JPH06343280A

JPH06343280A - 位置決め装置

Info

Publication number: JPH06343280A
Application number: JP6091391A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Ito; 茂伊藤; Isao Takahashi; 勲高橋
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】スライディングモード法による位置決め精度
を高める。【構成】モータ１を停止制御するためのブレーキ５は
スイッチ１０によってオン・オフ制御される。演算回路
２２で形成されたスライディングモード法に従う信号Ｓ
はファジィ制御装置２７に入力し、ここでファジィ推論
に基づく制御量が決定される。スイッチ１０は制御量に
対応してオン・オフし、ブレーキ５による制動量が制御
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータを使用している
機械装置または運搬装置において移動物体を目標位置に
正確に停止させるための位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータで駆動されている移動物体を目標
位置に停止させるためにモータまたは移動物体に制動装
置（ブレーキ）を設けることは公知である。またその制
動装置の制動力をスイッチによりスライディングモード
法に従いオン・オフ制御し停止精度を向上させることは
特願平１−２３８７２６号明細書、図面に記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記特許出願ではスラ
イディングモード法に従う信号（Ｓ）が加速を示してい
るか減速を示しているかを判断し、減速を示している時
は前記制動装置を制動力が生じるように制御していた。
しかし、制動装置の制動力は使用頻度等により変化し、
また負荷の慣性も変わる。また、使用頻度による制動力
の変化や負荷の変化等は規則性に乏しい。従って、この
制御方法では充分な停止制度が得られなかった。

【０００４】そこで、本発明の目的は簡単な構成で精度
の高い位置決めを達成することができる装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、モータの回転子または前記モータによって
駆動される移動物体を目標位置に位置決めするための装
置であって、電磁石をオンまたはオフにすることによっ
て前記モータまたは前記移動物体に制動を加えるための
制動装置と、前記目標位置を得る時に前記モータに対す
る電力供給を遮断するための第１のスイッチと、前記制
動装置に対する電力供給をオン・オフするための第２の
スイッチと、前記モータまたは前記移動物体の現在位置
を示す現在位置データを得るための位置検出装置と、前
記目標位置を示すデータを与える目標位置データ発生装
置と、前記現在位置データと前記目標位置データとを比
較して位置偏差Δθを発生する位置偏差信号形成回路
と、前記モータまたは前記移動物体の速度ωを示す速度
データと前記位置偏差信号とに基づいてスライディング
モード法に従う信号Ｓを形成し、前記スライディングモ
ード法に従う信号Ｓを入力として前記制動装置の制動量
をファジィ推論により決定し、この制動量に対応した制
動が生じるように前記第２のスイッチを制御する制御回
路とを有していることを特徴とする位置決め装置に係わ
るものである。

【０００６】なお、ファジィ推論に基づく制御を選択的
に行うように構成することが望ましい。

【０００７】

【作用】上記発明において、第１のスイッチは、目標位
置よりも前でモータの給電を停止する。第２のスイッチ
は制動装置を断続的に作動させるためのものである。制
動装置が断続的に作動すると、モータまたは移動物体を
目標位置に円滑かつ迅速に停止させることが可能にな
る。制御回路はスライディングモード法に従う信号を出
力し、さらにこの信号により制動装置の制動力をファジ
ィ推論により決定する。第２のスイッチはファジィ推論
で決定された制動量が得られるようにオン・オフ制御さ
れる。これにより、モータまたは移動物体の速度が目標
制御ラインに沿う。スライディングモード法による制御
状態を示す信号Ｓは、位置偏差Δθを示す一方の軸と速
度ωを示す他方の軸を有する直行座標上に、位置偏差Δ
θと速度ωとの望ましい関係を示す目標制御ラインを設
定し、モータまたは移動物体が現在の位置偏差において
目標制御ライン上の理想速度にあるか否かを示すように
決定される。次に目標制御線に対する偏差を示すＳを実
際の制動量に変換する手段としてファジィ推論による手
法を取り入れる。ファジィ推論による制動力の決定は、
前記Ｓを前件部変数とし、あらかじめ設定されているフ
ァジィ変数により各制御ルールに対する適合度が決定さ
れる。次に、後件部として各制御ルールに従いそのルー
ルでのファジィ値が導かれる。最終的なファジィ推論結
果は、各ルールから得られたファジィ値とその適合度か
ら重み付き平均法により算出される。なお、ファジィ推
論による制御を常に行わずに、必要に応じてスライディ
ングモード法に従う信号Ｓによる制御を行うようにすれ
ば、より円滑且つ正確な制御が可能になる。

