JPS6321205B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位置決めシステムにおけるモータ停止
方式に係り、モータの回転速度に比例した周波数
のパルスを出力するエンコーダを用いた位置決め
システムにおいて、モータを安定度良く、正確に
停止することの出来るモータ停止方式を提供する
ことを目的とする。

従来、パルスモータを使用する位置決めシステ
ムがあつた。このシステムではパルスモータをオ
ープンループで使用するため、駆動回路が簡単と
なり、又モータの停止位置が定まつているため、
位置決め後にモータがハンチングすることが少な
い。しかしパルスモータは、１ステツプ毎に起
動、停止を繰り返すため、低速であるという欠点
があつた。

そこで本出願人は位置決めシステムとして直流
モータと、タコメータと、エンコーダとを組み合
わせた方式を提案した。このシステムでは、モー
タの回転量もしくは回転角がエンコーダによつて
検出される。エンコーダによつて形成されるパル
スの数は、モータの回転量もしくは回転角に比例
する。モータの可動機構は、その位置が番地付け
される。モータの可動機構がエンコーダによつて
決まる単位量移動する毎にエンコーダからパルス
が発生されるのでエンコーダのパルスの計数値
は、可動機構の現在番地と対応される。更に正確
に言うなら、上記パルスの計数値は、可動機構の
移動開始のいわば原点とも言うべき移動開始番地
と現在番地との距離に対応される。ここで、モー
タの速度の制御は、目的番地と現在番地との差を
示すデイジタル信号をデイジタル・アナログ
（DA）変換することによつて得られる階段波に
より行なわれる。可動機構の現在番地と目的番地
との距離が大きいなら、上記DA変換によつて得
られる上記階段波は、比較的大きいレベルを持
つ。それ故に、この場合、モータは、高速回転す
るように駆動される。モータの駆動の結果とし
て、現在番地と目的番地との距離が減小される
と、それに応じて、上記階段波のレベルが減少さ
れていく。すなわち、モータの駆動力が減小され
ていく。モータの回転の結果として現在番地が目
的番地と一致したなら、すなわち、エンコーダか
ら最後のパルスが発生されその結果として上記パ
ルス計数値が目的番地を示す期待値と一致したな
ら、上記階段波は、そのレベルが実質的に０にさ
れ、上記モータの駆動力は０にされる。この場
合、モータにおける可動機構は慣性と摩擦との関
係で適当な位置に停止する。従つて可動機構の停
止位置は上記計数値の最後の１ビツトによつて決
まる範囲と対応する位置のどこかであり、しばし
ばその範囲の限界近傍に位置決めが行なわれるこ
とになる。このような場合、外力による微小な移
動や振動によつてエンコーダが動作すると、ハン
チングを生じるという問題点があつた。

すなわち、上記の慣性のような外力によつて可
動機構が停止すべき位置を越え、エンコーダから
誤つてパルスが出力されると、それに応じてモー
タは今までの回転方向（正方向と称する）に対し
て逆方向に回転するように駆動される。逆方向回
転されたモータの慣性によつてモータがオーバラ
ンスすると、エンコーダから再びパルスが出力さ
れる。この場合は、再びモータが正方向に駆動さ
れる。その結果、ハンチングが生ずる。

本発明は上記の問題点を解決したものであり、
以下、図面とともにその各実施例につき説明す
る。

本発明に従うとモータは、エンコーダの１つの
パルス発生位置とそれに隣接する他のパルス発生
位置とのほゞ中央で停止される。実施例は、エン
コーダから最終パルスが発生されたときモータを
実質的に無制御状態もしくは自由状態におくので
なく、停止時にいわばアナログ制御手法によつて
強制停止制御状態におく。モータの停止位置の制
御が実質的に無制御状態に置かれ、モータの停止
位置がエンコーダのパルス発生位置の極く近くに
なつてしまつた場合は、前述のように、外力によ
る微小な移動や振動が有ると、エンコーダから不
所望にパルスが発生してしまう恐れが生ずる。本
発明に従うと、モータが上述のようにほゞ中央に
強制停止されその結果としてモータの停止位置が
エンコーダのどのパルス発生位置からも大きく離
れるようにされるので、上述の如き微小な移動や
振動が有つても、エンコーダから不所望にパルス
が発生してしまうことが防がれる。

第１図は本発明になる位置決めシステムにおけ
るモータ停止方式を実現する第１実施例の回路図
を示す。同図中、１はタコメータで、直流モータ
Ｍの回転速度に比例した大きさの直流電圧を出力
する。この出力は切換スイツチ２の可動切片２ａ
に印加される。３はモータＭの回転速度に比例し
た周波数のパルスを出力するとともに、モータＭ
の通常動作時に可動切片２ａを接点２ｂ側に投入
させ、モータＭの停止時に可動切片２ａを接点２
ｃ側に投入させるための出力パルスを出力する。

