JPH0738971Y2

JPH0738971Y2 - 位置決め装置

Info

Publication number: JPH0738971Y2
Application number: JP10064889U
Authority: JP
Inventors: 高幸竹田; 正康佐藤
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1989-08-29
Filing date: 1989-08-29
Publication date: 1995-09-06
Anticipated expiration: 2004-08-29
Also published as: JPH0341311U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、例えばディスク装置等に用いられ、停止して
いる移動体を任意の距離の離れた位置に高速で移動さ
せ、停止させる位置決め装置に関するものである。

（従来の技術）従来、エンコーダ等の一定ピッチ（間隔）の周期的位置
信号を用い、任意の位置まで高速で移動体を移動し、停
止させる方法として例えば、目標位置までの距離に応じ
た基準速度に移動体の速度を追従させる速度帰還制御方
式がある。この速度帰還制御方式はディスクメモリー装
置、プリンタ、XYプロッタ、及びNC工作機械等の位置決
めに広く用いられている。

ところで、周期的位置信号から移動体の速度を検出する
方法としては、（１）位置信号を２値化した位置信号パ
ルスを形成し、位置信号パルスの周期の逆数を速度とす
る方法、（２）一定時間内の位置信号パルス数を速度と
する方法等がある。これら２方法の内、低速度領域での
速度検出精度がよいことから一般には上記（１）の速度
検出方法が採用されている。

第２図は、上記（１）に示めされた速度検出方法の速度
帰還制御方式を用いた従来の位置決め装置の一構成例を
示す構成ブロック図である。

この位置決め装置は、基準速度発生手段10及び速度検出
手段20を有している。基準速度発生手段10は、ダウンカ
ウンタ11とROM（Read Only Memory、読出し専用メモ
リ）等で構成される基準速度発生器12とで構成され、そ
の入力側には目標の移動量S1と位置信号パルスS2とが接
続されている。そして、基準速度発生手段10の出力側に
減算器30が接続されている。

一方、速度検出手段20は速度カウンタ21、レジスタ22、
及びROM23で構成され、その入力側には位置信号パルスS
2及び速度検出用クロック信号S3が接続されると共に、
その出力側には減算器30が接続されている。そして、減
算器30の出力側がディジタル／アナログ変換器（以下、
D/A変換器という）40に接続されている。

ここで、ダウンカウンタ11は、目標の位置移動量S1をパ
ルス数でセットし、移動体の移動に基づき生成される位
置信号パルスS2でカウントダウンすることによって目標
位置までの残差距離を計数する回路であり、基準速度発
生器12は、残差距離に対応して移動体の基準速度Vsを出
力する回路である。

また、速度カウンタ21は、クロック信号S3でカウントア
ップされ、位置信号パルスS2によりクリアされる回路で
あり、レジスタ22は速度カウンタ21の値を一時記憶する
回路である。ROM23はレジスタ22の値を速度に変換する
回路である。

第３図は、速度帰還制御方式の特性図である。この図を
参照しつつ第２図の動作について説明する。

まず、ダウンカウンタ11に目標の移動量S1がパルス数で
セットされる。次に、移動体の移動に基づき生成される
位置信号パルスS2を入力させ、ダウンカウンタ11をカウ
ントダウンさせることによって目標位置までの残差距離
が計数される。基準速度発生器12は、その残差距離に対
応して移動体の基準速度Vsを減算器30へ出力する。

一方、速度カウンタ21は、クロック信号S3でカウントア
ップされ、位置信号パルス間のクロック数をレジスタ22
へ出力した後、クリアされる。レジスタ22は、そのクロ
ック数をROM23へ出力してレジスタ22の値を速度に変換
する。このようにして移動体の移動速度（検出速度）V_m
が検出され、それが減算器30へ出力される。その後、基
準速度Vsと移動体の検出速度V_mとの減算が減算器30で行
われ、その出力がD/A変換器40でアナログ変換される。

このD/A変換器40の出力は、目標位置までの残差距離に
対応した基準速度Vsと、その残差距離での移動体の移動
速度Vpとの差である。D/A変換器40の出力が、移動体を
駆動させるモータに接続されることによって第３図に示
すように移動体を基準速度Vsに追従させて目標位置まで
移動させ、停止させる。

