JPS63262082A - モ−タの制御装置 - Google Patents

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】 ［発明の口約］ （産業上の利用分野） −本発明はモータによって駆動される被駆動体を目標停
止位置に停止させるためのモータの制御装置に関する。

（従来の技術） この種の制御装置としては、従来第７図に示す位置フィ
ードバック制御方式によるものが提供されている。この
第７図において、１は減算器であり、この減算器１には
位置指令信号θｒｃｒが人力されると共に被駆動体の位
置検出信号θが人力され、そしてこの減算器１はθｒｅ
ｆ’とθとの差分に相当する位置偏差信号ΔθをＰＩ制
御ブロック２に入力する。ＰＩ制御ブロック２では、Δ
θに比例した値とΔθを積分した値との和′を回転数指
令信号として図示しないドライバに入力し、斯くしてモ
ータはΔθが零となるまで回転駆動され、これにて被駆
動体が目標停止位置にて停止するというものである。

このような定位置停止用の制御装置を、例えば工作機械
において、第５図に示すようにスピンドル３に取付けた
工具４を二点鎖線で示す定位置で停止させるための制御
に適用する場合には、スピンドル３の位置検出は回転角
度の検出となるため、そのスピンドル３の回転位置を検
出する位置検出器は３６０″　（１回転）以」−の回転
角度を検出することができない。このことは、定位置停
止１−用制御手段はスピンドル３の一回転以内での制御
にしか適用できないことを意味する。そこで工具４が成
る特定の回転角度位置にあるときをスピンドル３の回転
角０°とし、この回転角０°の位置と目標回転位置との
間の角度を位置指令信号θｒｏｔとして前記減算器ｌに
人力するようにしている。

具体的には、工作機械にはスピンドル３の回転角度を検
出する位置検出器（図示せず）とは別にスピンドル３の
回転角度０°の位置を検出するためのセンサ５が設けら
れている。そして、ワークの切削中スピンドル３により
高速回転されている工具４を、その切削終了後定位置で
停止１−させるには、スピンドル３を最短時間で停止り
させるために、まずモータの回転速度を速度フィードバ
ック制御により一定の高減速度で減速し、回転速度が十
分に低くなったとき、センサ５からの信号に同期して速
度フィードバック制御から第７図に示す位置フィードバ
ック制御による定位置停止用制御手段の制御に切換えて
定位置で停止させるようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の従来構成では、速度フィードバッ
ク制御から位置フィードバック制御に切損えた後は、ス
ピンドル３を１回転以内で停止させねばならないから、
その切換時点での回転速度が大きいと、これを１１標停
市位置で停止１−させるような大きなトルクを発生でき
ないため、スピンドル１の回転速度が十分に低下した時
点で位置フィードバックに切換える必要がある。

このために位置フィードバック制御に切換えられたとき
のスピンドルｌの回転速度は非常に低く、そのごく低い
初速度で回転角０°の位置から目標停止１〕位置まで（
ｆ＆悪の場合、１回転近く）ゆっくり回転し、そして停
止するということとなるため、停止までに非常に長い時
間を要するという問題があった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その口約
は、比較的短時間で被駆動体を目標停止位置に停止させ
ることができるモータの制御装置を提供するにある。

【９！明の構成１ （問題点を解決するための手段） 本発明のモータの＠御装置は、被駆動体の現在位置から
目標停止位置までの距離が現（Ｅ速度の二乗に比例する
ように、位置と速度とを制御する構成にしたことを特徴
とするものである。

（作用） 一般に加速度ａで等加速度運動する物体が距＃ｌＳだけ
移動する場合、初速度、をｖＯｓ終速度をＶ！とすると
、加速度ａ、距離Ｓ、初速度ｖｏ。

終速ａ’　Ｖ　ｔの関係は次式で表わされる。

２ａＳ＝Ｖ１　’　　Ｖｏ　’　−−（１）本発明は、
成る速度で運動している被駆動体を定位置で停止１−さ
せようとするものであるから、上記（１）式において、
ｖｌはＯであり、従って上２（１）式は次のようになる
。