上記接点２ａの制御を可能とするために、エン
コーダ３は、予め設定されるモータＭの回転すべ
き回転量（目的番地）と、モータＭの実際の回転
量（現在番地）とを比較する。かかる比較を可能
とするためのエンコーダ３は、次のようにそれ自
体適当な構成にされ得る。例えば、エンコーダ３
は、図示しない適当な制御装置から予め供給され
る目的番地情報としてのデイジタルデータを記憶
する記憶装置と、上記モータＭの回転に応じてエ
ンコーダ３内に発生するパルスをカウントするカ
ウンタと、上記記憶装置の記憶データと上記カウ
ンタのカウントデータとを比較する比較装置もし
くは上記記憶データから上記カウントデータを減
算する減算装置と、上記比較装置もしくは上記減
算装置の出力を参照することによつて上記接点２
ａを制御するための出力パルスを形成する適当な
論理装置を含んで良い。エンコーダ３は、上記に
かえて、目的番地情報としてのデイジタルデータ
がプリセツトされ、かつ上記モータＭの回転に応
じて発生されるパルスがカウントダウン信号とし
て供給されるダウンカウンタと、上記ダウンカウ
ンタの出力を受けることによつて上記接点２ａを
制御するための出力パルスを形成する適当な論理
回路とを含んで良い。エンコーダによるスイツチ
２の制御は、後でも説明するけれども、次のよう
にされる。

すなわち、スイツチ２の可動接片２ａは、上記
エンコーダ３内のカウンタのカウントデータが上
記モータの回転に応じてｎ―３，ｎ―２，ｎ―
１，ｎのように目的番地に対応されるカウント値
ｎに向けて順次に更新される場合のカウント値ｎ
以外のカウント値にされているときに接点２ｂに
結合され、上記カウントデータがカウント値ｎに
されているときに接点２ｃに結合される。

エンコーダ３は、またスイツチ８，２０をも制
御するようにされる。

スイツチ８は、特に制限されないが、上記カウ
ンタのカウントデータを最終値ｎの前の値ｎ―１
にさせるパルス（第２図及び第５図のｅ）がエン
コーダ３によつて形成されたなら、そのパルス発
生期間だけオン状態にされる。

スイツチ２０は、上記カウントデータが最終値
ｎに達したならオフ状態からオン状態にされる。
４は可変利得増幅器で、切換スイツチ２を介して
与えられるタコメータ１の出力、すなわち接点２
ｂ側に与えられるタコメータ１の出力を正方向に
増幅する増幅回路５と、この回路の２倍の増幅率
を有し、切換スイツチ２の接点２ｃ側を介して与
えられるタコメータ１の出力を負方向に増幅する
増幅回路６とからなる。この出力は積分器７に送
られて積分される。積分器７の時定数は抵抗Ｒと
コンデンサＣの積で決定される。なお、第１図の
場合、簡略的表示とされているが、スイツチ２の
可動接片２ａが接点２ｂに結合されている場合、
増幅回路５の出力が積分回路７によつて積分さ
れ、逆に可動接片２ａが接点２ｃに結合されてい
る場合増幅回路６の出力が積分回路７によつて積
分されると理解されたい。

積分器７の出力は、図示のとおり、スイツチ２
０を介してアナログ加算回路からなるアナログ演
算装置もしくは合成手段９の一方の入力端子I_o2
に供給される。アナログ加算回路９の他方の入力
端子I_o1には、図示しないデイジタルアナログ信
号変換装置の出力が供給される。図示しないデイ
ジタルアナログ信号変換装置は、エンコーダ３に
よつて形成される目的番地データと現在番地デー
タとの差データに対応してモータＭの回転速度を
指示する階段波を発生する。

アナログ演算装置９の出力は、モータ駆動信号
とされる。

モータ駆動開始時のように可動機構の現在番地
が目的番地から比較的大きく離れている場合、上
記階段波（第４図Ｂ参照）のレベルは、上記差デ
ータに応じて大きいレベルにされる。これに応じ
てモータＭの駆動信号（第４図Ｅ参照）も大きい
レベルにされる。これによつてモータＭは高速回
転される。モータＭの回転に応じて現在番地と目
的番地との距離が減少されると、階段波のレベル
が低下されることとなり、モータ駆動信号のレベ
ルも低下されることとなる。現在番地と目的番地
との距離がどのようなときにモータ駆動信号がど
のようなレベルにされるべきかは必要とされる諸
特性の考慮のもとで適当に決定することができ
る。第２図の速度曲線ａの場合モータＭは、直線
的にその速度が減少されるのでなく、指数函数的
に減少される。

