TW201346475A - 馬達控制裝置 - Google Patents

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Koichiro Ueda
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Mitsubishi Electric Corp
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B6/02—Internal feedback arrangements for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral or differential electric
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

指令值產生電路(7)，以從機械式負載(3)停止在第1位置之狀態起對機械式負載(3)加速到峰值速度(Vp)，從峰值速度(Vp)減速停止在第2位置之方式，和以進行機械式負載(3)之加速和減速時之加速度之絕對值在預定之上限加速度(Amax)以下之方式，和以從開始機械式負載(3)之加速起涵蓋預定時間地維持預定之上限加速度(Amax)，然後從上限加速度(Amax)漸減之方式，決定表示機械式負載(3)之時間性加速度變化之加速度輪廓A(t)。指令值產生電路(7)依照加速度輪廓A(t)決定表示機械式負載(3)之時間性速度變化之速度輪廓，依照速度輪廓產生位置指令值(24)。

Description

馬達控制裝置
本發明係關於用以控制伺服馬達(servomotor)等各種馬達(motor)之動作之馬達控制裝置(motor control apparatus)。
由於近年來之節能(energy saving)意識之高漲，當在各種產業用機械使用伺服馬達等馬達進行定位控制時，要求使消耗電力量儘可能地減小。
作為此種減低定位控制時之消耗電力方法，被公開在專利文獻1至5之發明。
專利文獻1揭示頭(head)定位裝置，其目的是依照使用者之用途減少消耗電力，和有效率地進行與溫度變化和歷時性劣化等無關之定位控制。速度輪廓(velocity profile)記憶部可以依照使用者之選擇預先記憶與高速尋找(rapid seek)對應之目標速度輪廓A或記憶尋找速度慢消耗電力少 之目標速度輪廓B。在減算器對頭之現在之軌(track)位置和目標位置進行比較，用來獲得位置誤差信號。目標速度設定部根據該位置誤差信號和速度輪廓記憶部之目標速度輪廓A或B，輸出頭之目標速度。控制部根據速度誤差信號和伺服器控制常數算出頭驅動用馬達之驅動電流。該算出之驅動電流輸入到馬達驅動部。驅動電流之初始值被記憶在驅動電流初始值記憶部。比較器對現在之驅動電流和初始值進行比較。伺服器控制常數調整部根據比較器之比較結果調整控制部之伺服器控制常數。目標速度輪廓A和B之形狀均為三角形，特別是目標速度輪廓B，代替使尋找速度下降者，係藉由延長尋找時間(而非降低尋找速度)來削減電力。
專利文獻2揭示熱最佳化方法，其目的是用來獲得在機器人(robot)之驅動系統(system)中，相對於電力損失使機器人之動作性能(performance)最佳化之方法。依照專利文獻2之方法，係相對於工業機器人之驅動系統中之電力損失，使該機器人之現在之動作路徑(path)之動作性能最佳化用之方法，該方法所具有之過程是對系統之至少一個之零件，計算動作路徑之全部或一部分之電力損失，並對該計算得之電力損失和該零件之最大容許電力損失進行比較，依照該比較結果調節現在之動作路徑之加速度和速度之推移。
