JPS6132687B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサーボモータの加減速制御回路に関す
る。

サーボモータは指定されたパルス列の周波数に
一致する速度で回転する様になした駆動回路によ
り、上記の指定されたパルス数に一致する回転角
だけ回転するが、位置決めなどの高速回転を行な
わせる場合、最初から高周波数パルス列を供給し
ても、サーボモータに過大な電流を流れるばかり
でなく、機器に衝撃を与えて好ましくない。

そこでパルス列の始端および終端部分の周波数
を、サーボモータの起動停止に好ましいように指
数関数状に漸増漸減することや行なわれている。
しかし、指数関数状にパルス列を増減させると、
サーボモータが停止する迄長時間を要し、機器の
使用効率を低下させるので好ましくない。さらに
使用効率を上昇させようとして、指数関数状に漸
増漸減する際の時定数を小さくすると、特にパル
ス列の漸減時にサーボモータに過大な電流を流す
ことになり、サーボモータにとつて好ましくない
という欠点があつた。

以下に従来より行なわれている加減速回路を第
１図により説明する。

第１図は従来の１次おくれ制御系によるサーボ
モータの加減速回路の原理を示す構成図であり、
図において、１はパルス列の周波数およびパルス
数を出力する指令装置、２は演算回路であり、指
令装置１から出力される指令パルス列６のパルス
によりカウントアツプされ、出力パルス列７のパ
ルスによりカウントダウンされるアツプダウンタ
ウンである。３は上記演算回路２の出力に時定数
設定回路８からの出力である一定の定数を掛け合
わせる乗算器、４は乗算器３の出力データに応じ
たパルス列７を出力する変換器であり、一定周波
数の信号を出力する発振器と、発振器からの信号
を乗算器３の出力データに応じた出力パルス列に
変換するレートマルチプライヤとからなり、この
ようなレートマルチプライヤとしては米国テキサ
ス・インスツルメンツ社のSN7497等が知られて
いる。５は変換器４からの出力パルス列７に応じ
てサーボモータを駆動させる駆動回路であり、例
えば変換器４からの出力パルス列７を電圧に変換
するＦ／Ｖ変換器と、Ｆ／Ｖ変換器からの出力電
圧を増幅出力する速度制御増幅器とからなり、速
度制御増幅器の出力によりサーボモータが駆動さ
れることになる。６は指令装置１から出力される
指令パルス列、７は加減速制御回路の出力として
得られる出力パルス列、８は加減速制御回路の時
定数を設定するための時定数設定回路である。

従来の加減速回路は上記のように構成されてい
るため、指令パルス列６と出力パルス列７の様子
は第２図ａ，ｂに示すようになり、乗算器３の比
例定数をＫ、指令パルス列の周波数をf₂、出力パ
ルス列の周波数をf₀とし、第２図に示す様に指令
パルス列６が時点t₁で到来を開始し、時点t₂で終
了したとすると、出力パルス列の周波数は出力パ
ルス列７の始端部分および終端部分は指数関数f₁
（ｔ）およびf₂（ｔ）に従つて変化し、中央部分
では指令パルス列６の周波数f₂に等しくなる。こ
こで f₁（ｔ）＝ｆ_i（１−ｅ^-Kt） ………(1) f₂（ｔ）＝ｆ_iｅ^-Kt ………(2) である。このように変化するパルス列を用いれ
ば、円滑な加減速を行ないながら、しかも指定さ
れた通りのパルス数を駆動回路５に送ることがで
きる。しかしながら、かかる指数関数は既知のよ
うになかなか定常状態に達せず、特にサーボモー
タの減速時にサーボモータが停止する迄に長時間
を要してしまう。

そこで従来より、サーボモータの起動停止に各
別支障がないレベルからパルス列の周波数増加を
開始させ、また上記レベル迄パルス例の周波数が
下つたら周波数を零に落とす即ちパルスの供給を
停止する方法等が採用されていたが、この方法も
ある設定したレベルからパルス例の周波数を零に
するため、サーボモータの停止時にステツプ状に
回転が停止するため、好ましい方法とは言えな
い。

本発明は上記の様な欠点を改良するもので、１
次おくれ制御系においてゲインを時間の関数とし
て変化させることにより、サーボモータの加減速
制御を最適制御とすることができるサーボモータ
の加減速回路を提供するものである。