【０００８】

【第１の実施例】次に、図１〜図７を参照して本発明の
第１の実施例に係わる位置決め装置を説明する。

【０００９】三相誘導電動機から成る交流モータ１は第
１のスイッチ２を介して交流電源３に接続されている。
このモータ１の軸４には制動装置５が結合されている。
制動装置５は周知の電磁石を使用した電磁ブレーキであ
り、電磁石６によってブレーキホイール７と制動子８と
の接離を制御するものである。この例では電磁石６のコ
イル９に電流が流れた時に制動が生じるように形成され
ているが、これと逆にコイル９に電流が流れた時に制動
を解除するように構成することもできる。

【００１０】電磁石６のコイル９は、第２のスイッチ１
０を介して直流電源１１に接続されている。なお、第２
のスイッチ１０は第１及び第２のトランジスタＱ1 、Ｑ
2 と第１及び第２のダイオードＤ1 、Ｄ2 とから成り、
一方の電源ライン１２と他方の電源ライン１３との間に
第１のトランジスタＱ1 とコイル９と第２のトランジス
タＱ2 とから成る直列回路が接続されている。ダイオー
ドＤ1 、Ｄ2 はオフ時にコイル９のエネルギーを電源１
１に戻すために設けられている。直流電源１１は交流電
源３に接続された整流器１４とこの出力ライン１２、１
３間に接続されたコンデンサ１５とから成る。

【００１１】位置検出器１６はモータ１の回転子の角度
位置を検出するためのものであり、１回転５００００パ
ルスの分解能を有するエンコーダから成る。モータ１の
回転角度位置はモータ１で駆動される移動物体１７と一
定の関係を有するので、位置検出器１６によって移動物
体１７の位置も知ることができる。

【００１２】位置検出器１６から得られる位置データθ
は正転、逆転判別回路（図示せず）を介してアップ・ダ
ウン・カウンタ１８に送られる。

【００１３】カウンタ１８は比較回路即ち位置偏差信号
発生回路として機能するものであり、目標位置データ発
生回路１９から与えられる目標位置データθｓと検出位
置データθとの偏差Δθを発生する。

【００１４】カウンタ１８の出力ラインはディジタル信
号処理回路（ＤＳＰ）２０に接続されている。ディジタ
ル信号処理回路２０はマイクロコンピュータから成り、
所定のソフトウエアに従って動作するものである。な
お、ディジタル信号処理回路２０の動作の理解を容易に
するために、ディジタル信号処理回路２０は、速度検出
回路２１と、演算回路２２とに分けて示されている。

【００１５】速度検出回路２１は１サンプリング時間の
遅延回路２３と減算回路２４とから成り、単位時間（１
サンプリング周期）当りの位置変化に基づいて速度デー
タωを得るものである。

【００１６】演算回路２２は、ω＜０の時にＳ＝Ｃ1 ・Δθ−Ｃ2 ・ω² の演算をなし、ω＞０の時にＳ＝Ｃ1 ・Δθ＋Ｃ2 ・ω² の演算を行う。但し、Ｃ1 、Ｃ2 は定数であり、ωはモ
ータ１の回転速度である。この演算出力Ｓは現在位置偏
差Δθにおいて理想的回転速度ωが得られているか否か
を示す。即ち、位置決め制御における理想速度と実際の
速度との相違を示す情報が出力Ｓに含まれている。な
お、演算回路２２におけるＳの演算は所定のサンプリン
グ周期で刻々と行われる。

【００１７】図２は位置偏差Δθをｘ軸とし、速度ωを
ｙ軸とした直交座標を使用して本発明の原理を説明する
ためのものである。即ち、演算回路２２の出力Ｓとモー
タ１の制動状態との関係を説明するためのものである。
図２の直交座標の第４象限に示す線Ｄは、Ｃ1 ・Δθ−Ｃ2 ・ω²＝０を満足する位置偏差Δθと速度ωとの関係を示す。この
線Ｄに沿うように位置偏差Δθと速度ωとを関係づける
と、目標位置までモータ１の回転子を迅速且つ円滑に移
動し、停止させることができる。従って、線Ｄを目標制
御線と呼ぶことができる。演算式における位置偏差Δθ
及び速度ωは変数であるので、その値は刻々と変化す
る。しかし、理解を容易にするために、この出願ではす
べての位置偏差をΔθで表わし、すべての速度をωで表
わしている。

