサーボモータ１の駆動処理を終了し、ｔn がｔ
0 より大きければ、Ｓ１６においてデータテーブルのｔ
ｎに対応するデータを読み込みｘ(t) とする。Ｓ１７に
おいてｘ(t) と加速時間比βとの積ｘ′(t) を求めて実
データに変換し、更に、Ｓ１８で減速処理の速度カーブ
が前述した加速処理のカーブと対称な変化となるよう、
加速処理に要した距離Ｄa とｘ′（ｔ）との差を算出し
これに減速を開始する時点での位置データＸs を加えて
位置指令値Ｘ(t) として出力する。更にＳ１９におい
て、速度を減少させるべく出力回数カウンタｔのカウン
トダウンを行い、Ｓ２０において次の出力タイミングの
起動がかかるまで位置指令値計算処理をウェイトし、該
応答の出力タイミングでステップＳ１４へ戻り、上記処
理を繰り返すようになっている。

【００２４】以上説明した本実施例の方法により、加減
速期間においてサーボモータはｓｉｎ関数で近似された
位置指令値Ｘ(t) で位置制御されるから、その回転開始
から停止までの区間でモータに与える加速度変化量を小
さくすることができ、全工程において滑らかな回転を得
ることができる。従って、ペンの位置を制御する追従性
が高まり、目標位置に正確に駆動できると共に、走行状
態は常に安定し、作図精度を向上させることができる。

【００２５】実施例２ 本実施例は、加減速期間を３次関数を用いて近似して速
度制御する方法である。これは、図１１に示す、加速期
間において加速度の変化量が小さく滑らかな形状の速度
曲線Ｖ(t) を、ｔ＝０で極小値Ｖ０、ｔ＝ｔｍで極大値
Ｖｍをとる３次関数の一部とみなして近似し、該曲線に
沿った速度でサーボモータ１が駆動されるよう位置指令
値Ｘ(t) を算出するものである。

【００２６】図１１に示す速度曲線Ｖ(t) は、全体的に
は（ｔ＝−∞〜＋∞間）、右下がりの曲線形状となるた
め、Ｖ(t) の導関数Ｖ′(t) は次式であらわすことがで
きる。

【数１２】 但し、ａは正の定数である。式（２−１）を積分すると
Ｖ(t) が求まる。

【数１３】 ここで、ｔ＝０でＶ(0) ＝Ｖ0 よりＣ＝Ｖ0 、又、ｔ＝
ｔm でＶ(tm)＝Ｖm より Ｖm ＝−ａ（２ｔm −３ｔm ）ｔm ² ／６＋Ｖ0 となり、ａは、

【数１４】 となる。従って、式（２−２）は次のようにあらわすこ
とができる。

【数１５】 上記式（２−３）のｔ＝０〜ｔm の区間が、加速時の各
時刻に於けるペンの移動速度となり、この区間のＶ(t)
を求めることにより位置指令値Ｘ(t) が算出される。

【００２７】本実施例においては、演算の処理時間を短
縮させるため、近似的な計算を行って位置指令値Ｘ(t)
を算出しており、この計算方法を説明する。尚、本計算
で用いるパラメータは次の通りである。 Ｔ：全移動距離 ｍ：等速移動距離 ｄ：加（減）速移動距離 Ｄ：限界速度ＶM に達するまでの加（減）速距離 δ：Ｖ＝０〜Ｖm までの平均加速度 Ｄa:（実際の）加速移動距離 ｔ：計算上の出力カウンタの値 ｔs:サンプリングタイム ｔm:最大速度Ｖm に達するまで要する時間 Ｖ：速度 Ｖ0:初速度 ＡＡ：速度変化値 ＡＴ：加速度変化値 Ａ０：加速度変化係数 Ｘ：位置データ 尚、ｍ，δ，Ｖ0 の各値は予め設定する諸元データであ
る。

【００２８】先ず、加（減）速移動距離ｄは、全移動距
離Ｔと予め適当な値に決めておいた等速移動距離ｍから
求めることができる。

【数１６】 又、ｄは、図１１ において、ｔ＝０〜ｔm 間の加速に
要する距離なので、

【数１７】 となる。式（２−５）は次式に変形することができる。

【数１８】 ここで、ｔm について「ｔm はＶ＝０〜Ｖm まで加速度
δで等加速した時の所要時間と同じ」という条件をつけ
ると、Ｖm ＝δ・ｔm となり、これをｔm について展開
し、式（２−６）に代入すると、