（考案が解決しようとする課題）しかしながら、上記構成の位置決め装置では、停止直前
における目標位置近傍での移動体の検出速度V_mと実際の
移動速度Vpとの間に誤差が生じ、高速で、しかも高精度
な位置決めを行おうとすると、目標位置への停止が不安
定になるという問題があった。以下、その問題を詳説す
る。

第４図は、実際の移動速度Vpと検出速度V_mとの誤差を示
す比較図である。

移動体を一定加速度で減速させる場合、実際の移動速度
Vpは第４図に示すように減速する。これに対して、速度
検出手段20は、位置信号パルスS2の立ち上がり度に、こ
の位置信号パルス間の平均速度を検出する。その結果、
移動体の移動速度Vpが低速になるに従って位置信号パル
スS2の時間間隔が拡がると、直前の位置信号パルス立ち
上がり時から次の位置信号パルス立ち上がり時までの移
動体の速度差が時間と共に拡大するので、その位置信号
パルスS2の立ち上がり時点での移動体の実際の移動速度
Vpと、位置信号パルスS2の立ち上がり時に位置信号パル
ス間の平均速度として検出される検出速度V_mとの誤差が
大きくなる。

したがって、検出速度V_mに基づいて速度帰還制御による
位置決めを実行すると、目標位置での実際の移動体速度
はマイナス速度になっていることが多く、特に微細な位
置信号SOを用いて高精度な位置決めを行おうとすると、
目標位置での定位置サーボ系に切り替えた際に移動体の
残差速度を吸収して安定に停止させることが困難であっ
た。

本考案は、前記従来技術の持っていた課題として、移動
体の実際の移動速度と検出速度との誤差により移動体が
目標位置へ停止することが不安定になるという点につい
て解決した位置決め装置を提供するものである。

（課題を解決するための手段）第１の考案では、前記課題を解決するために、移動体の
移動に基づき生成される位置信号パルスにより目標位置
まで残差距離をサンプリング検出し、その残差距離に応
じて基準速度を発生させる基準速度発生手段と、前記位
置信号パルス間における前記移動体の平均速度をサンプ
リング検出する速度検出手段とを、備えた位置決め装置
において、次のような手段を設けている。

即ち、前記速度検出手段による検出速度が所定値以上の
ときその検出速度と前記基準速度との速度差を求める第
１の速度差演算手段と、前記検出速度が所定値未満のと
き前記検出速度と前記移動体の実際速度との誤差を補正
した補正速度を前記検出速度により求め、その補正速度
と前記基準速度との速度差を求める第２の速度差演算手
段とを、設けている。

第２の考案では、第１の考案の補正速度を、2V_m-F
_m-1（但し、V_m；検出速度、F_m-1；補正速度の直前に算
出した補正速度）の演算によって求めるものである。

第３の考案では、第１または第２の考案の補正速度の初
期値を、前記検出速度が所定値未満となる直前の検出速
度としたものである。

（作用）第１の考案によれば、以上のように位置決め装置を構成
したので、第１の速度差演算手段は、移動体の検出速度
が所定値以上の時、その検出速度と基準速度との速度差
を演算により算出する。第２の速度差演算手段は、移動
体の検出速度が所定値未満の低速度領域のとき、補正速
度を前記検出速度から演算により求め、さらに、その補
正速度と基準速度との速度差を演算により求めて検出速
度と移動体の実際速度との誤差を補正するように働く。

第２の考案によれば、2V_m-F_m-1（但し、V_m；検出速度、
F_m-1；補正速度の直前に算出した補正速度）の簡単な演
算で補正速度を求め、回路構成の簡単化と低コスト化を
図っている。

第３の考案によれば、補正速度の初期値を、検出速度が
所定未満となる直前の検出速度とすることにより、補正
速度のより適正化を図る。したがって、前記課題を解決
できるのである。