專利文獻3揭示指令型樣產生方法，其目的是在移動量和周程(tact)被指定時，產生使驅動馬達之溫度上升最小化之指令型樣(pattern)。依照專利文獻3之方法，在移動量θ max，周程tact，速度最大值ω max，加速度最大值α max之4個參數(parameter)中，決定至少包含速度最大值ω max或加速度最大值α max之2個參數，用來指定移動量θ max和節奏，產生在時刻0和時刻tact速度成為0，面積為移動量θ max，速度為拋物線形狀之指令型樣。藉由使速度之指令型樣成為拋物線形狀用來使銅損最小化。
專利文獻4揭示工作機械之控制裝置，其目的是最佳地抑制工作機械全體之消耗電力。專利文獻4之裝置具備有：第1消耗電力算出手段，用來算出進給軸驅動用馬達之消耗電力；第2消耗電力算出手段，用來算出以一定電力動作之機器之消耗電力；和馬達控制手段，根據第1消耗電力算出手段所算出之電力和第2消耗電力算出手段所算出之電力之總和，決定與進給軸驅動用馬達之加速時間和減速時間之至少一方具有對應關係之時間常數，並根據該時間常數控制進給軸驅動用馬達。時間常數以電力之總和成為最小之方式決定。
專利文獻5揭示軌道產生裝置，可以用來謀求所要能量(required energy)之降低。專利文獻5之軌道產生裝置利用迴旋(clothoid)曲線內插在點列間以進行軌道產生，軌道 產生裝置具備具有迴旋曲線產生手段之演算處理裝置，上述迴旋曲線設為三連迴旋曲線，利用此種方式擔保通過點之接線方向之連續性和曲率之連續性。另外，在端點與直線連接之情況時，係使其接線方向與直線方向一致。
專利文獻6揭示機器人之控制裝置，其目的是在不延長動作時間，進行PTP(point to point)動作時，減低消耗能量。專利文獻6之裝置在母線共同之多軸馬達之控制中，以複數軸之減速動作不重疊之方式決定各軸指令之開始動作之瞬間。以防止因減速動作重疊而使再生能量變大，且被再生電阻消耗。
專利文獻7亦揭示機器人之控制裝置，其目的是在不延長動作時間，進行PTP動作時，減低消耗能量。依照專利文獻7之裝置時，在多軸馬達之控制中，計算複數軸之動作時間，配合最長之動作時間，使短時間之動作時間之指令時間延長，用來削減消耗耗力量。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平5-325446號公報
[專利文獻2]日本專利特表2004-522602號公報
[專利文獻3]日本專利特開2007-241604號公報
[專利文獻4]日本專利特開2010-250697號公報
[專利文獻5]日本專利特開2011-145797號公報
[專利文獻6]日本專利特開2012-192484號公報
[專利文獻7]日本專利特開2012-192485號公報
專利文獻1只揭示速度輪廓之形狀為三角形之情況，因此，有無法依照動作條件改變速度輪廓來實現充分之節能之問題。
專利文獻2揭示有使定位控制時之熱或損失最小化之內容，但是未揭示使包含工作之全體之能量最小化之內容。
另外，一般在驅動馬達或機械式負載時，存在有動作時可容許之上限加速度。當實施專利文獻3之發明時，會有由於負載之移動距離和移動時間，而造成超過該上限加速度地動作之問題。
在專利文獻4之發明中，只使與馬達之加速時間和減速時間之至少一方具有對應關係之時間常數最佳化，因此不能應付在馬達和機械式負載存在有上限加速度之情況。
專利文獻5之發明亦不能應付在馬達和機械式負載存在有上限加速度之情況。
專利文獻6未揭示減低單軸馬達之定位控制時之消耗電力量。
專利文獻7亦未揭示減低單軸馬達之定位控制時之消耗電力量。
本發明之目的是提供馬達控制裝置，用來解決上述之問題，以減低定位控制時之消耗電力量方式控制馬達之動作。
