JPS61239308A

JPS61239308A - 位置決め制御装置

Info

Publication number: JPS61239308A
Application number: JP8084485A
Authority: JP
Inventors: Hayao Suzuki; 鈴木　速雄; Yasushi Hagiwara; 萩原　靖; Yoshiharu Matsuoka; 松岡　義晴; Naokazu Kumon; 久門　直和; Hiroshi Watanabe; 渡辺　博志; Akira Shimada; 明島田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1985-04-16
Filing date: 1985-04-16
Publication date: 1986-10-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、サーボモータ等を動力源とした数置制御機械
、産業用ロボット等の機器において、サーボモータ等を
駆動し位置決めする位置決め制御装置に関する。

（発明の概要）サーボモータ等を可逆動作させて位置決めを行なうため
に１指令パルス数と、移動量を検出する位置検出からの
フィードバックパルス数との差を検出する誤差検出手段
、該誤差検出手段の内容をＤＡ変換する回路、このＤＡ
変換回路の出力を速度フィードバック信号との差を増巾
するＰＩ増巾器、このＰＩ増巾器の出力を増巾してモー
タを駆動する増巾器を有し、誤差検出手段において、誤
差カウンタの内容の絶対値の大きさが所定の値より小さ
い状態を検出し、その状態の比例増巾率を非常に小さく
することによって位置決め駆動時の応答性を損なわない
位置決め制御装置である。

〔従来の技術〕

従来、本出願人によって出願したサーボモータを使用し
た位置決め装置として、第３図に示すものがある。

この回路の動作を第３図に従って説明すると、移動指令
パルスＬと、サーボモータ８の動作を検出スるエンコー
ダ９からのフィードバックパルスＭとの差を検出する誤
差カウンタ１の出力をＤＡ変換器２でアナログ信号Ａに
変換し、また誤差カウンタ１の出力から、零検出回路１
８、正検出回路１９、負検出回路２０がそれぞれ誤差カ
ウンタ１の内容が零の状態、正の状態、負の状態を検出
し、零状態でない時、正負の状態に応じて、それぞれ正
バイアス回路２３．負バイアス回路２４を動作させて、
加算回路２５に入力しＤＡ変換器出力Ａに同極性のバイ
アスＧを加えて、誤差カウンタの値が零でない時以外は
、機械系の摩擦による不感帯から脱出できる様に速度指
令信号Ｂを作り出している。速度指令信号Ｂはエンコー
ダ９からのフィードバックパルス信号ＭをＢ’ｖ変換器
１０によって、電圧信号に変換された速度フィードバッ
ク信号りとの差を増巾されるようにＰＩ増巾器に入力さ
れる。ｐｒ増巾器においては、フィードバック抵抗１３
によるところの比例増巾要素と、コンデンサ１５による
ところの積分増巾要素とがあり、積分増巾要素があるた
めに、前記バイアス回路からの指令値がそれ程大きな値
でなくとも、時間の増加と共に出力が増加し不感帯から
脱出できる。しかしながら、常に積分増巾要素が動作し
ている事は、動的な応答性においては遅れを生ずるので
、速度フィードバック信号の値が所定の値よりも大きく
なった時を絶対値検出回路１６によって検出し、動作速
度が所定の値を越えた時は、コンデンサ１５に並列に接
続されているアナログスイッチ１７を閉成して、比例増
巾のみの動作を行っている。ｐｒ増巾器の出力Ｃは、電
流検出器７からの電流信号との差をとったあと、パワー
増巾器６によってモータ８を駆動している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら機械負荷には、種々の負荷の変動が存在す
る。本発明の解決しようとする機械負荷に対する問題点
は次の様なものである、可動軸の特定の位置において、
重力あるいはジャバラ等を圧縮した時に生ずる負荷から
の連続的な力のバイアスが受け、さらに可動軸の保護と
して使用したオイルシール等の影響によって負荷摩擦が
非常に細かく変動する事に起因するスティックスリップ
現象を発生するような機械負荷に対する問題である。

