JPS5833564B2 - 物体を目標位置に最適化時間で位置決めする装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、１以上の物体を所定目標位置へ、最適化時間
で位置決めする装置に関し、物体を通過経路に無関係か
つオーバーシュートなしに目標位置へ到達させるもので
ある。

周辺機器１例えばテープメモリ、ディスクメモリ、読み
取りヘッドおよび印字ヘッドの機械的要素の機械的な位
置決めを行う周知の装置、あるいは作図機械あるいは同
様な機械機器の運動を数値制何する周知の装置において
、目標位置に関してのオーバーシュートあるいは振動を
生ずることなく、かつそれまで通過した位置決め経路に
無関係に、そして最適化された時間に目標位置に到達す
ることが望まれている。

データ処理方法あるいはデータ処理装置が、ドイツ特許
公開公報ＤＥ−Ｏ８２，２６４，３２２号（Ｎ１ｘｄｏ
ｒｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＡＧ）に開示されており。

公知になっている。

この公知方法は、最適な減速特性を選択するのではなく
、この最適減速特性に従うものではない。

実際の減速プロセスあるいは実際の物体の位置決めプロ
セスは、減速曲線を階段状近似して行っており１位置決
めプロセスが最適な時間に生じないという不利益がある
。

別の公知装置が、ドイツ特許公開公報ＤＥ−ＯＳ ２，
３３４，４５５ （Ｓｉｅｍｅｎｓ ＡＧ）に開示され
ており、ここでは、多数の制御サイクルの間、物体が停
止されるものであり、近似プロセスによって、多数の制
御サイクルとこの制動サイクルそれぞれの減速変が算出
される。

この近似プロセスは。理想的な減速特性のある種の近似
法である。

本公知方法には、多数の制動プロセスあるいは制動サイ
クルがあるということから１時間の最適化条件が成立し
ないという重大な不利益があり、所定位置の直前である
移動の最終部分が除行モードにあるということもその部
分的要因となっている。

本発明の目的は、公知方法あるいは装置の諸欠点を回避
することにある。

本発明では、公知システムにおけるように、制動特性の
伺らかの近似によるのではなくして、理論的な制動特性
による物体の位置決めを行うものである。

さらに１本発明は”最適化時間プロセス（ｔｉｍｅ−Ｏ
ｐｔｉ ｍｉ ｚｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）”の定義
による位置決めを可能にするものであり、すなわち、限
定パラメータの大きさが最大値に保持されかつその符号
の変化は、全プロセスの間に１度だけ行われる。

この定義は、１９６２年にミュンヘンのウエルテープ・
エル・オルデンボルク（Ｖｅｒｌａｇ Ｒ・Ｏｌｄ−ｅ
ｎｂｏｕｒｇ）から発行されたアー・アー・フエルトバ
ウム（Ａ−Ａ−Ｆｅｌｄｂａｕｍ）教授著の”自動シス
テムでの計算器（Ｒｅｃｈｅｎｇｅｒａｅｔｅ ｉｎ
ａｕｔｏｒｒｒａｔｉｓｈｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｅｎ）
”第１９３頁に記載されている。

本発明では、物体を目標位置に位置決めするモータの最
大トルクを限定パラメータとして用いており、このトル
クの符号は１位置決めプロセスの間、１度だけ変化され
る。

そしてさらに１本発明の別の目的は、物体の移動速度を
１種々、選択かつ制御□□可能にすることにある。

位置決めされるべき物体は１例えば、データ処理用の記
憶装置あるいは周辺機器の読取りヘッド、記録ヘッド、
あるいは、プロツテイグ用あるいはトラフティング用機
器のスライダが好ましい。

本発明装置の要旨は、所望位置を示す値から物体位置の
実際の値を減算する減算器を設け、メモリの記憶番地用
アドレスとして１位置に関する実測値と所望値を示す信
号間の偏差を受け、アドレスにより定められた記憶番地
の内容に対応し、か゛つ位置決めプロセスの所望速度お
よび制動の始点を示す信号を出力線に発生させるもので
あり、固定プログラムを備える読出しメモリを設け、こ
の読出しメモリからの与えられた所望値信号と、物体の
実際速度を示すものであり物体の位置決めのための駆動
要素へ結合されたタコジェネレータが発生する信号とを
受け、この２つの速度を互いに比較し、２価の出力信号
を発生する比較器を設け。