（実施例）第１図は、本考案の実施例を示す位置決め装置の構成ブ
ロック図である。

この位置決め装置は、マイクロコンピュータ（以下、マ
イコンという）50を有し、そのマイコン50には基準速度
発生手段60及び速度検出手段70が接続されている。基準
速度発生手段60は、ダウンカウンタ61と基準速度ROM62
とで構成されている。ダウンカウンタ61の入力側には、
目標の移動量S10及び位置信号パルスS20が接続され、そ
の出力側には、マイコン50が接続されている。さらに、
マイコン50と基準速度ROM62とは、アドレス信号等の出
力信号Adと基準速度Vs用信号とで相互に接続されてい
る。ダウンカウンタ61は、マイコン50から出力される移
動量S10（即ち、現在の位置から目標位置までの距離）
をパルス数でセットし、移動体の移動により生成される
一定ピッチの位置信号を波形整形した位置信号パルスS2
0でカウントダウンして目標位置までの残差距離を計数
する回路である。また、基準速度ROM62は、ダウンカウ
ンタ61のカウンタ値である残差距離に対応して移動体の
基準速度Vsを出力する回路である。

また、速度検出手段70は速度カウンタ71、レジスタ72、
及び速度検出ROM73で構成されている。速度カウンタ71
は、クロック端子CLK及びクリア端子CLRを有し、そのク
リア端子CLRが位置信号パルスS20に、クロック端子CLK
が速度検出用クロック信号S30にそれぞれ接続されてい
る。さらに、速度カウンタ71の出力側にはレジスタ72が
接続され、そのレジスタ72には位置信号パルスS20が接
続されると共に、出力側がマイコン50に接続されてい
る。

速度カウンタ71は、クロック信号S30でカウントアップ
され、位置信号パルスS20によりクリアされる回路であ
り、レジスタ72は速度カウンタ71の値を一時記憶する回
路である。速度検出ROM73はレジスタ72の値を速度に変
換し、検出速度V_mをマイコン50へ出力する回路である。
これにより、速度検出手段70は位置信号パルスS20が入
力される度に、移動体の速度を検出する回路となる。

ここで、第１および第２の速度差演算手段であるマイコ
ン50は、目標位置までの残差距離に応じて基準速度Vsと
移動体の検出速度V_mとの差を計算する等の演算を行う
他、各部に対して各種の命令を実行する回路である。な
お、マイコン50には、以前の目標位置である現在位置に
移動体を静止させておくための図示しない位置サーボ系
が接続され、この位置サーボ系は位置信号を用いたアナ
ログサーボ系で構成されている。そして、D/A変換器80
の入力側にマイコン50が接続されると共に、出力側には
図示しない駆動モータが接続されている。

第５図は、第１図の動作フローチャートであり、この図
を参照しつつ第１図の動作を説明する。

例えば、位置決め装置をディスク装置に用い、現在のト
ラック位置から目標であるトラック位置へ磁気ヘッド等
の移動体を移動させる場合、第５図のステップ100にお
いて外部から目標位置がマイコン50に入力されると、そ
のマイコン50は、その移動体の現在位置と目標位置とを
比較し、その差を移動により検出すべき位置信号の本数
（つまり、横断するトラック数）である移動量S10とし
てダウンカウンタ61にセットする（ステップ101）。次
に、マイコン50の指令により位置サーボ系をオフすると
共に、加速信号をマイコン50からD/A変換器80へ出力し
て移動体を現在位置から移動させ始める（ステップ10
2）。ダウンカウンタ61は、移動体が移動し、横断する
トラック毎に発生する一定ピッチの位置信号を波形整形
した位置信号パルスS20でカウントダウンする。マイコ
ン50はダウンカウンタ61のカウンタ値を読み（ステップ
103）、その値が以前読み込んだ値に対して変化したか
否か、即ち移動体が位置信号の１ピッチ分（つまり、１
トラック分）以上移動したか否かを判断する（ステップ
104）。カウンタ値が変化するまでステップ103,104を繰
り返した後、ステップ105に進み、カウンタ値が零であ
るか否かを判断する。

カウンタ値が零でなければ、基準速度ROM62で目標位置
までの残差距離に対応した基準速度Vsに変換される。即
ち、ダウンカウンタ61のカウンタ値に相当するアドレス
がマイコン50で生成され、そのドレスに格納されている
基準速度データが基準速度ROM62から読み出される。こ
こで、基準速度Vsは、但し、α；減速の加速度 n;目標位置までの位置信号の本数 l;位置信号のピッチとなる。また、減速の加速度αは、駆動モータが追従可
能な加速度に設定しておく。