この様な機械負荷を駆動する時、現在の位置決め制御回
路では次の様な不具合点が表われてくる。

まず、ＰＩ増巾器がＰＩ増巾器そのものとして動作する
絶対速度が小さい時、比例増巾ゲインが小さいと、ステ
ィックスリップ現象によって移動速度が細かく変動し、
可動軸が震動しながら移動する現象が表われ、位置決め
の再現精度が悪化する。この様な状態を回避するために
は応答性の良い比例増巾成分の増巾率を高める事によっ
て達成できる。

しかし、このように比例増巾率を高めた状態で負荷から
の連続した力のバイアスが加えられる位置に位置決め終
了すると、負荷からの力によってモータ８が回転させら
れ、エンコーダ９からのフィードバックパルスが発生し
、位置決め制御回路は元の位置に戻そうとし、誤差カウ
ンタ１の内容が零となると、またモータ８が回転される
というサイクルによって微少振動を発生する。この時、
高速応答する比例増巾要素の増巾率が大きいと、大きな
振動音を発生し、結果として位置決めの再現性を悪化さ
せ、かつ、オペレータ等の作業者に与える不快感は多大
なものになってしまう。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の様な問題点を回避するために、位置決め
駆動時の応答性をほとんど損なわすに動作時震動せず、
かつ、負荷からのカバイアスに抗しても、大きな振動音
を発生しない位置決め制御回路を提供するものである。

そのために、本発明においては、誤差カウンタ１の内容
の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態を検出し、
その状態における比例増巾率を非常に小さくする事によ
って目的を達成しようとするものである。

〔作用〕

停止時、負荷からのカバイアスに抗して駆動するために
振動音が大きくなっている状態は、バイアス回路２４．
２５からのバイアスＧが、ＰＩ増巾器の出力ＯＫまで増
巾された時、急激に変化しすぎるためであり、この信号
Ｃの誤差カウンタ１が零である状態と零でない状態との
変化中を小さくすれば、振動音は小さくなる。しかし、
これを従来の様に積分増巾で行なうとすると、スティッ
クスリップ現象による移動時の震動状態が顕著になって
くるので、震動する振巾を極めて小さくするために、誤
差カウンタの内容の絶対値が極めて小さい所定値以下の
時だけＰＩ増巾器の比例増巾率を小さくする事によって
音を小さくする。この時、可動軸を駆動すると震動する
わけであるが、この震動する領域は、誤差カウンタ１の
内容が極小であるため、速度が非常に遅い状態に限られ
るので、はとんど問題を起さないレベルに抑制できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である位置決め制御装置のブ
ロック図である。

第１因と第３図との第１の差異は、第１図には誤差カウ
ンタ１の内容から誤差の絶対値が、所定　　　　　値よ
りも小さい事を検出する誤差小検出回路２６と、前記、
誤差小検出回路２６の出力Ｊによって誤差小の時、閉成
され、ＰＩ増巾器の比例増巾率を減小させるアナログス
イッチ２７と、該アナログスイッチに直列に接続される
抵抗値２８が存在する事である。

第１図と第３図との第２の差違は、誤差カウンタの零検
出回路２８、アンド論理をとる回路２１゜２２が存在し
ない事である。

前記、第１の差異に基づく本発明の骨子を第４図の信号
ａの過渡特性図をも用いて説明する。

まず、ＰＩ増巾器の比例増巾成分の増巾率は、移動時の
震動現象を避けるために、定常駆動状態においては、高
い値にしであるものとするＯこの状態において、負荷側
から力のバイアスが加わっているとすると、モータ８が
力のバイアスによって回転させられ、エンコーダ９から
のフィードバックパルスにより時刻ｔｌで誤差カウンタ
の内容が零でなくなると、直ちに比例増巾要素の電圧と
してａ点の電圧が発生し、その後、時間経過とともにｂ
点に向って電圧が増加しようとするＯこの電圧ａ　−ａ
　ｂによって、モータには元へ戻ろうとする力が発生し
、力のバイアスに抗して零状態へ戻る。この時すの時点
で零状態に復帰したとして、？■変換器１０の出力りの
信号によるフィードバック信号を無視しても、ｂからｄ
に比例増巾要素分の電圧が直ちに降下する。実際にはこ
の時フィードバック信号が存在するので、０からａ。