実際速度の極性と位置誤差の極性とを有する比較器出力
信号を結合し、物体駆動機に制動指令を与える象限領域
確認装置を設けた装置にある。

以下１図面を参照して、本発明を実施例に基づいて説明
する。

第１図は、最適化時間で位置決めするプロセスに対する
制動特性を示している。

速度軌道座標系は、速度（角速度あるいは直動速度）■
を示す横軸と、経路Ｓを示す縦軸を有している。

理想的な制動曲線は、位置決めシステムの運動の第１階
微分方程式に対する解で与えられる。

この制動曲線は、第１図の放物線として、あるいは、数
学的方程式のリニア成分と自然対数成分との重ね合わせ
として表わすことができる。

そしてこれは１位置決め駆動モータに対する制御のタイ
プに依存する。

放物線状の制動曲線１は、電気的駆動モータに定常電流
が印加される場合、すなわち、この駆動モータに、一定
かつ曲線１と６との間の領域外において回転速度に無関
係な電流が流れる場合に用いられる。

これは、空気モータあるいは油圧モータのような非電気
的モータと同様に電気的なりニアモータにも適用する。

制動曲線１の他のフオームが、電気的モータに印加され
る電圧の制御が行われる場合、すなわち１曲線１と６と
の間の領域外において回転速度に無関係な一定電圧下で
モータが使用される場合に、用いられるものであり、空
気モータあるいは油圧モータのような非電気的モータに
適用されると同様に電気的なりニアモータに適用される
。