【数１９】 となり、更にこの式を変形すると、

【数２０】 となる。この式（２−７）をＶm について展開すると、
下記式（２−８）を求めることができる。

【数２１】 但し、Ｖm ＞０，Ｖ0 ≧０である。従って、上記式（２
−４），（２−６），（２−８）より、Ｖm 及びｔm を
全移動距離Ｔ及び平均加速度δより求めることができ
る。但し、計算上Ｖm が最高速度ＶM を越えてしまうと
きは、ｍの値を調整することが必要となる。

【００２９】次に、算出されたＶm 及びｔm を基に、モ
ータ駆動中に常時制御・設定される変数、速度Ｖ，速度
変化値ＡＡ及び加速度変化値ＡＴの求め方について説明
する。モータ駆動中に常時制御・設定される変数のう
ち、位置をｘ，速度をｖ，初速度をｖ0 ，加速度をα，
加速度変化をα′として、これら変数を設定するサンプ
リング間隔をｔｓとすると、モータの駆動開始から、
（ｎ・ｔs ）秒後の被駆動体たるペンの位置をＸn とし
たとき、位置Ｘn におけるペンの速度は、

【数２２】 と近似することができる。

【００３０】ここで、Ｖ＝ｔs ・ｖ，Ｖ0 ＝ｔs ・ｖ0
とすると、Ｖは単位時間ｔs 間の位置の増分であり、初
速度Ｖ0 は同じディメンジョンでの初期位置となる。こ
れを整理すると、 Ｘn ＝Ｘn-1 ＋Ｖn ＋Ｖ0 ・・・・（２−９） となる。同様に、Ｘn における加速度αは、

【数２３】 と近似することができる。これを、単位時間あたりの速
度変化値ＡＡ＝α・ｔs とおいて展開し、Ｘn における
速度Ｖn を求めると、 Ｖn ＝Ｖn-1 ＋ＡＡn ・・・・（２−１０） となる。又、Ｘn におけるα′の変化値は、αを微分す
ることにより求めることができる。

【数２４】 ここで、単位時間あたりの加速度変化値ＡＴ＝α′・ｔ
s とおいて展開し、Ｘn における速度変化値ＡＡn を求
めると、 ＡＡn ＝ＡＡn-1 ＋ＡＴn ・・・・（２−１１） となる。一方、式（２−３）よりα′は、

【数２５】 と求めることがきる。上記式（２−１２）において、Ｖ
m 及びｔm の値はモータ駆動前に与えられる。そこで、
Ｘn におけるＡＴn を求めるため、加速度変化係数Ａ０
を、

【数２６】 と設定し、ＡＴn を求めると、 ＡＴn ＝Ａ０・（ｔm −２ｔn ） ・・・・（２−１３） となる。

【００３１】従って、上述した計算方法により、加速期
間におけるモータの駆動開始からｔn 秒後のペンの位置
Ｘn は、先ずＡＴn を求め、次にこの値に基づいてＡＡ
n を、更にＶn と順次単位時間あたりの加速度及び速度
変化値を求めることにより算出できる。又、減速期間に
おいては、算出手順が加速期間とは逆となる。加減速の
各々の期間について計算手順をまとめると、下記の如く
整理できる。 （加速期間） ＡＴn ＝Ａ０・（ｔm −２ｔn ） ＡＡn ＝ＡＡn-1 ＋ＡＴn Ｖn ＝Ｖn-1 ＋ＡＡn Ｘn ＝Ｘn-1 ＋Ｖn ＋Ｖ0 但し、ｔn は、０からｔm 迄サンプリングタイムｔs 刻
みで変化する。 （減速期間） Ｘn ＝Ｘn-1 ＋Ｖn ＋Ｖ0 Ｖn+1 ＝Ｖn −ＡＡn ＡＡn+1 ＝ＡＡn −ＡＴn ＡＴn+1 ＝Ａ０・（ｔm −２ｔn ） 但し、ｔn は、ｔm から０迄サンプリングタイムｔs 刻
みで変化する。

【００３２】図１２乃至図１５は、上述した算出手順に
より所望の速度曲線Ｖ(t) を算出し、位置指令値Ｘ(t)
を出力するまでの過程をフローチャートにより示したも
のである。図１２のフローチャートに示した処理は前記
パラメータ計算部１２ａで、図１３乃至図１５のフロー
チャートに示した処理は前記指令値計算部１２ｂで行わ
れるようになっている。