２ａＳｍ−ＶＯ’　＝　（２） この（２）式から明らかなように、被駆動体の現在位置
から目標位置までの距＃ｌＳと現在速度ＶＯとが分れば
、原理的にはｆｆ−−Ｖａ’／２Ｓなる減速度で減速さ
せれば、換言すれば距離が速度の二乗に比例するように
制御すれば被駆動体は目標停止位置で停止することとな
る。

従って、工作機械のスピンドルに取付けられた工具を定
位置で停止させる場合でも、現在時点における停＋１−
までの回転数と現在速度とを制御することにより、大き
な減速度で減速して速やかに！・１°＊　Ｉｌ、　ｋＲ
ニ停＋Ｉ：　サセルコトｈ”ｔ’　ｔｓ　６゜（実施例
） 以下本発明を工作機械に適用した一実施例につき第１図
乃至第５図を参照しながら説明する。

本実施例は、第５図に示すスピンドル３を一定の高回転
速度で回転させて図示しないワークを切削した後、その
スピンドル３を減速して工具４が第５図に二点鎖線で示
す定位置（目標停止位置）で停止するようにモータを制
御するものである。

こ・のｖ４ｇｍの概要を述べると、まず本実施例では、
ワークの切削加工終了後の減速過程において、最初から
本発明に係る制ｇｌｌ装置により減速するのではなく、
当初は速度フィードバック制御により一定の高減速度で
減速し、所定の低速度まで減速されたところで本発明に
係る制＃ａ装置による制御に切換えてスピンドル３を定
位置に停止させ、その停＋ｌ　後に位置フィードバック
制御によりスピンドル３を停＋Ｌ　Ｌだ位置に保持する
ようにしている。

即ち、第２図において、１１はスピンドル３を駆動する
モータであり、これは直接的にはドライバ１２１こより
制御される。このドライバ１２には、速度フィードバッ
ク制御手段１３１本発明に係る定位置停止制御手段１４
及び位置フィードバック制御手段１５が切換スイッチ１
６により選択的に接続されるようになっている。

一方、スピンドル３の回転角度０°の位置（以下基準回
転位置と称す）は第５図に示すセンサ５によって検出さ
れると共に、この基準回転位置からのスピンドル３の回
転角度は第２図に示す位置検出器１７によって検出され
る。この位置検出器１７の位置検出信号θは、速度フィ
ードバック制御手段１３．定位置停止制御手段１４及び
位置フィードバック制御手段１５に人力されると共に、
位置一致信号発生手段１８にも人力される。この位置一
致信号発生手段１８には、また基準回転位置から１」標
停止位置までの回転角度に相当する位置指令信号θｒｅ
ｆが入力され、位置検出信号θが位置指令信号θｒｅｆ
と一致したとき（ＥＴ二二種４目標停止ｌ−位置を通る
瞬間）、制御切換手段１９にパルス信号を入力する。こ
の制御切換手段１９は、切削加重終了後に速度フィード
バック制御手段１３によりモータ１１ひいてはスピンド
ル３が一定の高減速度で減速されて成る程度の低回転速
度に達したことを検出し、切換スイッチ１６を切換動作
させてドライバ１２を速度フィードバック；ｌｒ＋制御
手段１３との接続から定位置停止制御手段１４との接続
に切換える作用をなす。

この場合、制御切換手段１９によりスピンドル３が成る
程度の低回転速度まで減速されたことの検出は、本実施
例ではスピンドル３が例えば後３回転以下２回転以」−
の範囲で停止１．する程度まで減速されたことを検出す
ることによって行うようにしており、その検出は次のよ
うにして行われる。

即ち、一般に回転体が一定の減速度で減速されて回転停
止する場合、残りＮ回転で停止するものとすると、停止
までに要する時間ｔはｔ＝Ｊ−にｍ１”／（ｉｌＪ’＝
７Ｅｌｌ：）で求めることができるが、スピンドル３の
減速度は場合場合によって異なる。この減速度の相違を
排除して、後Ｎ回転で停止することを検出する一手段と
して、残り回転数が（Ｎ＋２）から（Ｎ＋１）までの１
回転するに要する時間ｔ１と、（Ｎ＋１）からＮまでの
１回転に要した時間ｔ２との比ｔ２　／１１が一定範囲
になったかどうかによって検出することが考えられる。