第１図の理想的な制動曲線１は、速度軌道座標系の交点
３を通る。

この交点付近が、物体が位置決めされるべき目標領域１
１であり、２つの位置決めプロセスに関しては後に詳述
する。

曲線８および６は、それぞれ、横軸での方向に△ｖ０お
よび２△Ｖ１だけ、選択された制動曲線１から並行に変
位するように立上がっている。

この量△ｖ０は１選択された特定の急速運動に要する位
置決めシステムの安定性により定められる。

曲線８および選択された量△ｖ１は、後述する第２図の
回路に記憶される。

曲線１，６．８が、第１図の第■および第■象限に引か
れており、これらの曲線は、同様に、第１および／また
は第■象限に困難なく置くことができる。

速度軌道座標系のひとつの象限は、位置決めプロセスに
対して完全に充分なものである。

この象限において、物体を目標３へ運ぶためのモータの
トルクの極性は、弓状矢印の１十″あるいは°−”符号
で示されている。

曲線８は、ひとつの象限を１例えばＩＩａ、Ｉ［ｂある
いはＩＶａ 、 ｌＶｂのような異なるトルクを有する
２つの象限領域に分離する。

第１の下方部分には、線Ｃ−Ｃに沿う断面表示が示され
ている。

この断面表示は、曲線６および１の間で、駆動モータの
トルクＭが、一方向での最大値（十Ｍ）から他の方向で
の最大値（−Ｍ）へのみ変化することを示している。

これは、最適化された時間プロセスに対して、トルクが
一定であり、かつ１度だけその符号を変えるという趣旨
を有する前述の定義の有利な展開を示している。

次に、第１図に関して、２つの位置決めプロセスを説明
する。

ここで、物体が縦軸Ｓ上の点２にあり、かつ最適化され
た時間方法で所望の目標点３へ運ばれるべきものと仮定
する。

この最適化時間位置決めプロセスを行う装置に関しては
、第２図を参照して後に述べる。

点３は、第１図の速度軌道座標系の原点を示している。

駆動モータは。物体が曲線６に沿って点２から交点５に
運動するように、加速モーメントＭの１００パーセント
すなわち最大値のみを伝達する。

物体がこのように追従する軌道曲線は、第１図に引かれ
ている。

交点５において、最大トルクは定義にしたがってなくな
っている。

これは、第１図の下方部分の断面表示Ｃ−Ｃに示されて
いる。

トルクの符号は同一のままであり、”＋″符号円状矢印
で象限領域ＩＶｂに示されている。

速度の増加は、それ以前よりも小さくなっており、目標
位置３への経路Ｓは減少する。

物体は、軌道に沿って運動し１曲線８上の交点７に到達
する。

曲線８は、駆動モータのトルクＭの符号が変化しかつト
ルクＭの値が零となる幾何学的位置を示している。

そして駆動モータは制動トルクを発生し始め、その値は
、曲線６と１との間の傾斜にしたがって変化する。

断面Ｃ−Ｃでの傾斜は１次の方程式（１）から得られる
。

制動トルクが最大値すなわち１００パーセントの値まで
増加する結果、物体は、理想的な制動曲線１への最短経
路上を移動しかつ目標点３へのこの制動曲線に沿って運
動する。

図は、点７に関して速度の値が減少するのを示している
。

そしてまた、目標位置３が領域１１にあり、領域１１の
大きさが速度軌道座標系の座標成分△ｖ□および△Ｓ。

で限定されていることが示されている。

この領域１１内で、本発明による第２図の回路は、駆動
モータがトルクを発生しないように作動する。

値Ｓ。は、所望の位置精度と等しいかこれより小さく。

また値△ｖｏは、所望の速度分解能の値の２倍と等しい
かこれより小さいものである。

領域１１は。こうして目標３におけるシステムの安定性
を確保している。

上述の第■象限における位置決めのプロセスは、トルク
の符号が象限領域■ａおよびＩＶｂで異っていることか
ら、物体が特定方向に移動される手法に関している。

物体が１反対方向において位置決めが行われるように移
動される場合には１位置決めプロセスは、第■象限で発
生する。

第■象限は、曲線８で２つの象限領域Ｉａ。

ｎｂに分割されており、象限領域Ｉ［ａではトルクＭは
正でありまたＩｂでは負である。

目標点から距離Ｓ３だけ離隔した点１２にある物体は１
図示の軌道に沿って１曲線６との交点１３へ移動する。

象限領域１ｂでは、負の極性を有するトルクは。

この場合には加速を示しており、象限領域■ａにおける
ような制動を示すものではない。

象限領域ｎｂにおいて１曲線６との交点１３に物体が到
達すると、トルクの大きさが変化する。

しかしながらトルクの極性は、同一のままである。

物体は軌道において曲線８との次の交点１４に到達する
。

速度■は、この経路においてまだ増加し、目標点３への
距離Ｓは減少する。

交点１４において、トルクの極性が変化する。

次の象限領域ＩＩａでは、極性は”十″′符号で示され
る。

制動トルクの値は再び最大値にまで増加し、これに対応
して速蜜■が減少する。

物体は、理想的な制動曲線に向かって好適な短時間で進
行しかつ、これに沿って、零トルク領域１１内にある目
標位置３へ移動する。

領域１１の座標△Ｖ□および△Ｓｏは、前述の位置決め
の例で既に詳述した。

第２図は１本発明による物体の最適化時間位置決めのた
めの制御装置の回路構成を示している。

本実施例における物体は１機械機器上に移動されるべき
スライダであり、これは始めに点２にあり。

次いで目標点３に向かう予め定めた方向に移動される。

まず、スライダは第１図の点２にあるものとする。

この位置情報は、第２図のメモリ１０゜例えばさん孔テ
ープあるいは磁気テープ等に記憶されており、所望値と
して導線１１１および１１２を介して加算カウンタある
いは減算カウンタとして設計されたデジタル減算器１１
３へ印加される。

デジタル減算器１１３は、導体１１１を介して所望経路
に対応したインパルスおよび導線１１２を介して物体の
運動の所望方向に対応したインパルスを受け、減算器の
メモリ内容はそれ以前には零であるが、その内容は零の
値でなくなる。

導体１２９を介して象限領域確認器１２４の第１の入力
として、減算器１１３のメモリの符号を示す２通信号が
加えられ、これは、物体が第１図の横軸の上（第■およ
び第■象限）にあるか、その下（第■および第■象限）
にあるかを示すものである。

目標位置３へ至るのに辿るべき経路Ｓ２を示す減算器１
１３の内容は、アドレス信号としてｎ−ビット導線１１
４を介してプログラマブル読出しメモリ１１５へ与えら
れる。