【００３３】図において、Ｓ１でスタートし、Ｓ２にお
いて入力ポート５から全移動距離Ｔを入力する。Ｓ３に
おいて加速距離ｄを求め、Ｓ４においてｄと限界速度Ｖ
M まで達するのに要する加速距離Ｄとを比較し、ｄ＞Ｄ
の場合は最大速度Ｖm がＶMを越すことのないようＳ５
においてｄの値を調整し、ｄ≦Ｄの場合はステップＳ６
に移行する。Ｓ６においてにＶm を、Ｓ７においてＶm
に達するのに要する時間ｔm を、Ｓ８において加速度係
数Ａ０を夫々算出してパラメータ計算部１２ａにおける
処理を終了し、位置指令値計算部１２ｂおける加速処理
に移行する。

【００３４】加速処理では、先ず、Ｓ９，Ｓ１０におい
て各変数の初期設定を行い、パラメータ計算部１２ａで
設定されたパラメータを基に、Ｓ１１において加速度変
化値ＡＴを、Ｓ１２において速度変化値ＡＡを、Ｓ１３
において速度Ｖを、Ｓ１４において位置データＸを順次
算出する。Ｓ１５において位置データＸを位置指令デー
タＸ(t) に変換し、サーボコントロール計算部１５へ出
力する。そして、サーボコントロール計算部１５におい
ては、Ｘ(t) の値に基づきトルク値Ｔq を設定しサーボ
モータ１を制御する。Ｓ１６において出力回数カウンタ
ｔのカウントアップを行い、Ｓ１７においてｔとｔm の
ディメンジョンを夫々調整して値を比較し、ｔ＞ｔm の
場合はＳ１８においてこのときの変数ｔ，Ｖ，ＡＡ及び
ＡＴを保存すると共に位置データＸを加速移動距離Ｄa
に設定して等速処理に移行し、ｔ≦ｔm の場合はＳ１９
で次の出力タイミングまで位置指令値計算処理をウェイ
トする。そして、該応答の出力タイミングでステップＳ
１１へ戻り、上記処理を繰り返す。

【００３５】等速処理は、Ｓ２０，２１において加速処
理終了時点で保存しておいたＸ及びＶとＶ0 を加算して
位置指令値Ｘ(t) を出力し、Ｓ２２において等速終了の
タイミングか否かの判断を行い、終了であれば減速処理
へ移行し、終了でなければＳ２３を介してステップＳ２
３へ戻り上記処理を繰り返すようになっている。

【００３６】減速処理では、加速処理終了時に保存して
おいた変数Ｄa ，ｔ，Ｖ，ＡＡ及びＡＴより、Ｓ２４，
２５において位置データＸを求めてこれを位置指令値Ｘ
(t)に変換してサーボコントロール部１５に出力し、更
にＳ２６においてＶを、Ｓ２７においてＡＡを、Ｓ２８
においてＡＴを順次算出する。そして、Ｓ２９において
ｔのカウウントダウンを行い、Ｓ３０においてｔと０と
比較することにより減速終了のタイミングか否かの判断
を行い、ｔ≧０であればＳ３１において次の出力タイミ
ングまで計算処理をウェイトしてからステップＳ２４に
戻り減速処理を続行し、ｔ＜０であればＳ３２にて処理
を終了するようになっている。

【００３７】以上説明した本実施例の方法により、加減
速期間においてサーボモータは３次関数で近似された位
置指令値Ｘ(t) で位置制御されるから、その回転開始か
ら停止までの区間でモータに与える加速度変化量は分散
されて小さくすることができ、全工程において滑らかな
回転を得ることができる。従って、ペンの位置を制御す
る追従性が高まり、目標位置に正確に駆動できると共
に、走行状態は常に安定し、作図精度を向上させること
ができる。又、加速開始時に初速度Ｖ0 を与えることで
モータの応答性を良くすることができ、更に、簡単な計
算で各々のパラメータを設定できるので、前述した実施
例１の如きデータテーブルは不要となるばかりか処理速
度においても優れている。