制動時の動作の詳細は次のようになる。なお、
第４図は、各部の波形を示す。同図Ａは、エンコ
ーダ３で発生されるパルス、Ｂは、入力端子I_o1
の波形、Ｃは、タコメータ１の出力波形、Ｄは、
積分回路７の出力波形、Ｅは、アナログ加算回路
９の出力波形である。

モータＭの回転速度が減少すると、それに応じ
てタコメータ１の出力直流電圧は、第２図の曲線
ａもしくは第４図ｃに示す如く、時間ｔと共に小
さくなる。この間、エンコーダ３から出力される
パルス間隔はモータＭの回転速度が減少されるの
で、第２図にｂ，ｃ，ｄ等で示す如く広くなる。
ここでモータＭの回転速度ｖの時間軸上での積分
値は、モータＭの回転量もしくは回転角に等し
い。第２図の場合、例えばパルスｂが発生されて
からパルスｃが発生されるまでの期間内でのモー
タの回転量はかかる期間内でのモータ速度の積分
値に等しく、同図の面積S_oと等しい。同様にパル
スｃが発生されてからパルスｄが発生されるまで
の回転量は、同図の面積S_o-1と等しい。タコメー
タ１の出力直流電圧は、モータＭの回転速度比に
例する。それ故に、各パルス間の上記のタコメー
タ１の出力直流電圧の時間軸上での積分値はモー
タＭの回転量もしくは移動距離に比例する。エン
コーダ３は、モータＭが所定回転角だけ回転する
毎にパルスｂ，ｃ，ｄ等を発生する。それ故に、
第２図の面積S_o，S_o-1は可動機構の１ビツト毎の
移動距離を示し、一定である。

そこでエンコーダ３が最終から２番目のパルス
ｅを発生すると、このパルスｅの期間（第４図の
時刻teないしte′の期間）、このパルスｅによりス
イツチ８が閉成して、コンデンサＣに充電電荷が
あれば、その全てが放電される。この時、切換ス
イツチ２の可動切片２ａは接点２ｂ側に投入され
ているため、可変利得増幅器４の出力は第２図に
a′で示す如くになる。この電圧はタコメータ１の
出力の減少と共に減少して行き、パルスｅの消失
後スイツチ８が開成されることによつて、積分器
７で時間軸に沿つて積分される。コンデンサＣに
は、パルスｅとそのパルスｅの次のパルスｆとに
よつて決まる期間において、第２図にS₁で示す面
積に比例した電荷が充電される。モータＭが所定
回転角回転する毎にエンコーダ３からｂ，ｃ，
ｄ，ｅ，ｆのようにパルスが発生されるので、面
積S₁に対応するコンデンサＣの電荷は、モータＭ
の所定回転量すなわち単位回転量と対応する。

エンコーダ３から最終パルスｆが発生される
と、このパルスｆに応じてスイツチ２の可動切片
２ａは接点２ｃ側に投入される。スイツチ２０は
オン状態にされる。

前述のように、可変利得増幅器４における増幅
回路６が増幅回路５に対して２倍の利得を持つよ
うにされかつ負方向増幅もしくは反転増幅をする
ようにされているので、可変利得増幅器４の出力
は負の電圧となる。この負の電圧によりコンデン
サＣの充電電荷は放電される。ここで、可動接片
２ａが接点２ｃ側に投入されている状態（以下、
第２状態という）におけるモータＭの単位回転量
に対応するタコメータ１の出力の積分値は、増幅
回路６の利得が増幅回路５のそれの２倍にされて
いるので、可動接片２ａが接点２ｂに投入されて
いる状態（以下、第１状態という）における単位
回転量に対応する積分値の２倍の値となる。この
ことは、逆に、次のことを意味することとなる。

すなわち、第２状態におけるタコメータ１の出
力の、単位回転量の半分の回転量に対応する積分
値は、第１状態におけるタコメータ１の出力の単
位回転量に対応する積分値と等しい。

それ故に、上述のように最終パルスｆの前の期
間において単位回転量に対応する積分値をコンデ
ンサＣに与え、最終パルスｆの発生に応じてかか
るコンデンサＣを放電させる場合、コンデンサＣ
の端子間電圧（積分回路７の出力）は、モータＭ
が、パルスｆの発生の後、単位回転量の半分の量
だけ回転すると０となる。これに応じて、第２図
において、最終パルスｆが発生された後の面積S₀
は、それ以前の面積S₁，S_o-1等に対して半分の大
きさとなる。