【００１８】図２の線Ｅは、演算出力Ｓに対応する意味
を有する。モータ１の回転子を第１の角度位置から第２
の角度位置まで移動させて停止させる時に、演算出力Ｓ
の値は、線Ｅに沿って変化すると考えることができる。

【００１９】座標上の目標制御線Ｄに沿うように、モー
タ１の速度ωを制御する方法は、スライディングモード
法と呼ばれて公知であり、例えば、昭和６３年電気学会
全国大会論文集の論文No. １５１６（第２０３２頁）に
開示されている。

【００２０】演算回路２２の出力端子と電圧コンパレー
タ２５の一方の入力端子との間にファジィ制御装置２７
が接続されている。このファジィ制御装置２７は、スラ
イディングモード法制御装置と同様にマイクロコンピュ
ータとそのソフトウエアにより実現されている。

【００２１】次に、ファジィ制御装置２７により制動装
置５の制動量を決定する方法について説明する。ファジ
ィ変数は、図３で示すようにメンバ−シップ関数を示す
７つのラベルからなるものを使用している。ここで、そ
れぞれのラベルは図４に示す意味を持つ。本出願ではｉ
ｆ（前件部）…ｔｈｅｎ（後件部）型のファジィ制御を
用いる。つまり、制御ルールは（ルールｉは）ｉｆａ_i ｉｓＡ_i ｔｈｅｎ
ｂｉｓＢ_i となる。ここで、ｉは制御規則番号、ａ_iは前件部変
数、ｂは後件部変数、Ａ_i、Ｂ_iはａ_i、ｂのファジィ
値である。具体的には前件部変数はスライディングモー
ド法制御装置の出力Ｓとし、後件部変数が制動装置の制
動量である。また、Ｓに対するファジィ値は図３および
図４で与えられる。さらに、各制御ルールは図５のよう
になり後件部変数に対するファジィ値はＳに対する関数
ｆｉ（ｓ）で与えられる。

【００２２】今、ＳがＳａであるならば、まず図３から
各ルールに対する適合度が求められる。つまり、ルール
２に対する適合度はμ₂、ルール３に対する適合度はμ
₃となる。その他の５個のルールに対する適合度は０で
ある。次に、図５の各ルールに関して７個の後件部ファ
ジィ値を求める。最終的な推論結果ｙ₀は例えば次の式
により算出される。なお、算出方法はいろいろあり、次
式に限定されるものでない。ｙ₀＝｛μ₁・ｙ₁＋μ₂・ｙ₂＋μ₃・ｙ₃＋μ₄・
ｙ₄＋μ₅・ｙ₅＋μ₆・ｙ₆＋μ₇・ｙ₇｝／｛μ₁
＋μ₂＋μ₃＋μ₄＋μ₅＋μ₆＋μ₇｝

【００２３】しかし、Ｓａの場合、ルール２、３以外の
適合度は０であるからルール２、３以外の計算の必要は
ない。

【００２４】また、後件部にに対するファジィ値、つま
り各ルールに対する推論結果は、ｙ_i＝ｆ_i（Ｓ）＝ｘ_i0＋ｘ_i1・Ｓ（但しｘ_i0，ｘ_i1は
定数）のように１次式で表わしている。

【００２５】また、計算を簡略化するために図３のファ
ジィ変数Ｓとμを図６のように離散化しても良い。

【００２６】ファジィ制御装置２７の出力はコンパレー
タ２５の負入力端子に入力され、またコンパレータの正
入力端子には三角波発生器２８の三角波が入力される。
その結果、図７のようにファジィ制御装置２７の出力で
ある制動装置５の制動量は三角波と比較され第２のスイ
ッチ１０のオン時間に変換される。具体的には、制動量
が三角波より小さいときはコンパレータ２５は高レベル
（Ｈ）の出力を発生し、逆に大きいときは低レベル
（Ｌ）の出力を発生する。コンパレータの出力は駆動回
路２６を介して第１および第２のトランジスタＱ1 、Ｑ
2 のベースに接続されているので、制動量が三角波より
小さいとき第１および第２のトランジスタＱ1 、Ｑ2 が
オンになり、制動装置５において制動作用が生じる。即
ち、図２の線Ｅが目標制御線Ｄに沿うように制動装置５
の制動量が連続的に変化して作動する。