この考え方に従ってスピンドル３が後３回転以下２回転
以」二で停止することを検出するために、ます後３回転
で停止するときの」二足時間比を求めると、ｔ２／１ｔ
−（Ｊ］−丁Ｔ　−Ｊ］−）　／　（（ｇ−下１−−ｆ
「下１　）−（ＪＴ−ＪＴ）／　（ｆｆ−ＪＴ）嬌１．
１３５０となり、また後２回転で停止するときの上記時
間比を求めると、ｔ　２　／　ｔ　ｌ　＝　（ＪＴＴＴ
−ｆｆ）／（５口口−Ｑ口）−（ｆｆ−ｆｆ）／（ＪＴ
−ＪＴ）：１．１８６２となる。従って、制御切換手段
１９は位置一致信号発生手段１８から入力されてくるパ
ルス信号の時間間隔を検出し、最新ノハルス信号より２
つ前のパルス信号及び１つ前のパルス信号間の時間と１
つ前のパルス信号及び最新のパルス信号間の時間との比
か１．１３５０以上で１．＋８［ｉ２以ドの値になった
ところで、切換スイッチ１６を切換動作させれば、スピ
ンドル３か後３回転具ド２回転以上の範囲で停止上する
ことを検出できるものである。

さて、本発明に係る定位置停止制御手段１４の具体的構
成を示す第１図において、まず減算器２０には位置指令
信号θｒｅｒ及び位置検出器１７からの１１°ｌ置検出
信号θが人力され、この減算器２０は位置指令信号θｒ
ｅｒから位置検出信号θを減算し、その差に応じた減算
信号（θｒｅｔ’−〇）を加算器２１及び残り回転数決
定器２２に入力する。

残り回転数決定器２２は、速度フィードバック制御手段
１・３から定位置停止制御手段１４による制御に切換え
られた時点で２ｎπなる値に相当する残り回転数信号を
前記加算器２１に入力する。上記ｎの値は定位置停止制
御手段１４による制御に切換えられた時点からスピンド
ル３を後ｎ回転させてす・：４止させようとする場合の
その回転数ｎに［１ｊ当する値である。そして、残り回
転数決定器２２は、減′！５器２０からの減算信号が０
　（スピンドル３か基桑回転位置からθｒｃｆだけ回転
した時）となる度にそのｎｆｉｉｆｆを１ずつ減じてゆ
く。即ち、本実施例では、定位置停止制御手段１４によ
る制御に切換えた時点から後３回転でスピンドル３を停
止させるようにするものであり、従って残り回転数決定
器２２は当初６πなる残り回転数信号を加功器２１に人
力し、そして減算器２０から０なる減算（、−１−号が
人力される度に加算器２２への人力を４π、２π、０と
いうように減じてゆくものであり、そして加算器２１は
減算器２０からの減算信号と残り回転数決定器２２から
の残り回転数信号の和分を位置偏差信号Δθとして出力
する。

−ツノ、前記位置検出器１７からの位置検出信号θは微
分器２３にも入力され、この微分器２３は位置検出信号
θを微分してスピンドル３の回転速度を演算し、その演
算結果である速度信号Ｖを係数決定器２４及び二乗演算
器２５に入力する。係数決定器２４には前記加算器２１
からの位置偏差信号Δθも人力され、そして係数決定器
２４は速１文信号Ｖと（１″Ｌ置偏差信号Δθから係数
を決定し、その係数信号１（を乗算器２６に人力する。

この乗算器２６には、また二乗演算オ；２５から速度信
号Ｖを二乗した値に相当する二乗信号ｖｌが人力され、
そして乗算器２５は係数信号にと二乗信号Ｖ２を乗算し
、乗算信号ｋｖｔを除算器２７に人力する。除算器２７
は、乗算Ｓ２６からの乗算４３号ｋｖ’を加算器２１か
らの位置偏差１８号Δθで除し、その除算信号ｋｖ’／
Δθを演算器２８に人力する。

さて、前記係数決定器２４における定数には前述した（
２）式を変形した次式（３）の２αに相当する値である
。

２ａ＝−Ｖ（１’　／Ｓ　　・・・・・・（３）二〇に
は、速度フィードバック制御手段１３による制御から定
位置停止制御手段１４による制御に切換えられた時点で
、ｋｖ’／Δθ−１となるよう゛な値に決定される。即
ち、定位置制御手段１４による制御に切換えた時点での
スピンドル３の回転速度をｖＩＩ＋とすると、本実施例
ではその切換え時点から３回転目で停止させるものであ
るから、１（−６π／ｖｏ＋　となる。そして、このよ
うにしてｋの値を決定した以後は、そのｋの値は一定不
変のものとして減算器２０からの位置偏差信号で除され
る。