依照本發明之態樣之馬達控制裝置時，在以使連接到馬達之機械式負載從第1位置移動到第2位置之方式，控制上述馬達的馬達控制裝置中，上述馬達控制裝置具備有：指令值產生電路，用來產生表示各個瞬間之上述機械式負載之所希望位置之位置指令值；和馬達驅動電路，以依照上述位置指令值使上述機械式負載移動之方式，控制上述馬達；上述指令值產生電路，以從上述機械式負載停止在上述第1位置之狀態起到峰值速度(peak velocity)對上述機械式負載加速，從上述峰值速度減速停止在上述第2位置之方式，且以進行上述機 械式負載之加速和減速時之加速度之絕對值在預定之上限加速度Amax以下之方式，且以從開始上述機械式負載之加速起，涵蓋預定時間地維持預定之上限加速度Amax，然後從上述上限加速度Amax漸減之方式，決定表示上述機械式負載之時間性加速度變化之加速度輪廓(acceleration profile)A(t)；依照上述加速度輪廓A(t)決定表示上述機械式負載之時間性速度變化之速度輪廓(velocity profile)；依照上述速度輪廓產生上述位置指令值。
依照本發明之馬達控制裝置時，可以減低定位控制時之消耗電力量。
1‧‧‧馬達
2‧‧‧編碼器
3‧‧‧機械式負載
4‧‧‧馬達驅動電路
5‧‧‧電源
6‧‧‧再生電阻
7‧‧‧指令值產生電路
21‧‧‧驅動力
22‧‧‧電流
23‧‧‧馬達資訊
24‧‧‧位置指令值
25‧‧‧電力
26‧‧‧再生電力
第1圖是方塊圖(block diagram)，用以顯示包含有本發明之實施形態1之馬達控制裝置之定位系統(positioning system)之構造。
第2圖是流程圖(flow chart)，用來顯示利用第1圖之指令值產生電路7所實行之位置指令值產生處理。
第3圖是概略圖，顯示用以說明最短移動時間T0之加速度輪廓和速度輪廓。
第4圖是概略圖，用來顯示使用第1圖之指令值產生電路7所產生之加速度輪廓和速度輪廓。
第5圖是概略圖，用來顯示對加速度a之損失之變化。
第6圖是流程圖，用來顯示本發明之實施形態2之位置指令值產生處理。
第7圖是概略圖，用來顯示在第6圖之步驟(step)S13所決定之加速度輪廓和對應之速度輪廓。
第8圖是概略圖，用來顯示在第6圖之步驟S15所決定之加速度輪廓和對應之速度輪廓。
第9圖是概略圖，用來說明第6圖之位置指令值產生處理之效果，表示函數f1(r)和f2(r)之值對參數r之變化，該參數r表示移動時間T對最短移動時間T0之比。
第10圖是概略圖，用來說明第6圖之位置指令值產生處理之效果，表示函數g1(r)和g2(r)之值對參數r之變化，該參數r表示移動時間T對最短移動時間T0之比。
第11圖是流程圖，用來顯示本發明之實施形態3之位置指令值產生處理。
第12圖是概略圖，用來顯示在第11圖之步驟S22所決定加速度輪廓和其對應之速度輪廓。
第13圖是概略圖，用來顯示在本發明之實施形態3之變化例之位置指令值產生處理所使用之加速度輪廓和其對應之速度輪廓。
第14圖是概略圖，用來顯示用以說明本發明之實施形態3之效果之第1加速度輪廓和速度輪廓。
第15圖是概略圖，用來顯示用以說明本發明之實施形態3之效果之第2加速度輪廓和速度輪廓。
第16圖是概略圖，用來顯示在本發明之實施形態4之位置指令值產生處理所使用之加速度輪廓和其對應之速度輪廓。
實施形態1
第1圖是方塊圖，用以顯示包含有本發明之實施形態1之馬達控制裝置之定位系統之構造。在第1圖之定位系統中，馬達控制裝置包含有指令值產生電路7，馬達驅動電路4和再生電阻6，用來控制馬達1以使連接到馬達1之機械式負載3從初始位置(第1位置)移動到目標位置(第2位置)。第1圖之定位系統更具備有電源5和編碼器(encoder)2。