一方、速度カウンタ71では、以前の位置信号パルスS20
と現在の位置信号パルスS20と間に要した時間をクロッ
ク数で計数する。例えば、そのクロック数が５である場
合、次の位置信号パルスS20が入力されると、カウンタ
値５を一端、レジスタ72に格納させる。その後、カウン
タ値５をクリアして再び、カウントアップを始める。レ
ジスタ72に格納されたカウンタ値５はマイコン50に読み
込まれ（ステップ107）、カウンタ値５に相当するアド
レスがマイコン50で生成され、そのアドレスに格納され
ている検出速度データが速度検出ROM73から読み出され
る。このように、レジスタ72に格納されたカウンタ値５
は、速度検出ROM73により検出速度V_mに変換される（ス
テップ108）。ここで、検出速度V_mは、 V_m＝l/（ｍ・ｔ）但し、t;速度検出用クロックの周期 m;速度カウンタ71より計数されるクロック数 l;位置信号のピッチとなる。即ち、位置信号１ピッチ分を移動する際の移動
体の平均速度となる。

続いて、マイコン50は、検出速度V_mが所定速度以上であ
るか否かを判断する（ステップ109）。所定速度以上な
ら基準速度Vsと検出速度V_mとから速度差を求める（ステ
ップ110）。その後、求められた速度差はD/A変換器80へ
出力された後（ステップ111）、ステップ103に戻る。

また、検出速度V_mが所定速度未満（低速度領域）である
と、検出速度V_mから速度検出誤差を補正して、移動体が
位置信号（トラック）を横断した時点での補正速度F_mを
求める（ステップ112）。即ち、移動体が今回、位置信
号を横断した時点での補正速度F_mと、その直前に位置信
号を横断した時点での補正速度F_m-1と、この間の平均速
度である検出速度V_mとの間には、その間、移動体がD/A
変換器80の出力により一定出力で駆動されている場合、 V_m＝（F_m＋F_m-1）/2 が成立し、移動体が今回、位置信号を横断した時点での
補正速度F_mは、 F_m＝２V_m‐F_m-1 によって求められることができる。

なお、最初の補正速度F_m-1は、検出速度V_mが所定速度未
満になる直前の検出速度V_m-1を使用するため、若干の誤
差を含んだものとなるが、その誤差は小さく無視できる
値である。

補正速度F_mを求めた後、その補正速度F_mと基準速度Vsと
から速度誤差を求め（ステップ113）、ステップ111を経
てステップ103へ戻る。

このようにして、ダウンカウンタ61のカウンタ値が零に
なるまで上述の動作を繰り返し、そのカウンタ値が零、
即ち目標位置に移動体が到達すると、ステップ114にお
いてD/A変換器80の出力を零にすると共に、位置サーボ
系をオンし、目標位置に移動体を停止させる（ステップ
115）。

前述した所定速度は、第５図における動作フローのメイ
ンループに要する時間（主サンプリング時間）、位置信
号のピッチｌ、および減速加速度αを考慮し、移動体が
位置信号１ピッチ分移動するのに要する時間が確実に主
サンプリング時間を越える速度を選択する。これによ
り、検出速度V_mが、前回求めた補正速度F_m-1と今回求め
るべき補正速度F_mとの平均になる。

上記動作の具体例として、位置信号ピッチｌを1.6μ
ｍ、減速加速度αを20m/s²および速度検出用クロックS3
0を2.5MHzに設定して説明する。

移動体が高速で移動している間は、目標位置までの残差
距離に応じた基準速度Vsと最新の検出速度V_mとの速度差
により移動体を駆動する。そして、検出速度が所定速度
（30mm/s）未満になると、検出速度V_mから補正速度F_mを
計算し、この補正速度F_mと基準速度Vsとの速度差によっ
て移動体を駆動する。