ｂからｄへの電圧ステップは更に大きい。

第１図における誤差小検出回路２６によって、比例増巾
要素少スイッチ２７を誤差カウンタの誤差小の時、閉成
し、比例増巾率を１／２にしたとすると（抵抗１５と抵
抗２Ｂの値が等しくする。）前記と同様の信号Ｃの電圧
変化は第４図の０−０−　ｂ’　−ｅの様になり、その
電圧変化の態様はゆるやかなものになり、この速度指令
である信号Ｃの電圧変化による振動音は軽減される。

第１図と第５図のブロック図における第２の差異は、零
検出回路２８、アンド論理をとる回路２１．２２がｔ＄
、１図に存在しない事でおる。第３図におけるこの回路
は、誤差カウンタ１の内容が零以外の値の時にバイアス
を加える様に構成したものでおり、第５図の誤差カウン
タの内容と信号Ｂの出力の関係において、誤差カラく夕
の内容が零の時に、信号Ｂ電圧が大略Ｏｖとなり不感帯
に有る事を容認した位置決め回路である。それに対して
第１図の位置決め制御回路は、いずれの状態においても
、バイアスをかける様にしたものであり、第６図の誤差
カウンタの内容と信号Ｂの出力の関係において、誤差が
１以上の時は正バイアスを０以下の時は負バイアスを加
える様にしたものである◎この様にする事により、位置
決め制御回路は、エンコーダ信号の変化する境界におい
て微小振動しながら停止する事になり、不感帯のない位
置決め制御回路に７ｔす、この位置決め制御回路を適用
した可動軸の位置再現精度は飛躍的に向上する。

また、この様に不感帯のない位置決め制御回路において
は、停止時の振動音の発生は不感帯がある場合よりも激
しくなり、誤差カウンタの内容が小さい時、比例増巾率
を減少する事が特別に有効になる。

以上の説明においては、移動指令パルスは一方向だけへ
の指令として限定して説明してきたが、移動指令パルス
が、正、逆転両方向の場合においても、その動作の仕方
は、各部の信号の極性が逆方向になるだけであり、動作
原理は全く同一である。

しかし、以下の説明においては、誤差カウンタ、ＤＡ変
換器等、両極性（バイポーラ）のものを使用しているの
は、正、逆両方向に回転させる場合に起り得るデータ範
囲を考慮した説明を行なうためである。

第２図は、第１図の点線で囲った部分の詳細図であり、
より具体的な誤差カウンタ、Ｉ）Ａ変換回路、誤差カウ
ンタの正、負、誤差絶対値小検出回路の実施例を示すも
のである。

第２図では、誤差カウンタ１の零状態（初期状態）は、
Ｍ２Ｒから順に１０１０・・・・・・・・・０００１（
中間のピットは全て０）に設定されており、電源投入時
等にリセット端子Ｋからのリセット入力によって設定さ
れる。誤差カウンタ１のＬ８Ｂから順に２ビット、ＭＳ
Ｂから順に２ビットは、ＤＡ変換素子４３に入力されて
いす、また、ＤＡ変換素子４３は、バイポーラＤＡ変換
素子である。