馬達1利用供給自馬達驅動電路4之電流22進行動作，將轉矩(torque)或推力等驅動力21施加到機械式負載3。作為機械式負載3者，例如，可以假定為滾珠螺桿機構(ball screw mechanism)，但是並不只限於該滾珠螺桿機構者。編碼器2檢測馬達1之旋轉軸之旋轉位置(角度)和旋轉速度等馬達資訊23，將其發送到馬達驅動電路4。馬達資訊23所含之馬達1之旋轉軸之旋轉位置和旋轉速度對應到機械式負載3之位置和速度。
指令值產生電路7產生用以表示在各個瞬間之機械式 負載3之所希望位置之位置指令值24。對指令值產生電路7係輸入有來自可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller：PLC)或操作面板(operation console)等上位裝置(未圖示)之包含移動距離D，移動時間T，上限加速度Amax之指令值產生資訊。在此處移動距離D表示機械式負載3從初始位置到目標位置之移動量。移動時間T表示機械式負載3從初始位置移動到目標位置所需要之時間。作為指令值產生資訊之輸入到指令值產生電路7之移動時間T是所希望之任意值。上限加速度Amax表示可以利用馬達1施加到機械式負載3之加速度(例如，依照機械式負載3之構造上限制所決定之加速度，或馬達控制裝置之由使用者(user)所指定之加速度等)之上限值。指令值產生電路7根據該被輸入之指令值產生資訊，實行後面參照第2圖所說明之位置指令值產生處理，用來產生位置指令值24。另外，因為依照上述之方式檢測到有與機械式負載3之位置和速度對應之資訊之馬達1之旋轉軸之旋轉位置和旋轉速度，所以實際上位置指令值24表示在各個瞬間之馬達1之旋轉軸之所希望旋轉位置。
馬達驅動電路4依照位置指令值24控制馬達1以使機械式負載3移動。在馬達1採用伺服馬達之情況時，馬達驅動電路4使用伺服放大器(servo amplifier)。馬達驅動電路4具備有PWM換流器(PWM inverter)等電力變換器，利用供給自電源5之電力25，產生供給到馬達1之電流22。 馬達驅動電路4具備有回饋控制系統(feedback control system)用來使利用編碼器2所檢測到之馬達1之旋轉軸之旋轉位置(實際位置)，追隨從指令值產生電路7送來之位置指令值24(所希望位置)，利用此種方式，以馬達1之旋轉軸之旋轉位置追隨位置指令值24之方式，計算和產生驅動馬達1之電流22，將所產生之電流22供給到馬達1。
電源5為例如3相交流電源或單相交流電源。
再生電阻6在馬達1成為再生狀態時消耗再生電力26。
下面對利用指令值產生電路7所產生之位置指令值24進行更進一步地說明。指令值產生電路7首先決定表示機械式負載3之時間性加速度變化之加速度輪廓A(t)，依照加速度輪廓A(t)決定表示機械式負載3之時間性速度變化之速度輪廓，依照速度輪廓產生位置指令值24。在此處加速度輪廓A(t)以從機械式負載3停止在初始位置之狀態將機械式負載3加速到峰值速度Vp，從峰值速度Vp減速停止在目標位置之方式，和以使進行機械式負載3之加速和減速時之加速度之絕對值維持在上限加速度Amax以下之方式，和以從開始機械式負載3之加速起涵蓋預定之時間地維持預定之上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax漸減之方式，進行決定加速度輪廓A(t)。
詳細而言，指令值產生電路7根據移動距離D和上限加速度Amax，當賦予比最短移動時間T0=2×√(D/Amax)長之預定之移動時間T時，以移動時間T使機械式負載3從初始位置移動到目標位置之方式決定加速度輪廓A(t)。最短移動時間T0詳細而言是指使機械式負載3從停止在初始位置之狀態起以上限加速度Amax加速到預定之峰值速度，在達到峰值速度之瞬間使機械式負載3以上限加速度Amax減速至停止在目標位置為止之時間。指令值產生電路7亦可以根據移動距離D和上限加速度Amax計算使機械式負載3從初始位置移動到目標位置所需要之最短移動時間T0=2×√(D/Amax)，用來決定比最短移動時間T0長之預定之移動時間T。作為指令值產生資訊輸入到指令值產生電路7之移動時間T假如比最短移動時間T0長時，就直接使用該移動時間T。否則就決定使用比最短移動時間T0長之預定之移動時間T用以代替被輸入之移動時間T。