そして、演算器２８では、（１−ｋｖ’／Δθ）の演算
か行われ、その演算信号か積分器２９に人力される。積
分器２９は、演算器２８からの′ａ帥倍信号相当値積分
し、その積分信号をドライバ１２に人力してモータ１１
の減速トルクをｋｖ’／Δθの値が１となるように制御
する。即ち、前述したように制御切換手段１９は後２回
転以−に３回転以ドでスピンドル３が停止する時点で定
位置停止制御手段１４による制御に切換えるが、定位置
停止制御手段１４による制御に切換えられると、３回転
で停止１−するように制御されるから、除算器２７の出
力信号ｋ　ｖ　ｌ　／Δθの値は１よりも小となる。す
ると、演算器２８の演算信号（１−ｋＶＩ／Δθ）は０
よりも大なるプラス値となり、積分器２９によりその値
が積分されてトルク指令信号Ｔになり、そしてそのトル
ク指令信号Ｔに基づきドライバ１２がモータ１１の減速
トルクを減少させる。これにて（ｋｖ’／Δθ）の値が
１となるようにスピンドル３の回転速度を制御し、以後
（ｋＶＩ／Δθ）の値が１となるようにモータ１１の減
速トルクを制御するものである。従って、定位置停止１
４制御手段１４による制御に切換えられた後は、スピン
ドル３が第４図に二点鎖線で示す直線に沿って一定の減
速度で速度低下してゆくように制御されるが、実際のス
ピンドル３の回転速度は実線で示すように二点鎖線で示
す速度を−に回ったり下回ったりする。そして、この場
合には、演算器２８の演算結果（１−ｋｖ’／Δθ）が
０とならずマイナス値となったりプラス１直となったり
する。このため、ドライバ１２は演算器２８の演算結果
かマイナス値である場合には、モータ１１の減速トルク
を減少させ、プラス値である場合には減速トルクを増大
させるように制御するようになり、結局、演算器２８の
演算結果が０となるように、即ちｋ　ｖ　Ｉ　／Δθの
値が１となるようにスピンドル３の回転速度と位置（目
標停止位置までの回転角度）とが制御されるものである
。

次に上記構成の作用を説明する。まず、図示しないワー
クの切削中、スピンドル３は第３図に実線Ａで示すよう
に一定の高回転速度で回転している。ワークの切削が終
了すると、速度フィードバック制御手段１３による速度
モータ１１の速度制御によってスピンドル３が第３図に
実線Ｂで示すように一定の高減速度で減速される。そし
て、位置一致信号発生手段１８から制御切換手段１９に
入力されるパルス信号の時間間隔比が１．１３５０〜ｌ
。

１８６２の範囲になったとき（２回転以上３回転以下で
停止する回転速度となったとき）、制御切換手段１９が
切換スイッチ１６を切換動作させて、速度フィードバッ
ク制御手段１３による制御から定位置停止制御手段１４
による制御に切換える。すると、この定位置停止制御手
段１４がスピンドル３を後３回転で目標停止位置で停止
するようにスピンドル３の位置と速度とを制御するよう
になる。

従って、スピンドル３は第３図の実線Ｃで示すように略
一定の減速度で減速され、定位ｊμ“ｊ停止！一手段１
４の制御に切換わった後、３回転１ニ１で１」標停市位
置に停止する。そして、スピンドル３が１」標停止１−
位置で停止あるいは十分に零に近い速度になると、切換
スイッチ１６が切換動作して定位置停止１−制御手段１
４による制御から位置フィードバック制御手段１５によ
る制御に切換えられ、これによりスピンドル３がその停
止した位置からずれないように保持される。尚、位置フ
ィードバック制御手段１５には位置指令信号θｒｃｆ’
が入力されているものである。