以下に本発明の原理および一実施例を図を用い
て説明する。

第３図は本発明による加減速回路のブロツク図
であり、１〜５は第１図の場合と同様である。９
は指定されたパルス数と出力パルス数の一致した
ことを検知する一致検出回路、１０は乗算器３の
比例定数Ｋを可変にするための時定数可変回路で
ある。本発明は以上の様に構成されているから指
令パルス列６の始端、終端時に任意に比例定数Ｋ
を変化させることができる。今、その一例を第４
図を用いて指令パルス列６の終端部分で比例定数
Ｋが時間ｔの関数として、 １／Ｋ＝１／Ｋ_０（１−１／ｔ_ｆｔ） ………(3) と変化させる場合について説明する。

ここで、式(3)において時間ｔ_fは指令パルス列
６の終端時点t₂から出力パルス列７の最終パルス
が出力される時点t₃までの時間であり、以下の様
に表わせる。

ｔ_f−t₃−t₂ ………(4) またK₀はｔ＝０から指令パルス列６の終端時
点t₂迄の間の乗算器３の比例定数である。

式(3)における比例定数Ｋの逆数、つまり加減速
回路の時定数Ｔは Ｔ＝１／Ｋ ………(5) であることより Ｔ＝T₀（１−１／ｔ_ｆｔ） ………(6) （ただしT₀＝１／Ｋ_０） と書けることになる。即ち、この(6)式は上記(3)式
における１／Ｋ、つまり時定数を変化させることによ り得られるものであり、時定数Ｔが上記(5)式に示
すように１／Ｋであるので、上記(6)式が得られること になる。式(6)から明らかな様にｔ_fの期間、時間
ｔとともに時定数ＴがT₀から０まで直線的に変
化する場合を示している。

この時、出力パルス列７の周波数は出力パルス
列７の周波数は出力パルス列７の始端部分および
終端部分ではf₃（ｔ）、f₄（ｔ）に従つて変化し、
中央部分では指令パルス列６の周波数ｆ_iに等し
くなる。ここで である。

この(8)式は以下の如くして導かれる。即ち、第
５図における１次遅れ系において、ｘを入力の変
位、ｙを出力の変位とすると、 〔〕 Ｋ（ｔ）＝Ｋ（一定の場合）、 この時は出力ｙは ｙ＝∫Ｋ（ｘ−ｙ）dt ………(9) となる。(9)式を微分すると ｄｙ／ｄｔ＝Ｋ（ｘ−ｙ） ………(10) となる。ここで初期条件は第６図の様になり、
入力条件 ｔ＞０でｄｘ／ｄｔ＝０ ………(11) 初期条件 ｔ＝０でｄｙ／ｄｔ＝ｆ_i ………(12) となる。したがつて(12)式により ｄｘ／ｄｔ＝０ ∴ｘ＝x₀………（x₀：積分定数） （ｔ＞０において） となる。ここで、上記(10)式に入力条件として、
ｔ＞０においてｘ＝x₀を代入すると、 ｄｙ／ｄｔ＝Ｋ（x₀−ｙ） ………（13） となり、この（13）式を変数分離法により解く
と、 ∫ｄｙ／ｘ_０−ｙ＝∫Kdt−ｌ_o（x₀−ｙ）＝Kt＋ｃ （ｃ：積分定数） x₀−ｙ＝ｅ^-Kt-c ｙ＝x₀−ｅ^-Kt-c ………（14） となる。この（14）式に切期条件ｔ＝０におい
て ｄｙ／ｄｔ＝ｆ_iを代入すると、(4)式より ｄｙ／ｄｔ＝Ke^-Kt-c ∴ｄｙ／ｄｔ＝ｆ_iｅ^-Kt……
…（15） ここでｄｙ／ｄｔ＝ｆ（ｔ） （速度）なので上記式（15）を書き直すと ｆ（ｔ）＝ｆ_iｅ^-Kt ………(2) となる。

〔〕 Ｋ（ｔ）＝Ｋ（ｔ）（可変の場合） この時は出力ｙは ｙ＝∫Ｋ（ｔ）（ｘ−ｙ）dt ………（16） となり、（16）式を微分し、上記(6)式を代入す
ると、 となり、入力条件ｔ≧０においてｘ＝x₀を代入
すると となる。

ここで（18）式を変数分離法により解くと となり、初期条件としてｔ＝０において ｄｙ／ｄｔ＝ｆ_iを代入すると、上記（19）式から より となり、 となる。ここで ｄｙ／ｄｔ＝ｆ（ｔ）（速度）なので、上式を書き直
す と となり、このようにして(8)式が得られることに
なる。