【００２７】

【動作】この装置において移動物体１７を目標位置に停
止させたい場合には、目標位置から所定距離または角度
だけ前で第１のスイッチ２をオフ制御する。これと同時
に目標位置データ発生回路１９から目標位置データθｓ
を発生させる。この目標位置データθｓは第２のスイッ
チ２をオフにした時点の現在位置と目標位置との間の距
離または角度を示し、これがカウンタ１８にプリセット
される。カウンタ１８は第１のスイッチ２をオフにした
時点から位置データθと目標位置データθｓとの差を示
す位置偏差Δθを出力する。モータ１は第１のスイッチ
２をオフにしても慣性で回転を続ける。図２のモータ１
の理想制御線Ｄに沿った速度ωと位置偏差Δθとの関係
を得るためにＳ値を求める。

【００２８】ＳがＳａ（離散化値Ｓ′が３）である時、
Ｓａは図３からルール２と３のエリアにある。つまりＳ
ａは「正に中くらい」の値であり、また「正に小さい」
値である。その適合度はルール２に対してはμ₂であり
ルール３に対してはμ₃となる。その他のルールに対す
る適合度は０である。次にルール２および３に対するフ
ァジィ値はｙ₂＝ｆ₂（Ｓ）＝ｘ₂₀＋ｘ₂₁・Ｓｙ₃＝ｆ₃（Ｓ）＝ｘ₃₀＋ｘ₃₁・Ｓにより計算される。ここで、ｘ₂₀、ｘ₂₁、ｘ₃₀、ｘ₃₁は
定数であるが制動量を意味するｙ₂、ｙ₃がそれぞれ
「弱めに中くらい」、「やや弱め」の値となるように決
定されている。なお、他のル−ルに対するファジイ値ｙ
は次の値になるように決定されている。ｙ₁：非常に弱いｙ₄：ほぼ中くらいｙ₅：やや強いｙ₆：強めに中くらいｙ₇：非常に強いここにおいて、Ｓが正の値の場合は図２より目標速度に
対して速度が不足していることを意味し、従って制動量
を小さくする。またＳが０であることは図２のＤ線上に
あるため中くらいの一定の制動量を与え続けることによ
りほぼ目標位置に停止できることを意味する。さらに、
Ｓが負の場合は目標速度に対して速度が速いため強い制
動量で減速を必要とすることを意味する。

【００２９】以上により求められたｙ₂、ｙ₃、μ₂、
μ₃から推論結果ｙ₀はｙ₀＝｛ｙ₂・μ₂＋ｙ₃・μ₃｝／｛μ₂＋μ₃｝で得られる。

【００３０】このようにして得られた制動量ｙ₀はコン
パレータにより三角波と比較され第１および第２のトラ
ンジスタＱ1 、Ｑ2 をオンする時間に変換される。つま
り制動装置５は目標制御線Ｄに沿うように連続的に制動
量が制御され移動物体１７を目標位置に迅速且つ正確に
位置決めすることができる。

【００３１】

【第２の実施例】次に、図８に示す第２の実施例の位置
決め装置を説明する。但し、図８において図１と共通す
る部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図
８の装置は、図１の装置に切り替え回路２９を付加した
ものである。図８において、ファジイ制御装置２７によ
り制動装置５の制動量ｙ₀を決定することまでは図１と
同一である。図８の装置ではスライディングモード法に
従う信号Ｓが０に近い場合はファジィ制御装置２７を介
さずＳを直接制動装置５の制動量とする。しかし、その
切り替えはファジィ制御装置２７のルール４により行わ
れる。以下に切り替え回路２９を説明する。

【００３２】切り替え回路２９は、ファジイ制御装置２
７の出力ｙ₀に１−Ｙを掛ける乗算器３０と、演算回路
２２の出力ＳにＹを掛ける乗算器３１と、この乗算器３
０、３１の出力を合成する加算器３２とから成る。Ｙは
ファジィ制御回路２７から発生し、２つの乗算器３０、
３１に与えられる切り替え信号である。この切り替え信
号Ｙはファジィ制御装置２７のルール４の適合度として
与えられる。つまり、Ｓが−１０００〜１０００（離散
化値Ｓ′が０）の場合はルール４の適合度は図３から１
となる。また、Ｓが１０００〜５０００及び−５０００
〜−１０００（離散化値Ｓ′が２，３，−２，−３）の
時は０から１の間の適合度になる。ここでファジィ制御
装置２７の出力ｙ₀に対しては（１−Ｙ）を掛け、Ｓに
対してはＹを掛けてそれらを加え合わせればｙ₀とＹを
ルール４に従って合成することが可能になる。つまりＳ
が０に近づくとルール４に従い制動量をファジィ装置２
７の出力からＳへ連続的に切り替えていることになる。
この切り替えを式で説明すると、次の通りになる。加算
器３２の出力ｙ′は次式で示される。ｙ′＝ｙ₀（１−Ｙ）＋ＳＹ従って、Ｙが０の場合はｙ′＝ｙ₀となり、Ｙ＝１の場
合はｙ′＝Ｓとなり、ｙ₀とＳとの切り替えが行われた
ことになる。その後の動作は第１の実施例と同様であ
る。