このように本実施例の定位置停止制御手段１４によれば
、スピンドル３の位置Δθが回転速度Ｖの二乗に比例す
るように制御するので、スピンドル３を高い精度で目標
停止位；Ｒに停止させることができる。しかも、従来の
位置フィードバックによる定位置停止制御とは異なり、
スピンドル３の１回転以内で停止させるものではなく、
そのまま速度フィードバラ、りによる制御を継続すれば
停止するであろう回転数（この回転数は本実施例では２
以上３以下にしたが、これは１０のオーダーの回転数、
場合によっては１００のオーダーの回転数であっても良
い）より１回転以内（場合によってはそれ以１−でも良
いが）の回転角度分だけ余分に回転させるだけの範囲で
一定の減速度で減速させるので、速度フィードバック制
御手段１３による制御時と大差のない減速度で減速させ
ることができ、従ってスピンドル３の定位置停止１〕ま
でに要する時間を大幅に減少することができるものであ
る。

第６図は本発明に係る定位置停止手段の他の実施例を示
すもので、前記一実施例と同一機能部分には同一符号を
付して異なる部分のみ説明する。

即ち、加算器２１からの位置偏差信号Δθは平方根演算
器３０に入力され、この平方根演算器３０はΔθの平方
根値を演算信号ｌ］１−とじて係数決定器２４及び乗算
器３１に人力する。係数決定器２４は微分器２３からの
速度信号Ｖと平方根信号Ｊ］「１−とから係数ｋを決定
し、乗算器３１に人力する。乗算器３１は、ｆττとｋ
を乗算し、乗算信号ｋＪＴＴを減算器３２に入力し、こ
の減算器３２は微分器２３の速度信号Ｖから乗算器３１
の乗算信号ｋＪ′ＴＶを減する演算を行ない、その演算
信号（ｖ−に７τ了）を積分器２９に人力する。

さて、前記係数決定器２４は、定位ｉＭ“制御手段によ
る制御に切換えられた時点でのスピンドルの回転速度ｖ
ｌ）と停止までの回転角度（６π）とからｖ　ｏ　／　
６πの演算を行ないその値を定数にとするものである。

そして、積分器２９は（ｖ−に、／’ＴＶ）が０となる
ようにスピンドル３の回転速度Ｖと位置Δθとを制御、
即ち実質的に位置Δθが速度Ｖの二乗に比例するように
制御するものである。このように構成しても前記一実施
例と同様の効果を奏するものである。

尚、−１−記名実施例ではスピンドルの定位置停止制御
に適用したが、本発明はロボットのアームを定位置で停
止りさせる場合に適用することもできる等、被部動体を
定位置で停止させる場合に広く適用して実施することが
可能である。

また、マイクロコンピュータを使用し、これにθ、θｒ
ａｔ’を入力して、ソフトウェアによって第１図又は第
６図の回路構成と同様の演算を行い、ドライバにトルク
指令信号を与えるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以−；二説明したように本発明のモータの制御装置によ
れば、被駆動体の現在位置から目標停止位１Ｎまでの距
離が現在速度の二乗に比例するように、位置と速度とを
制御する構成としたので、被駆動体を精度良く目標位置
に停止させることができる上、被駆動体が日［票停止位
置に停止するまでに要する時間を短くすることができる
という優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は定位置停止制御手段のブロック図、第２図は制御
の全体構成を示すブロック図、第３図は定位置停止１−
までの速度変化を示す速度変化図、第４図は定位置停止
１−制御手段による制御時のスピンドルの実速度変化を
示す速度変化図、第５図はスピンドルの斜視図であり、
また第６図は本発明の他の実施例を示す第１図相当図、
第７図は従来の定位置停止用の制御装置を月くす要部の
ブロック図である。 図中、１１はモータ、１２はドライバ、１４は定位置停
止制御手段、１７は位置検出器、２０は減算器、２１は
加算器、２２は残り回転数決定器、２３は微分器、２４
は係数決定器、２５は二乗演算器、２６は乗算器、２７
は除算器、２８は演算器、２９は積分器、３０は平方根
器、３１は乗算器、３２は減算器である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、モータによって駆動される被駆動体を目標停止位置
   に停止させるためのものであって、被駆動体の現在位置
   から目標停止位置までの距離が現在速度の二乗に比例す
   るように、位置と速度とを制御する構成にして成るモー
   タの制御装置。