このビットの個数ｎは、システムの所望経路分解能およ
び所望最大速度により定められる。

第２図の例では、８ビツト導線が用いられている。

第１図の曲線８は、プログラマブル読出しメモ＋Ｊ （
ＦＲＯＭ）へ記憶される。

プログラマブル読出しメモリ１１５のデジタル出力信号
は、８ビツト導線１１６を介して速度比較器１１７へ並
列形式で印加されると共に、これと並列に速度微分器１
１８の８ビツト入力に印加される。

この状態において、モータ１３０はまだ１駆動されてい
ないので、駆動モータ１３０と同軸結合されているタコ
ジェネレータ１１９は、タコ増幅器１２０へ電圧を出力
しない。

このため、導線１２１を介してアナログ−デジタル交換
器１２２の入力へは信号が加えられていない。

この変換器１２２は、その出力導線１２３を介して、実
際速度を示す２通信号を象限領域確認器１２４の入力へ
伝える。

軸１３１およびモータ１３０の実際速度が発生していな
いので、象限領域確認器１２４内で発生されるべきモー
タ１３０のトルクの符号はまだ意味を有しない。

この場合、変換器１２２は、速度比較器１１７に８ビツ
ト導線１２５を介して実際速度に対応する信号を与える
。

この信号は、速度比較器に対して、モータ１３０．軸１
３１１位置決めされるべき物体のどれもがまだ実際速度
を有していないことを示す。

さらに、これに対して並列に、比較器１２２は、速度微
分器１１８の第２の８ビツト入力に大きさ信号を与える
。

比較器１１７において、メモリ１１５からの所望速度信
号が、変換器１２２からの実際速度信号よりも大きいこ
とを定める。

この場合、速度比較器１１７は、導線１２６を介して象
限領域確認器１２４の第３の人力へ２通信号を出力する
。

この３つの２進入力信号は、象限領域確認器１２４にお
いて、全位置決めプロセスの間に、モータ１３０のトル
クＭの修正すなわち所望符号が存在するように、論理的
に結合される。

出力信号１４０は、後に詳述する電流ループ１３３へ情
報を与える。

速度微分器１１８において、８ビツト導線１１６ （Ｆ
ＲＯＭＩ １５ ）からの所望速度信号が、８ビツト導
線１２５（変換器１２２）からの実際速度信号よりも大
きいことが確立される。

△Ｗ（角速度）あるいは△■（直動速Ｖ）により示され
る。

この偏差用出力信号は、８ビツト導線１２７を介してデ
ユーティサイクル変調器１２８へ至る。

変調器１２８は、一定周波数、一定の振幅、および可変
デユーティ時間を有するデジタル信号を導線１４１に発
生する。

このデユーティ時間は１次の関係に従う。

この関係式（３）は、△ｖ７△■１ のときに成立す
る。

△Ｖ＝△ｖ１のとき、デユーティサイクルは１００％で
ある。

この場合、関係式（３）は正しくないＯ 変調器１２８において、固定値すなわち所望値△Ｖ□が
設定されており、これは第２図より明らかである。

第２図に示す回路を完全に働かせるためには、目標領域
１１の値△Ｓｏおよび△Ｖ□（第１図）が固定されねば
ならない。

位置精度の２倍に対応する所望値△Ｓｏは、△Ｓｏ／２
として比較器１４４へ導入される。

減算器１１３の内容が導入された値△Ｓｏ／２よりも太
きい限り、比較器１４４はその出力導線１４７に論理“
０゛′信号を出力する。

減算器１１３の内容が値△Ｓｏ／２と同一か小さい場合
には、比較器１１４はその出力導線１４１に論理″１”
信号を出力する。

比較器１４５において目標領域１１を限定しかつ速度分
解能の値の２倍を示す第２のパラメータ△Ｖ□は、△ｖ
□ ／ ２として導入される。

アナログ−デジタル変換器からの軸１３１の実際速度の
速度インパルスが、導入された値△ｖ□／２よりも大き
い限り、比較器１４５はその出力端子１４８に論理゛０
１１信号を出力する。

導線１２５を介するアナログ−デジタル変換器１２２か
らの速度が、導入された値△Ｖｏ／２と同一あるいは小
さい場合には、比較器１４５は、その出力端子１４８に
論理ｅ＋ １９１信号を発生する。