以移動時間T對速度輪廓積分所獲得之面積成為移動距離D。
在本發明之各個實施形態中提案具有各種形狀之加速度輪廓A(t)(從而提案具有各種形狀之速度輪廓)。在本發明之各個實施形態中使用該等之加速度輪廓A(t)可以減少定位動作時之消耗電力量。此處之電力量不是指每單位 時間之電力，而是指定位動作中之合計之電力量(在定位動作時間中，對每單位時間之電力進行積分或積算所獲得之積算電力量)。
第2圖是流程圖，用來顯示利用第1圖之指令值產生電路7所實行之位置指令值產生處理。在本實施形態中，加速度輪廓A(t)之構成包含有：加速時間，使機械式負載3從停止在初始位置之狀態，以第1加速度加速到峰值速度Vp；等速時間，以峰值速度Vp使機械式負載3移動；和減速時間，使機械式負載3從峰值速度Vp以第2加速度減速，停止在目標位置。第1和第2加速度之絕對值為上限加速度Amax。因此，在本實施形態中其特徵是產生具備有梯形形狀之速度輪廓。
在步驟S1，將移動距離D，移動時間T和上限加速度Amax輸入到指令值產生電路7。在步驟S2，計算最短移動時間T0。在步驟S3，決定移動時間T是否大於最短移動時間T0，在YES時就前進到步驟S5，在NO時就在步驟S4使移動時間T增大，回到步驟S3。在步驟S4例如可以使移動時間T每次增大1成，但是並不只限於此種方式。
在步驟S5，計算加速時間和減速時間T1、等速時間T2和峰值速度Vp。加速時間及減速時間之長度T1和等速時間之長度T2以下式獲得。
另外，峰值速度Vp以Vp=Amax‧T2獲得。
在步驟S5，更依照計算得之加速時間和減速時間T1、等速時間T2和峰值速度Vp，決定加速度輪廓A(t)。在步驟S6，對加速度輪廓A(t)進行積分用來決定速度輪廓。在步驟S7，對速度輪廓進行積分用來產生位置指令值24，然後使處理結束。
其次說明本實施形態之馬達控制裝置之效果。
首先說明設置上限加速度進行定位控制之理由。在馬達1存在有與馬達1之種類有關之可通常輸出之轉矩之最大值。機械式負載3之慣性(inertia)在定位控制時為一定，所以從運動方程式(慣性×加速度=轉矩)之關係可以成立 加速度和轉矩為正比例關係。因此，當存在有轉矩之最大值時，在定位控制時利用馬達1可施加在機械式負載3之加速度產生有上限(上限加速度)。另外，亦會存在有機械式負載3本身可容許之加速度上限之情況，此點亦為定位控制時產生加速度上限之主要原因。假如施加在機械式負載3之加速度超過該上限加速度時，在馬達1會有過大之電流流動，對機械式負載3施加大衝擊，在最壞之情況，馬達1、馬達驅動電路4、和/或機械式負載3會有破損之可能性。因此，在產生位置指令值24時需要考慮上限加速度。
考慮上限加速度，要使機械式負載3從初始位置移動到目標位置所需之移動時間T成為最短時，習知者是進行所謂之最短時間控制(Bang-Bang控制)之控制。第3圖是概略圖，顯示用以說明最短移動時間T0之加速度輪廓和速度輪廓。在第3圖中，以粗虛線顯示進行最短時間控制時之加速度輪廓和速度輪廓。進行最短時間控制時之移動時間，亦即最短移動時間T0使用移動距離D和上限加速度Amax以T0=2×√(D/Amax)表示。這時之加速度輪廓被決定成為在從時間0到最短移動時間之一半時間T0/2以上限加速度Amax加速，在從時間T0/2至最短移動時間T0以上限加速度Amax減速。因此，機械式負載3從停止在初始位置之狀態到預定之峰值速度以上限加速度Amax加速，在達到峰值速度之瞬間以上限加速度Amax減速，停止在目標位置。進 行最短時間控制時之速度輪廓成為三角形。在有上限加速度Amax存在之情況時，不能以比最短移動時間T0短之移動時間使機械式負載3移動。依照從第3圖之粗虛線所示之加速度輪廓和速度輪廓產生之位置指令值24，只有在機械式負載3移動時，不會超過上限加速度Amax，可以實現移動距離D和移動時間T0之最短時間控制。