【００３３】切り替え回路２９を必要とする理由を以下
に説明する。制動量を図３に示すファジィ変数によるフ
ァジィ制御のみで決定するとＳが目標制御線近傍では制
動量はルール４により決定される値で固定される。しか
し、停止精度を高めるためには制動量は、Ｓの大きさに
従いさらに小さな値まで常に連続的に制御されることが
望ましい。しかし、これをファジィ制御にて実現するた
めにはＳの値をさらに細かくし、同時に制御ルールを複
雑に細分化する必要があり全体として制御システムが複
雑化する。また、目標制御線近傍という狭い範囲では制
動量はＳに対して線形で充分である。よって、Ｓが目標
制御線の近傍では、連続量であるＳを直接制動量として
採用した方が停止精度が簡単に高められる。また、Ｓが
目標制御線から離れた所では制動量がＳに対して一意的
な線形に与えただけでは制動力の摩耗等による変化や負
荷の慣性の変化に対して充分な停止精度は得られない。
従って、切り替え回路２９を設けることにより双方の問
題を解決することが可能となる。

【００３４】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、種々変形可能なものである。例えば、速度検出回路
２１を独立した速度検出器にすることができる。また、
ディジタル信号処理回路２０とファジィ制御装置２７と
切り替え回路２９とを共通のマイクロコンピュータで構
成してもよいし、独立のマイクロコンピュータで構成し
てもよい。また、ディジタル信号処理回路２０とファジ
ィ制御回路２７とコンパレータ２５と駆動回路２６と三
角波制御回路２８と更に必要に応じて切り替え回路２９
とからなる制御回路部分を集積回路化することができ
る。

【００３５】

【発明の効果】上述から明らかなように本発明によれ
ば、位置決めを正確且つ迅速に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の位置決め装置を示すブ
ロック図である。

【図２】図１の方式における位置偏差Δθと速度ωとの
関係を座標で示す図である。

【図３】演算回路の出力Ｓと適合度μとの関係を示す図
である。

【図４】ファジィ変数のラベルを示す図である。

【図５】制御規則番号と推論ルールとの関係を示す図で
ある。

【図６】離散化したファジィ変数を示す図である。

【図７】コンパレータの入力と出力を示す波形図であ
る。

【図８】第２の実施例の位置決め装置を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１モータ２第１のスイッチ５制動装置１０第２のスイッチ２７ファジィ制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの回転子または前記モータによっ
て駆動される移動物体を目標位置に位置決めするための
装置であって、電磁石をオンまたはオフにすることによって前記モータ
または前記移動物体に制動を加えるための制動装置と、前記目標位置を得る時に前記モータに対する電力供給を
遮断するための第１のスイッチと、前記制動装置に対する電力供給をオン・オフするための
第２のスイッチと、前記モータまたは前記移動物体の現在位置を示す現在位
置データを得るための位置検出装置と、前記目標位置を示すデータを与える目標位置データ発生
装置と、前記現在位置データと前記目標位置データとを比較して
位置偏差（Δθ）を発生する位置偏差信号形成回路と、前記モータまたは前記移動物体の速度（ω）を示す速度
データと前記位置偏差信号とに基づいてスライディング
モード法に従う信号（Ｓ）を形成し、前記スライディン
グモード法に従う信号（Ｓ）を入力として前記制動装置
の制動量をファジィ推論により決定し、この制動量に対
応した制動が生じるように前記第２のスイッチを制御す
る制御回路とを有していることを特徴とする位置決め装
置。
【請求項２】前記ファジィ推論に基づく前記制動装置
の制御と前記ファジィ推論を適用しないで前記スライデ
ィングモード法に従う信号（Ｓ）に基づく前記制動装置
の制御とを択一的に行うようにしたことを特徴とする請
求項１記載の位置決め装置。