従って、ＤＡ変換素子４５への入力は零状態においてＭ
２Ｒから順に１０・・・・・・・・・００（中間のビッ
トは全て０）であるため、出力は大略零である。

誤差カウンタ１のＭＳＢから順に３ビットの出力Ｏｎ　
、　０ｎ−１、０ｎ−２はデコード回路３０に入力され
る。

前記０１１〜Ｑｎ−１は、初期状態が１０１と設定しで
あるため、デコード回路３０の出力５がそれに対応する
。

この状態から、誤差カウンタ１の内容が増加してデコー
ド回路３０の内容が６になる時、Ｄ直変換素子４３に入
力される値は、上位から００・・・・・・００（中間の
ビットも全て０）になり、出力は正の最大値から、負の
最小値に変化する。

逆方向においては、零状態から減算される方向に２パル
ス入力されると、デコード回路３０の出力は４になり、
さらに減少してデコード回路の出力が３になる時、ＤＡ
Ａ換素子４３に入力される値は１１・・・・・・・・・
１１（中間のビットも全て１）になり、出力は負の最小
値から、正の最大値に変化する。

第７図においては、誤差カウンタの内容とＤＡＡ換回路
の出力の関係を示しており、点線で表わしているのは、
ＤＡＡ換素子４５の出力であり、上述した理由により、
デコード回路の出力が５から６へ移る時、また４から５
へ移る時、正の最大値と負の最小値との間の大きな変化
が生ずる。

第２図の回路においては、デコード回路３０の出力が６
と７である信号をオア回路３７でオア論理をとり、正バ
イアス回路４４を作動させて、加算回路４６に、前記最
大値から最小値への変化を打ち消すバイアスを加える０また、デコード回路３０の出力が５．２である信号をオ
ア回路４１でオア論理をとり、−バイアス回路４５を作
動させて、加算回路４６１１′ｌ：、前記最小値から最
大値への変化を打ち消すバイアスを加える。加算回路４
６の出力は、加算回路３において、ＤＡＡ換素子４Ｓの
出力に加算されて、加算回路３の出力は、第７図の実線
に示されるＤＡ変変換回路出力色なる０第２図における信号に−Ｆ−Ｊは第１図における信号に
−Ｐ・Ｊと同一のものである。

信号Ｊは位置誤差が小さい事を示す信号であり、誤差カ
ウンタ１の内容が、ＭＳＢから順Ｖｃ１０１０・・・・
・・・・・０ＯＸＸ（中間ビットは全てＯで、Ｘは０１
１いずれでも良い）となっている。本実施例においては
、誤差カウンタ１の内容が１０１０・・・・・・・・・
・・・ａａａｌ（中間ビットは全て０）の時を初期状態
としての誤差０の状態としているので、この状態から＋
２〜−１の状態が誤差小の状態となっている０ノ′ア回
路３２がハイレベルになっている事は０ｎ−３〜０！が
全て０（ロウレベル）になっている事を検出しており、
この出力とデコーダ３０の出力５をアンド回路３５に入
力する事によって、アンド回路３５の出力Ｊは、誤差の
値が上記の＋２〜−１になっている事を表わしている事
′　　　　　が判る。

３１はやはりデコーダ回路であり、入力として信号Ｊが
ゲート入力として入力され、°信号Ｊがハイレベルの時
だけ、他の入力としての誤差カウンタ１の出力口０．Ｏ
ｌの内容がデコードされる回路である。従って、ＯＲ回
路５３の出力はデコーダの出力０．１をオアしているの
で、誤差カウンタの内容がＭＳＢから順に１０１０・・
・・・・・・・０００×（中間ビットは全て０、×は０
か１）の状態になっていて、位置誤差の内容が０か−１
の時出力される。

ＯＲ回路３４の出力は、デコーダの出力２．５をオアし
ているので、誤差カウンタの内容がＭＳＢから順に１０
１０・・・・・・・・・ｏｏｔｘ（中間ビットは全て０
、×は０か１）の状態になっていて、位置誤差の内容が
、＋１．＋２の時、出力される。

信号Ｅは、オア回路３３の出力とデコーダ３０の出力４
をオアした回路４０の出力であるため、位置誤差が負の
状態である事を表わしており、前記した様に、第１図の
負バイアス回路２４を動作させている。

