JPH11184530A - モーションコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディジタルフィルタ演算によるＳ字曲線加減
速度制御を行っても端数処理を必要とせず、処理の高速
化及び高精度制御が可能なモーションコントローラを提
供する。 【解決手段】 モーションコントローラ１は、位置指令
と、モータ３の回転を検知するエンコーダ４により帰還
される現在位置との差が零となるように、モータアンプ
２に対して移動指令を出力し、これによりサーボモータ
３は制御対象を目標位置まで移動させる。コントローラ
１は、制御対象を目標位置に対して指定された加速度、
速度及び減速度で移動させるためのサンプルタイム毎の
位置決め目標座標を生成出力するプロファイラ１１を有
する。プロフアイラ１１から得られた目標座標値データ
は、ディジタルフィルタ１２を通して、Ｓ字曲線加減速
処理がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、制御対象を指定
された加速度、速度及び減速度の処理に従って目標位置
に移動させるためのモーションコントローラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、アクチュエータ等の機器の移
動、停止をディジタル制御するモーションコントローラ
が知られている。モーションコントローラは基本的に、
制御指令に基づいて制御サンプルタイム毎の位置座標を
算出するプロファイラ（制御座標演算部）と、得られた
サンプルタイム毎の位置座標とエンコーダ等により検出
される制御対象の現在位置との偏差が零となるように、
サーボアンプに対してサーボモータに流す電流値を指示
する帰還制御部とから構成される。

【０００３】プロファイラの役割は、制御対象を移動先
に指定された加速度、速度及び減速度で移動停止させる
ためのサンプルタイム毎の移動軌跡を算出することにあ
る。具体的にプロファイラは、加速度値を積分してサン
プルタイム毎の速度値を求め、速度値を積分してサンプ
ルタイム毎の位置座標値（即ち距離）を求めるという演
算を行う。しかし、プロファイラにより得られる位置座
標をそのまま用いて移動制御を行うと、加減速時に制御
対象に大きなトルクが加わるため、起動、停止のショッ
クや停止時の残留振動等が生じる。

【０００４】このような難点を解消するためには、加速
及び減速を徐々に変化させることが好ましい。このため
に従来より、加速度や減速度値或いは速度値等のデータ
をディジタルフィルタに入れて、速度値の変化を直線で
はなくＳ字曲線とするいわゆるＳ字曲線加減速制御が行
われている。

【０００５】図５は、従来のＳ字曲線加減速制御により
位置座標値が求められる様子を示している。図示のよう
に、加減速度値を積分することにより、サンプルタイム
毎の速度値が得られる。速度値データをディジタルフィ
ルタを通すことにより、Ｓ字曲線速度値が得られる。或
いは加減速度値データをディジタルフィルタを通した後
積分することにより、同様のＳ字曲線速度値データが得
られる。そして得られた速度値データを更に積分するこ
とにより、サンプルタイム毎の座標値データが得られ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
Ｓ字曲線加減速制御を行うと、Ｓ字曲線加減速度制御の
ためのディジタルフィルタ処理において端数が発生し、
加減速度値から速度値を積分演算する際、或いは速度値
から座標値を積分演算する際に端数処理が必要になる
（例えば、特開平５−３４１８４７号公報参照）。この
端数処理は、計算量の増大をもたらす。端数処理を行わ
なければ、大きな誤差を生じ、また端数処理を行っても
制御データの計算精度が低下するために制御精度が低下
するという難点があった。

【０００７】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、ディジタルフィルタ演算によるＳ字曲線加減速
度制御を行っても端数処理を必要とせず、処理の高速化
及び高精度制御が可能なモーションコントローラを提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係るモーショ
ンコントローラは、位置指令に基づいて制御対象を目標
位置に対して指定された加速度、速度及び減速度で移動
させるためのサンプルタイム毎の位置決め目標座標を生
成出力する目標座標演算手段と、この目標座標演算手段
により得られた位置決め目標座標をディジタルフィルタ
を通すことにより実質的に速度値データにＳ字曲線加減
速処理を施したことになるサンプルタイム毎の制御目標
座標を得る加減速処理手段と、前記制御対象の現在位置
を帰還して前記加減速処理手段により得られた制御目標
座標と現在位置との偏差が零となるように移動指令信号
を出力する帰還制御手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】この発明は、サンプルタイム毎の目標座標
値にディジタルフィルタをかけても、サンプルタイム毎
の加減速度値や速度値にディジタルフィルタをかけた場
合と同様に、結果として速度値に対するＳ字曲線加減速
制御ができるという点に着目してなされたものである。
即ち、この発明により得られる目標座標値を微分すれ
ば、Ｓ字曲線加減速度制御がなされた速度値になってい
る。そして前述のように、加減速度値や速度値にディジ
タルフィルタをかけると端数が出て、次の積分演算にお
いて端数処理を行わないと大きな誤差となるのに対し、
この発明の場合、目標座標値をディジタルフィルタにか
けて端数が生じても、更なる演算を行う必要はないか
ら、サンプルタイム毎の誤差は累積されず、最終の移動
目標座標に正確に停止させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図１はこの発明の一実施例による
モーションコントローラ１とこれを用いた移動制御シス
テムを示している。モーションコントローラ１は、位置
指令と、モータ３の回転を検知するエンコーダ４により
帰還される現在位置との差が零となるように、モータア
ンプ２に対して移動指令（電流指令）を出力するもの
で、これによりサーボモータ３は制御対象を目標位置ま
で移動させる。