この場合、論理ｎ １ ｕ信号は、導線１４７と１４８
との両方に生じ、ハトゲート１４６は、導線１４９を介
して制御回路１３３へ出力信号を与え１回路１３２によ
りモータ１３０が遮断される。

これは、トルクがない条件を意味する。第２図に示した
回路構成をさらに説明するために１位置決めプロセスが
第１図の第■象限内で行れるべきものと仮定する。

このときまでに、象限領域確認器１２４は、導線１２３
を介してアナログ−デジタル変換器１２２から速度方向
用の実際値信号を受は終っており、速度の大きさがまだ
零であったとしてもこの信号は２通信号として表わされ
る。

また、象限領域確認器１２４は、比較器１１７から導線
１２６を介して、所望速度が実際速度よりも大きいか否
かを示す２通信号を受ける。

導線１２３，１２６，１２９を介してのこれらの３つの
信号から、象限領域確認器１２４は、モータ１３０のト
ルクの極性を定める出力信号を導線１４０内に発生する
。

スイッチセレクタ１３３は。導線１４２，１４３を介し
て制御器１３２を作動させる。

制御器１３２内の対応するスイッチが閉成すると、モー
タ１３０には所望の極性たとえば”十″（第１図、象限
領域ＩＶｂ）のトルクが与えられる。

モータ１３０は、直ちに、最大すなわち１００パーセン
トのトルクＭを受ける。

物体が第１図の点２から移動を開始すると、タコジェネ
レータ１１９（第２図）は、モータ１３０の速度に比例
する電圧を発生しかつこれをタコ増幅器１２０へ伝達す
る。

タコ増幅器１２０のアナログ出力信号は、導線１２１を
介してアナログ−デジタル変換器１２２へ向かう。

そして、変換器１２２は、実際速度を増加させるための
デジタル信号を導線１２３，１２５へ加える。

物体は、第１図の点２から点５へ移動する。

８ビツト導線１１６．１２５内の所望速度値と実際速度
値とを比較する速度比較器１１７は、実際速度が所望速
度と同一あるいは大きくなった時に、導線１２６への出
力信号を変化させる。

これは、物体が第２図の点７にあるときに生ずる。

導線１２６での信号の変化の結果として、象限領域確認
器１２４は、その出力導線１４０を介してスイッチセレ
クタ１３３へ信号を送り、スイッチセレクタがモータ１
３０のトルクＭの符号を変えるように指令する。

制御器１３２において、それまで開であった電子スイッ
チが閉成され、かつそれまで閉であった電子スイッチが
開成される。

導線１２３，１２９の信号は。速度■の極性（導線１２
３）と目標３への残りの経路Ｓの極性（導線１２９）が
変化しないので。

変化を生じない。

トルクの制動動作の結果速度■と第１図の曲線１による
残余経路Ｓは減少する。

物体が領域１１に到達すると、直ちに、比較器１４４と
１４５は、導線１４γと１４８へ論理極性“１”を供給
し、この２つの信号の結果、に（ホ）ゲート１４６は出
力導線１４９へ信号を与えて、制御回路のスイッチセレ
クタ１３３のスイッチを開、伐させる。