アンド回路３８は、デコーダ３０の出力５と、ノア回路
３２の出力をインバータ３６で反転した信号を入力して
いるため、その出力は１０１１−−−−１１１１　（Ｍ
ＳＢから順に記したもの、かつ中間ビットは全て１）か
ら１０１０−−一−−０１０ｎ　（ＭＳＢから順に記し
たもの、かつ中間ビットは全て０）までの誤差カウンタ
出力を示している・信号Ｆは、上記アンド回路５８の出
力とオア回路３３の出力をオアした出力であるため、位
置誤差の内容が正の状態である事を表わしておリ、前記
した様に、第１図の正バイアス回路２３を動作させてい
る。

信号Ｎは第１図のブロック図には図示されていない信号
であり、誤差の値が非常に多くなった状態を表わしてお
り、誤差過大を表わすアラーム信号等に使用される。

この様にＤＡ変換回路を構成する目的はＤＡ変換素子の
ビット数が増加するにつれて、素子の価格が非常に高く
なるからであり、第２図の実施例によって安価なりＡ変
換素子によってビット数の多いＤＡ変換回路を構成する
事が可能である０なお、本実施例においては、信号Ｅ及
びＦが、正バイアス回路４４及び負バイアス回路４５が
出力される時には、正バイアス回路２５及び負バイアス
回路２４を動作させない様な構成になっている。従って
、例えば正バイアス回路の動作が、２３から４４に切り
換わる時、信号Ｂはバイアス［ｒ５］路２６の量だけ不
連続になるｏしかしながら、一般的にバイアス回路２５
及び２４の出力は、バイアス回路４４及び４５の出力に
比較して、極めて小さいため、本実施例の如く構成して
もモーターを駆動するに当ってほとんど支障はない。し
かし、この不連続性が問題になる場合は、バイアス回路
４４及び４５の出力を、バイアス回路２５及び２４の量
だけ加算した出力になる様に設計するか、あるいは、オ
ア回路３９．４０を３人力のオア回路とし、その入力に
それぞれオア回路５７゜４１の出力を接続すれば良い。

なお、ＰＩ増巾器の積分増巾器として、本実施例におい
ては、−次遅れ増巾器として図示（第１図、第３図）し
ているが、必要な事は、入力が加わった後、時間経過と
共に出力の増大する回路である事であり、本質的に大き
な差異はない。

〔発明の効果〕

以上、述べた様に本発明によって、可動軸に力のバイア
スがあったり、シール等の摩擦弾性負荷が存在する場合
においても、位置決め不感帯をなくし、極めて円滑、静
粛に可動軸を駆動し、位置決め再現精度の高い位置決め
制御装置が出来、その技術的、経済的効果は顕著である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例でおる位置決め制御回路のブ
ロック図、第２図は第１図の一部分の詳細図、第３図は
従来の位置決め制御回路のブロン、　　　　り図、第４
図はカバイアスに対応する第１図及び第３図の信号Ｃの
応答図、第５図は第３図の信号Ｂの誤差カウンタ出力に
対する図、第６図は第１図の信号Ｂの誤差カウンタ出力
に対する図、第７図は第２図のＤＡ変換回路出力Ａの誤
差カウンタ出力に対する図である。図中、１は誤差カウンタ、２はＤＡ変換回路、５．７！
５．４６は加算回路、４はＤＩ増巾器のオペアンプ、５
は減算回路、６はパワー増巾器、７は電流検出回路、８
Ｆｉサーボモータ、９はサーボモータに連結されたエン
コーダ、１０はＦＶ変換器、１１〜１４は抵抗器、１５
はコンデンサ、１６は速度絶対値検出回路、１７．２７
はアナログスイッチ、１８．ｔ９．２Ｇはそれぞれ誤差
カウンタ状態としての位置誤差の零検出器、圧検出器、
負検出器、２１．２２はアンド論理回路、２３．４４は
正バイアス回路、２４．４５は負バイアス回路、２６は
位置誤差小検出回路、３０゜５１けそれぞれ３ビット入
力、２ビットと１ゲート入力のデコーダ、３２はノア回
路、３３　、３４゜５７．５９．４０〜４２はオア回路
、３５．３８はアンド回路、３６はインバータ、４３は
Ｄ／Ａ変換素子でめる。以　　上出願人　セイコー電子工業株式会社代理人　弁理士　最　上　　　　扮１１寸第４図第５０や慢　　　　　　　　　　４