假如輸入最短移動時間T0以下之移動時間T時，使移動時間T比最短移動時間T0增大，根據該增大之移動時間T決定加速度輪廓A(t)和速度輪廓。在第2圖之位置指令值產生處理中，當移動時間T為最短移動時間T0以下時(步驟S3為NO)，使移動時間T增大(步驟S4)之目的是減少定位控制時之消耗電力量。但是，在本實施形態中，如第3圖之粗實線所示，不是依照移動時間T比最短移動時間T0增大之部分單純地減少加速度之絕對值(亦即與最短時間控制同樣地使用三角形狀之速度輪廓)，而是使用第4圖所示之梯形形狀之速度輪廓。第4圖是概略圖，用來顯示使用第1圖之指令值產生電路7所產生之加速度輪廓A(t)和速度輪廓。加速度輪廓A(t)之構成包含有：加速時間，使機械式負載3從停止在初始位置之狀態，以加速度a加速到峰值速度Vp；等速時間，以峰值速度Vp使機械式負載3移動；和減速時間，使機械式負載3從峰值速度Vp以加速度a減速停止在目標位置。加速時間之長度和減速時間之長度相等。梯形形狀之速度輪廓是在具有移動距離D和移 動時間T時，以表示加速時間和減速時間之加速度之絕對值之加速度a作為參數，單一地決定。以下參照第4圖說明加速度a之較佳值。
以加速度a作為參數，加速時間及減速時間T1和等速時間T2以下式獲得。
加速度a之絕對值之上限為上限加速度Amax，但是下限是當等速時間T2為0時，亦即，速度輪廓為三角形時之加速度。該加速度a之絕對值之下限Amin，因為依據涵蓋移動時間T地對速度輪廓積分之面積成為移動距離D之關係，所以以Amin=4D/T2表示。使用該加速度a之絕對值之下限Amin，加速時間和減速時間T1可以以下式表示。
另外，使用加速度a之絕對值之下限Amin，速度輪廓之峰值速度Vp可以以下式表示。
另外一方面，在進行最短時間控制時之最短移動時間T0，移動距離D和上限加速度Amax之間，因為具有Amax=4D/T0 2之關係，所以上限加速度Amax以Amax=Amin‧T2/T0 2表示。因此，可採取的加速度a之範圍以下式表示。
其次考察使馬達1動作時之消耗電力量。在馬達1之 動作時，消耗電力之主要原因可以分成馬達輸出(馬達1進行工作)和馬達1之繞線電阻所消耗之損失之2種，以其合計決定消耗電力量。亦即，視為「定位控制所需要之電力量」=與馬達輸出有關之電力量+與損失有關之電力量。
每單位時間之馬達輸出電力W使用馬達速度v和馬達轉矩τ，以W=v×τ表示。另外，依照第4圖之梯形形狀之速度輪廓進行定位控制時之馬達1之動作狀態可以分類成為使速度增加之「加速動作狀態」，使速度繼續保持一定值之「等速動作狀態」和使速度減小之「減速動作狀態」。但是，該分類不是只有第4圖方式之梯形形狀之速度輪廓，即使是具有更一般之加減速型態之速度輪廓亦同樣地可以適用。以下說明當依照第4圖之梯形形狀之速度輪廓進行動作時，計算每一個動作狀態之與馬達輸出有關之電力量之大小。
首先，當馬達1在加速動作狀態時，亦即，第4圖之時間t為0≦t≦T1時，因為產生正方向之加速度，所以馬達1產生正方向轉矩的速度亦為正，故每單位時間之馬達輸出電力W之符號成為正。從馬達1剛開始加速時(時間t=0)起，到馬達1加速完成(時間t=T1)為止之與馬達輸出有關之電力量，利用以下之方式算出。
[數8]