【００３８】尚、本発明の方法は、上述したＸ−Ｙプロ
ッタ等の自動作画装置に限らず、ディジタルサーボモー
タを用いた様々な装置，機械等において、制御の追従性
を高める手段としての応用が可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の加減速運
転制御方法によれば、サーボモータ回転時、特に加減速
期間においてモータに与える加速度変化量を小さくする
ことができ、全工程において滑らかな回転を得ることが
できる。従って、ペンの位置を制御する追従性が高ま
り、目標位置に正確に駆動できると共に、走行状態は常
に安定し、作図精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するためのサーボコントロー
ルシステムの構成を示す図である。

【図２】図１における制御用ＣＰＵの構成を示す図であ
る。

【図３】本発明方法によるサーボモータの速度特性を示
す図である。

【図４】図２における位置指令値計算部の構成を示す図
である。

【図５】実施例１における加速期間のサーボモータの速
度特性を示す図である。

【図６】実施例１で使用されるデータテーブルの参照方
法を説明するための図である。

【図７】実施例１におけるパラメータ算出方法を説明す
るための図である。

【図８】実施例１におけるパラメータ計算部の作動シー
ケンスを示すフローチャートである。

【図９】実施例１における加速期間の作動シーケンスを
示すフローチャートである。

【図１０】実施例１における減速期間の作動シーケンス
を示すフローチャートである。

【図１１】実施例２における加速期間のサーボモータの
速度特性を示す図である。

【図１２】実施例２におけるパラメータ計算部の作動シ
ーケンスを示すフローチャートである。

【図１３】実施例２における加速期間の作動シーケンス
を示すフローチャートである。

【図１４】実施例２における等速期間の作動シーケンス
を示すフローチャートである。

【図１５】実施例２における減速期間の作動シーケンス
を示すフローチャートである。

【図１６】従来の制御方法によるサーボモータの速度特
性を示す図である。

【符号の説明】

１ サーボモータ ２ ドライバー ３ エンコーダ ４ エンコーダカウンタ ５ 入力ポート ６ 制御用ＣＰＵ １１ マイクロコンピュータ １２ 位置指令値計算部 １３ 位置計算部 １４ 速度計算部 １５ サーボコントロール計算部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロコンピュータを用いてサーボモ
   ータの帰還制御を行うサーボコントロールシステムにお
   いて、 サーボモータの速度変化を正弦波形状に近似し、該速度
   変化に対応した位置データが記憶されているメモリーを
   備え、(a)サーボモータが移動すべき全移動距離より加
   （減）速移動距離を設定するステップと、(b)前記加
   （減）速移動距離より加速距離比・加速時間比を設定す
   るステップと、(c)前記メモリーの位置データを参照す
   るステップと、(d)前記参照された位置データと前記加
   速距離比よりサーボモータの目標位置データを設定する
   ステップと、(e)前記目標位置データを基にサーボモー
   タを駆動し、その位置を帰還制御するステップと、(f)
   前記メモリーのデータを参照する位置を昇順又は降順す
   るステップと、(g)前記加速時間比より前記メモリーの
   データを参照する位置の状態を判断し、参照中の場合は
   前記ステップ (c)〜 (f)を繰り返し実行させ、参照終了
   の場合は前記メモリーの参照処理を終了するステップと
   を含む、サーボモータの加減速運転制御方法。
2. 【請求項２】 マイクロコンピュータを用いてサーボモ
   ータの帰還制御を行うサーボコントロールシステムにお
   いて、(a)サーボモータが移動すべき全移動距離より加
   （減）速移動距離を設定するステップと、(b)前記加
   （減）速移動距離よりサーボモータ駆動時の最大速度，
   最大速度に達するのに要する時間及び加速度変化係数を
   各々設定するステップと、(c)加速度変化値を設定する
   ステップと、(d)速度変化値を設定するステップ、(e)速
   度を設定するステップと、(f)目標位置データを設定す
   るステップ、(g)前記目標位置データを基にサーボモー
   タを駆動し、その位置を帰還制御するステップと、(h)
   経過時間の積算、又は前記最大速度に達するのに要する
   時間の減算によりサーボモータの制御位置に対応した経
   過時間を設定するステップと、(i)前記経過時間により
   加速又は減速期間の経過状態を判断し、加速又は減速期
   間中の場合は前記ステップ (c)〜 (h)を繰り返し実行さ
   せ、期間終了の場合前記目標位置データの設定処理を終
   了するステップとを含む、３次関数で近似したサーボモ
   ータの加減速運転制御方法。