Claims

【特許請求の範囲】

（１）サーボモータ等を可逆動作させて位置決めを行な
うために、指令パルス数と、移動量を検出する位置検出
器からのフィードバックパルス数との差を検出する誤差
検出手段、該誤差検出手段の内容をバイポーラＤＡ変換
するＤＡ変換回路、該ＤＡ変換回路の出力を、速度フィ
ードバック信号との差を増巾するＰＩ増巾器、該ＰＩ増
巾器の出力を増巾してモータを駆動する増巾器とを有す
る位置決め制御回路において、誤差カウンタの内容が正
である事を検出する正検出回路、負であることを検出す
る負検出回路、誤差が所定の値よりも小さい事を検出す
る誤差絶対値検出回路を設け、正、負検出回路の信号に
よつてＤＡ変換回路と同極性のバイアスを発生するバイ
アス発生回路、該バイアス発生回路出力と前記ＤＡ変換
回路の出力を加算するように、前記ＤＡ変換回路とＰＩ
増巾器の間に設けられた加算回路、前記ＰＩ増巾器の積
分増巾要素に作用し、閉成した時積分増巾作用をなくす
積分増巾キラースイッチ、前記ＰＩ増巾器の比例増巾要
素に作用し、閉成した時比例増巾率を減小させる比例増
巾率減小スイッチ、及び速度フィードバック信号の絶対
値が所定の値を越えている事を検出する速度絶対値検出
回路を設け、前記積分増巾キラースイッチのコントロー
ル端子に速度絶対値検出回路の出力を、速度絶対値が大
の時閉成する様に接続し、前記比例増巾率減小スイッチ
のコントロール端子に前記誤差絶対値検出回路の出力を
、誤差が小さい時スイッチが閉成する様に接続した事を
特徴とする位置決め制御装置。
（２）バイアス発生回路が誤差カウンタの内容が零であ
る時、正か負いずれかのバイアスを発生させ、サーボモ
ータをそのバイアス発生回路の極性の切換る境界上に停
止させる様にし、駆動不感帯をなくす様に構成した事を
特徴とする特許請求の範囲１項記載の位置決め制御装置
。
（３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の位置決
め制御回路の誤差カウンタとＤＡ変換回路において、誤
差カウンタのビット数がＤＡ変換回路に使用しているＤ
Ａ変換素子の入力ビット数よりも多く、誤差カウンタの
ＬＳＢから連続する１つ以上のビットを、ＤＡ変換素子
に入力させない構成とし、誤差カウンタの零状態を、前
記ＤＡ変換素子に入力させないビットにおいては、当該
ビットにより可能となる数値の大略中心の値とする事を
特徴とする位置決め制御装置。
（４）特許請求の範囲第１項または第２項記載の位置決
め制御回路の誤差カウンタとＤＡ変換回路において、誤
差カウンタのビット数がＤＡ変換回路に使用しているＤ
Ａ変換素子の入力ビット数よりも多く、誤差カウンタの
ＭＳＢから連続する１つ以上のビットを前記ＤＡ変換素
子に入力させない構成とし、ＤＡ変換方法として、入力
がオーバーフローした事によつて、ＤＡ変換素子の出力
に瞬時に発生する最大値から最小値への、あるいはその
逆の変化を打ち消すバイアスを、前記、誤差カウンタの
ＭＳＢから連続するビットの内容によつて発生させ、Ｄ
Ａ変換素子の出力に加算する様に構成した事を特徴とす
る位置決め制御装置。