それ故にまた、最終パルスｆの発生の後、コン
デンサＣの充電電圧によりモータＭを微小量駆動
すると可動機構は最終位置を決定され、エンコー
ダ３がパルスを発生すべき２つの位置から等距離
となる位置でモータＭは正確に停止する。又停止
時の速度勾配が一定となるため、安定に停止制御
が行なわれる。

第３図は本発明になるモータ停止方式を実現す
る第２実施例の回路図を示す。同図中、第１図に
おける部分と同一部分には同一符号が附けられて
いる。本実施例では切換スイツチ２、スイツチ８
としてMOSFETを使用し、可変利得増幅器４積
分器７加算器９に演算増幅器を利用する。演算装
置９は図示のように抵抗R₁ないしR₃及び演算増
幅器OP₁から構成されている。

可変利得増幅器４は、第３図の場合、抵抗R₄，
R₅及び演算増幅器OP₂から構成される。図示の
MOSFET１０及び１１は、エンコーダ３によつ
て相補的にスイツチ制御される。MOSFET１０
がオン状態のときは、演算増幅器OP₂の非反転入
力端子にタコメータの出力が直接に加えられる。
この場合、演算増幅器OP₂の出力は、その一対の
入力端子の間の電位差を実質的に零にさせるよう
なレベルとされる。そのため、このときの可変利
得制御回路４は、増幅率１のボルテージホロワと
して動作する。これに対してMOSFET１１がオ
ン状態のときは、可変利得制御回路４は反転増幅
回路として動作する。この場合、帰還回路を構成
する抵抗R₄，R₅の抵抗比が適当に設定されるこ
とによつて増幅率は−２とされる。

積分器７は、図示のように実質的に抵抗Ｒ、コ
ンデンサＣ及び演算増幅器OP₃とからなるミラー
積分回路から構成される。コンデンサＣの放電は
MOSFET８によつて行なわれる。

なお積分を１パルス間隔で行なうに限定せず、
可変利得増幅器の利得を変えることによりその数
の選び方を変更しても良い。又コンデンサを例え
ば２個用意して充電時２個を使用し、放電時、１
個だけを使用する様にしても良い。

上述の如く、本発明になる位置決めシステムに
おけるモータ停止回路によれば、モータの回転速
度に比例した周波数のパルスを出力するエンコー
ダがパルスを発生すべき２つの位置から等距離と
なる位置でそのモータを停止する様構成している
ため、モータを安定度良く、正確に停止させうる
等の特長がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる位置決めシステムにおけ
るモータ停止回路の第１実施例の回路図、第２図
は同実施例で使用されるモータの制動時における
回転速度の時間特性図、第３図は本発明回路の第
２実施例の回路図、第４図は、第１図の実施例の
動作波形図である。 １…タコメータ、２…切換スイツチ、３…エン
コーダ、４…可変利得増幅器、７…積分器、８，
２０…スイツチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１検出手段によつて直流モータにおける可
   動機構が所定量変位する毎に検出パルスを発生せ
   しめ、上記検出パルスの計数によつて上記可動機
   構の変位位置情報を求め、上記可動機構の上記変
   位位置情報と上記可動機構の変位後の目的とされ
   る停止位置に対応される位置情報との差をデイジ
   タル・アナログ変換することによつて上記直流モ
   ータの駆動のための第１駆動信号を形成せしめる
   ようにしてなる位置決めシステムにおけるモータ
   停止方式であつて、第２検出手段によつて上記可
   動機構の変位速度に比例したレベルの直流検出出
   力を発生せしめ、上記直流モータの停止前におい
   て上記検出パルスの周期によつて決定される期間
   上記直流検出出力を積分せしめて上記可動機構の
   上記検出パルスの上記周期における変位量と対応
   されたレベルの第１積分値を求め、上記積分動作
   の後上記第１積分値に対し差分を形成するように
   上記直流検出出力を積分せしめ、上記の積分によ
   つて求められた差分の積分値によつて第２駆動信
   号を形成せしめ、上記位置情報の差が無くなつた
   ことに応じて上記第１駆動信号が上記可動機構の
   更にの変位をもたらせしめないレベルにされてい
   るときにおいて上記直流モータが上記差分の積分
   値に基づいて駆動されるように上記第１、第２駆
   動信号の合成によつて上記直流モータに供給すべ
   き駆動信号を形成せしめるように成してなり、上
   記第２駆動信号によつてもたらされる上記可動機
   構の停止位置が上記第１検出手段の互いに隣接す
   る２つのパルス発生位置の中間に設定されるよう
   に上記差の積分値を求める際の積分条件が上記第
   １積分値を求める際の積分条件に対し変更されて
   なることを特徴とする位置決めシステムにおける
   モータ停止方式。