【００１１】モーションコントローラ１は、位置指令に
基づいて制御対象を目標位置に対して指定された加速
度、速度及び減速度で移動させるためのサンプルタイム
毎の位置決め目標座標を生成出力する目標座標演算手段
としてのプロファイラ１１を有する。図２は、プロファ
イラ１１の簡単な機能ブロックを示している。

【００１２】制御指令として外部から加減速開始及び停
止の座標及び目標速度糖等入力され、これらが座標設定
部２１及び目標速度設定部２２に設定される。速度判定
部２６は、サンプルタイム毎に順次求められる速度が目
標速度に達しているか否かを判定するもので、その判定
結果と座標判定部２１の設定座標とから、移動モード設
定部２５は、加速モード、減速モードまたは定速モード
のいずれかを判定する。そしてこの判定結果に基づい
て、速度算出部２３は、図４に示すように、加減速度を
積分して速度値を算出する。具体的には、加速モードで
あれば、現在の速度値に加速度値を加え、減速モードで
あれば現在の速度値から減速度値を引くという演算を行
うことにより、サンプルタイム毎の速度値を算出する。
座標算出部２４では、求められ速度値をサンプルタイム
で除算することにより、図４に示すように、サンプルタ
イム毎の目標座標値を出力する。プロファイラ１１にお
いては、ディジタルフィルタ処理（Ｓ字曲線加減速処
理）は行っていない。

【００１３】プロフアイラ１１から得られた目標座標値
データは、ディジタルフィルタ１２を通して、図４に示
すように、Ｓ字曲線加減速処理がなされる。ディジタル
フィルタ１２には例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すよ
うなものが用いられる。図３（ａ）のものは、Ｎ個の直
列接続された遅延素子と、これらの各遅延素子の出力を
順次加算する加算器、及びその加算結果を１／Ｎする除
算器により構成され、次式で表されるフィルタ演算を行
う。

【００１４】

【数１】ｙ_(i+1)＝ｙ_(i)−ｘ_(i-N+1)×（１／Ｎ）＋ｘ
_(i+1)×（１／Ｎ）

【００１５】図３（ｂ）のものは、二つの乗算器と一つ
の加算器及び遅延素子により構成され、次式で表される
フィルタ演算を行う。

【００１６】

【数２】ｙ_(i)＝ｂｘ_(i)＋ａｙ_(i-1)

【００１７】ディジタルフィルタ１２から得られたサン
プルタイム毎の目標座標と、エンコーダ４の出力を位置
デコーダ１４を通して得られる現在位置座標との差が減
算器１３によりとられ、この偏差値データは、ディジタ
ルフィルタを用いたＰＩＤ処理部１５により応答特性等
が最適化された後、ＤＡコンバータ１６によりアナログ
信号に変換されて移動指令としてモータアンプ２に電流
値指令が与えられる。この帰還制御により、モータ３は
制御対象を目標位置まで移動して停止させる。

【００１８】この実施例のように、プロファイラ１１に
より算出された制御サンプルタイム毎の位置決め座標デ
ータをディジタルフィルタ１２を通すと、加減速度や速
度データをディジタルフィルタを通した場合と結果的に
同様に、速度値に対するＳ字曲線加減速制御が行われ
る。従って、プロフアイラ１１において、加減速度デー
タから速度データを演算し、速度データから目標座標デ
ータを演算する処理の中でＳ字曲線加減速のためのディ
ジタルフィルタ処理を行う必要がなく、プロファイラと
Ｓ字曲線加減速の処理部とは分離独立したものとなる。
この結果、Ｓ字曲線速度を計算するためにディジタルフ
ィルタで発生する端数の影響はプロファイラには及ばな
くなる。言い換えればこの実施例では、プロフアイラの
中でＳ字曲線加減速の処理を行う場合の演算速度の低下
や演算精度の低下がなく、処理の高速化及び高精度化が
図られる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、デ
ィジタルフィルタ演算によるＳ字曲線加減速度制御を、
目標座標を演算するプロファイラから分離することによ
り、端数処理を必要とせず、処理の高速化及び高精度制
御を可能としたモーションコントローラを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例によるモーションコント
ローラとこれを用いた移動制御システムを示す。

【図２】 同実施例のモーションコントローラにおける
プロファイラの機能ブロックを示す。

【図３】 同実施例に用いられるＳ字曲線ディジタルフ
ィルタの構成を示す。

【図４】 同実施例におけるプロファイラの演算処理及
びディジタルフィルタ処理の様子を示す。

【図５】 従来のモーションコントローラにより演算処
理の様子を示す。

【符号の説明】

１…モーションコントローラ、２…モータアンプ、３…
モータ、４…エンコーダ、１１…プロファイラ、１２…
Ｓ字曲線ディジタルフィルタ、１３…減算器、１４…位
置デコーダ、１５…ＰＩＤ処理部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置指令に基づいて制御対象を目標位置
   に対して指定された加速度、速度及び減速度で移動させ
   るためのサンプルタイム毎の位置決め目標座標を生成出
   力する目標座標演算手段と、 この目標座標演算手段により得られた位置決め目標座標
   をディジタルフィルタを通すことにより実質的に速度値
   データにＳ字曲線加減速処理を施したことになるサンプ
   ルタイム毎の制御目標座標を得る加減速処理手段と、 前記制御対象の現在位置を帰還して前記加減速処理手段
   により得られた制御目標座標と現在位置との偏差が零と
   なるように移動指令信号を出力する帰還制御手段とを備
   えたことを特徴とするモーションコントローラ。