移動体の速度が所定速度未満になるのは、目標位置から
約10数本手前の位置であり、その時の検出速度V_mの誤差
としては、量子化誤差の0.2mm/s以下と、位置信号横断
時点での移動体の実際の移動速度Vpと位置信号間の平均
速度として検出される検出速度V_mとの誤差の0.5〜0.6mm
/s程度とがあり、以後その速度誤差を内含して目標位置
に到達する。

これに対して、補正速度F_mを用いない場合、目標位置に
接近するに従って量子化誤差は更に小さくなるが、信号
横断時点で位置信号間の平均速度として検出される検出
速度V_mとその時点での移動体の実際の移動速度Vpとの誤
差が徐々に大きくなるため、目標位置到達時の移動体の
速度（残差速度）が十分に減少しておらず、位置サーボ
系をオンしても目標位置に停止できずにオーバーシュー
トまたは目標位置からバックする可能性がある。

本実施例では次のような利点がある。

検出速度V_mの誤差が大きくなる低速度領域では、検出速
度V_mの誤差を補正した補正速度F_mを用いて、移動体を基
準速度Vsに追従させる構成としたので、目標位置に到達
した時点での移動体速度を十分小さくでき、目標位置に
停止できずにオーバーシュートまたは目標位置からバッ
クするような現象を防止することができる。

なお、本考案は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば、次のよう
なものがある。

（ａ）上記実施例では、基準速度発生手段用にダウンカ
ウンタ61を用いたが、例えばアップカウンタ等で構成す
ることも可能である。

（ｂ）上記実施例において、速度検出手段用の速度カウ
ンタ71をアップカウンタで構成したが、例えばダウンカ
ウンタ等で構成することも可能である。

（ｃ）上記実施例では、基準速度発生手段用にROM62
を、速度検出手段用にROM73を用いたが、これらを、例
えばRAMで構成することも可能である。

（考案の効果）以上詳細に説明したように、第１の考案によれば、実際
の速度と検出速度との誤差が拡大する低速度領域におい
て、検出速度から速度検出誤差を補正して位置信号の横
断時の移動体速度を求めるようにしたので、移動体をよ
り正確に基準速度に追従させることが可能となる。これ
により、高速で移動する移動体を安定して目標位置に停
止させることができる。

第２の考案によれば、補正速度は簡単な演算で求めるこ
とができる。これにより、回路構成が簡単化してコスト
上昇を防止できる。

第３の考案によれば、補正速度の初期値を、検出速度が
所定値未満となる直前の検出速度としたので、より正確
に補正速度を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す位置決め装置の構成ブロ
ック図、第２図は従来の位置決め装置の構成ブロック
図、第３図は速度帰還制御の特性図、第４図は実際速度
と検出速度との誤差比較図、第５図は第１図の動作フロ
ーチャートである。 50……マイコン、60……基準速度発生手段、61……ダウ
ンカウンタ、62……基準速度ROM、70……速度検出手
段、71……速度カウンタ、72……レジスタ、73……速度
検出ROM、80……D/A変換器、S10……移動量、S20……位
置信号パルス、S30……速度検出用クロック信号、Vs…
…基準速度、V_m……検出速度。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】移動体の移動に基づき生成される位置信号
パルスにより目標位置までの残差距離をサンプリング検
出し、その残差距離に応じて基準速度を発生させる基準
速度発生手段と、前記位置信号パルス間における前記移動体の平均速度を
サンプリング検出する速度検出手段とを、備えた位置決め装置において、前記速度検出手段による検出速度が所定値以上のときそ
の検出速度と前記基準速度との速度差を求める第１の速
度差演算手段と、前記検出速度が所定値未満のとき前記検出速度と前記移
動体の実際速度との誤差を補正した補正速度を前記検出
速度により求め、その補正速度と前記基準速度との速度
差を求める第２の速度差演算手段とを、設けたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】請求項１記載の位置決め装置において、前記補正速度は、2V_m-F_m-1（但し、V_m；検出速度、
F_m-1；補正速度の直前に算出した補正速度）の演算によ
って求めることを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】請求項１または２記載の位置決め装置にお
いて、前記補正速度の初期値は、前記検出速度が所定値未満と
なる直前の検出速度としたことを特徴とする位置決め装
置。