上記式(7)、(8)から明らかな様に、 ｔ_f＝2T₀ ………（21） とする事により、式(8)は f₄（ｔ）＝ｆ_i（１−１／ｔ_ｆｔ） ………（22） となるから出力パルス列７の終端部の周波数は
時間ｔとともに直線的に減少し、時点t₃で周波
数は零となり、サーボモータの回動が停止す
る。また時点t₃の時に第３図の一致検出回路９
が動作し、時定数可変回路１０の時定数を初期
値T₀に復帰させる。

この結果、サーボモータは時間τだけ停止が
早くなると共に駆動回路５へ出力される出力パ
ルス列７の出力パルス数は正確に指定された通
りとなる。ここでτはほぼ τ≒T₀（logeT₀f_i−１） ………（23） で表わされる。

第７図は時定数可変回路１０の実際の回路例を
示した図であり、１１はカウンタ、１２〜１３は
アンドゲート、１４は時定数設定のためのスイツ
チ回路である。この回路では所定の時定数T₀を
スイツチ回路１４のスイツチにより選択し、スイ
ツチ回路１４の出力をアンドゲート１２が閉じて
いる時は常にカウンタ１１にロードしておく。一
方、指令パルス列が出力されていない時にアンド
ゲート１２を開く条件の信号Acにより、一致検
出回路９より出力される信号（一致しているとき
０となる信号）とアンドゲート１２で条件を取
り、出力パルス列の終端部分の期間だけカウンタ
１１のロード条件を解除し、カウンタ１１のカウ
ント用パルス列の周波数ｆ_cにより、カウンタ１
１の内容をロードされた値からカウントを開始す
る。

さらにカウンタ１１の各ビツトの信号はそれぞ
れSET OUT信号として第３図に示した乗算器の
比例定数Ｋを設定する入力端子に接続することに
より、上記式(6)で示した様に時定数Ｔを可変にす
る事ができる。なおゲート１３はカウンタ１１か
らオーバーフローが検出された場合、カウント用
パルス列をブロツクする様に構成されている。

以上詳細に説明したことから明らかな様に本発
明によれば、サーボモータの円滑な加減速制御が
できると共にその加減速時間をサーボモータに無
理をかけることなく短縮できることが可能であ
る。

さらに本発明によれば、時定数の可変時間ｔ_f
内の時間ｔと時定数Ｔとの関係が直線の関係の場
合時定数の可変時間ｔ_fを任意に変える事によ
り、任意のｔ_f時間で停止させることができるこ
とは言うまでもない。また、時定数の可変時間ｔ
_f内の時間ｔと時定数Ｔとの関係が直線の関係で
ない場合には必要とする減速時の関数を自由に実
現できる。

さらにまた、実施例では減速時のみ本発明を適
用した場合について記してが、加速時についても
適用できることは言うまでもない。また、本発明
ではデジタル回路で実施例について説明したが、
アナログ回路でも容易に実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の加減速回路のブロツク図、第２
図はその動作説明図、第３図は本発明の加減速回
路のブロツク図、第４図はその動作説明図、第５
図は１次遅れ系を示すブロツク図、第６図は入力
条件、初期条件を説明するための図、第７図は時
定数可変回路の具体的な実施例を示す図であり、
１は指令装置、２は演算回路、３は乗算器、４は
変換器、５は駆動回路、６は指令パルス列、７は
出力パルス列、８は時定数設定回路、９は一致検
出回路、１０は時定数可変回路、１１はカウン
タ、１２，１３はアンドゲート、１４はスイツチ
回路である。なお、図中同一あるいは相当部分に
は同一符号を付して示してある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 指定されたパルス数および周波数を持つパル
   ス列を受けてこれをパルス列始端終端各部分の周
   波数が指数関数的に漸増漸減するパルス列に変換
   する１次おくれ制御系によるサーボモータの加減
   速回路において、上記指数関数の時定数を時間の
   関数として変化させる時定数可変回路と、指定さ
   れたパルス数と上記加減速回路より出力されるパ
   ルス数の一致を検出する一致検出回路とを設け、
   上記加減速回路より出力されるパルス列の漸増漸
   減時に上記時定数可変回路を動作させるととも
   に、上記一致検出回路が一致を検出したとき上記
   時定数可変回路を初期設定状態に復帰するように
   したことを特徴とする加減速制御回路。