駆動モータは、もはや電流を受けないので、目標領域１
１内では１位置決めされるべき物体にトルクが加えられ
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、最適化時間位置決めプロセスと自己調節効果
を有する所望の急速横断速度とを説明する制動特性のグ
ラフである。 第２図は１本発明の好適実施例による制御装置のブロッ
ク回路図である。 １・・・・・・制動曲線、３・・・・・・目標、１０・
・・・・・メモリ。 １１・・・・・・目標領域、１１３・・・・・・デジタ
ル減算器、１１５・・・・・・読出しメモリ、１１７，
１４４゜１４５・・・・・・比較器、１１９・・・・・
・タコジェネレータ。 １２０・・・・・・タコ増幅器、１２２・・・・・・変
換器。 １２４・・・・・・象限領域確認器、１２８・・・・・
・変調器。 １３０・・・・・・モータ、１３１・・・・・・軸、１
３２・・・・・・制御器、１３３・・・・・・スイッチ
セレクタ、１４６・・・・・・ＡＮＤゲー ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物体を目標位置３に最適化時間で位置決めするもの
   で、物体を開始位置２，１２から目標位置３に所定のト
   ルクで駆動するモーター３０を有する装置であって、 前記目標位置３の位置情報を記憶する手段１０と 前記物体の実際の位置の位置情報を供する手段１３４．
   １３５と。 前記実際の位置と前記目標位置を比較し、対目標距離の
   信号を供する手段１１３と、 モータの速度信号を供する手段１１９，１２０゜１２２
   と。 前記対目標距離の信号及び前記モータ速度信号に応答し
   て、デカルト座標系における前記モータの運動方向と距
   離を決定する象限判別手段１２４と。 物体が目標に向って移動する間にモータのトルクが反転
   しなければならない速度・距離曲線上の場所の曲線標本
   を記録するものであって、前記トルクの反転は一回であ
   る速度・距離関係の記憶手段ＦＲＯＭ、１１５と。 前記速度・距離関係の記憶手段１１５と前記モータ速度
   を供与する手段１１９，１２０，１２２に接続されてお
   り、モータの作動時に、物体の位置が前記象限判別手段
   １２４に記憶された速度・距離曲線を交差するときに、
   前記象限判別手段１２４に接続されてこれに出力信号を
   供し、前記象限判別手段は、その結果トルク反転命令信
   号を供するための手段１１７，１２６と、 前記トルク反転命令信号と同様に前記対目標距離の信号
   とに応答して、先ず物体を目標に向けるために必要な方
   向に出力トルクを供し１次いで該トルク反転命令信号を
   受取った後モータのトルクを反転し、目標に接近する物
   体を制動するようにモータを制御するモータ制御手段１
   ３２，１３３と 目標精度範囲ＡＳｏと、目標位置からの物体の位置決め
   の最大許容距離の標本とを定義し、許容範囲信号を発生
   する手段１４４と。 物体の運動が命令された速度からモータにより制御され
   るときに、物体の速度の最大誤差の目標速度接近範囲Ａ
   Ｖｏの標本を定義し、接近範囲信号を発生する手段１４
   ５と、 前記許容範囲信号と前記接近範囲信号に接続されてこれ
   に応答して、物体が前記目標精度範囲内にあり、前記接
   近範囲速度で移動している時に、前記モータ制御手段を
   制御し、モータを消勢する手段１４６，１２２とより成
   る物体を目標位置に最適化時間で位置決めする装置。 ２ 物体が前記速度・距離曲線を交差するときに出力信
   号を発生する前記手段１１７，１２６は。 前記速度／距離関係記憶手段ＦＲＯＭ、１１５により決
   定される目標からの対応する距離における。 実際のモータ速度の信号標本と、命令されたモータ速度
   の信号標本とを受取る比較器１１７を含む特許請求の範
   囲第１項記載の物品を目標位置に最適化時間で位置決め
   する装置。 ３ 前記モータは、パルス作動されるものであり、更に 前記速度／距離関係記憶手段ＦＲＯＭ、１１５により決
   定される目標からの対応する距離において、実際のモー
   タ速度の信号標本と命令されたモータ速度の信号標本と
   を比較し、速度誤差信号を発生する誤差速度信号手段１
   １８と。 パルスデューティサイクルのモータ制御の最大デユーテ
   ィサイクルの標本を記録したモータ制御手段１３２，１
   ３３に接続されてこの手段の動作を制御し、前記速度信
   号比較手段１１８からの誤差速度信号出力を受取るよう
   に接続され、モータ制御手段１３２，１３３に速度変調
   出力信号を供し、デユーティサイクルを速度変化の最大
   の所定許容量以下の標本に修正して装置の安定性を保証
   するデユーティサイクル変調器１２８とよりなる特許請
   求の範囲第１項記載の物体を目標位置に最適化時間で位
   置決めする装置。 ４ 物体が速度／距離曲線を交差する位置にあるとき出
   力信号を発生する前記手段１１７，１２６が、前記速度
   ／距離関係記憶手段ＦＲＯＭ、１１５により決定される
   目標からの対応する位置における実際のモータ速度信号
   を命令されたモータ速度信号とを受取る比較器１１７を
   含む特許請求の範囲第３項記載の物体を目標位置に最適
   化時間で位置決めする装置。