在此處之第2個等號，以J表示機械式負載3和馬達1之慣性之合計值，使用屬於馬達1之運動方程式之J×dv/dt=τ之關係，亦即，使用轉矩τ和加速度dv/dt具有比例之關係。在第3個等號，使用積之函數之微分公式。在第5個等號，使用在加速時間之最初(t=0)速度v成為0(v(0)=0)，和在加速時間之最後(t=T1)速度v成為Vp(v(T1)=Vp)。最後，與加速動作狀態時之馬達輸出有關之電力量以1/2‧J‧Vp 2表示。此係與機械式負載3和馬達1在以峰值速度Vp動作時之運動能量相等。
另外，當馬達1在等速動作狀態時，亦即，第4圖之時間t為T1<t≦T1+T2時，因為加速度a成為0，所以所產生之轉矩τ亦大致成為0。因此，從W=v×τ之關係，馬達輸出電力W亦大致成為0。
另外，當馬達1在減速動作狀態時，亦即，第4圖之時間t為T-T1<t≦T時，產生用以減小速度v之負的加速度，但是這需要產生負的轉矩，但因為速度v為正方向，所以速度v和轉矩τ成為不同符號，每單位時間之馬達輸出電力W成為負的值。馬達輸出電力W成為負的值表示成為再生狀態(產生再生電力)，成為馬達1不消耗電力。該再生電力被第1圖之再生電阻6消費。以另外之看法看時，表示在加速動作狀態之期間所獲得之運動能量，在減速動作狀態之期間被再生電阻6消耗，成為熱能地被捨棄。
從以上之考察，在與定位控制時之馬達輸出有關之電力量中，與加速動作狀態時之馬達輸出有關之電力量具支配性，該電力量等於機械式負載3和馬達1以峰值速度Vp動作時之運動能量。因此，要減小該電力量時需要減小運動能量，亦即，需要減小峰值速度Vp。
以加速度a對表示定位控制中之峰值速度Vp和加速度a之關係之式(6)進行微分時，獲得下式。
在此處a>0和a-Amin≧0，使用相加平均>相乘平均之關係，對於式(9)之分子使下式成立。
因此，式(9)之d Vp/da為負。因此，加速度a越大，峰值速度Vp變成越小。特別是峰值速度Vp變成最小時，為加速度a等於上限加速度Amax時。因為運動能量與速度之平方成正比例，所以與馬達輸出有關之電力量成為最小，亦為加速度a等於上限加速度Amax時。
其次，當依照第4圖之梯形形狀之速度輪廓進行定位控制時，在定位控制時所需要之電力量中，計算被馬達1之繞線電阻消耗之損失之大小。當馬達1之繞線電阻為R，在馬達1流動之電流為I時，每單位時間之損失電力L以下式表示。
L=R‧I2 (11)
馬達1之轉矩τ與馬達1之電流I成正比例地產生。亦即，當其比例常數(轉矩常數)為KT時，具有τ=KT‧I之關係。當將該關係代入運動方程式時，成立下式之關係。
J‧a=KT‧I (12)
因此，電流I使用加速度a以下式表示。
I=J‧a/KT‧ (13)
因此，在馬達1流動之電流I與加速度a成正比例。
對「加速動作狀態」，「等速動作狀態」，和「減速動作狀態」之各個，計算與馬達輸出有關之電力量，對於在馬達1產生之損失亦同樣地就該等之每一個動作狀態進行計算。當馬達1在加速動作狀態時，因為加速度a不為0所以由式(13)電流I亦不為0。因此，依照式(11)產生損失電力L，消耗該損失電力L部分之電力量。當馬達1在等速動作狀態時，因為加速度a為0所以電流I亦大致為0。因此，這時之損失電力L亦大致為0。另外，當馬達1在減速動作狀態時，隨著產生負的轉矩而產生電流I。但是如上所述，因為馬達1在減速動作狀態時產生再生電力，所以再生電力補償減速動作狀態時之損失電力L。另外，多餘之再生電力被再生電阻6消耗。因此，在減速動作狀態大致不需要補償損失用之電力量。從以上之說明，在與定位控制時之損失有關之電力量中，與加速動作狀態時之損失有關之電力量為具支配性。因此，定位動作所需要之 電力量，係加速動作狀態時之電力量為具支配性。使用加速度a，與加速動作狀態時之損失有關之電力量E(a)，亦即，涵蓋加速時間(0≦t≦T1)對損失電力L積分之電力量，從式(11)和(13)，以下式表示。
依照加速度a之變化，檢查與式(14)之損失有關之電力量E(a)以何種方式變化。在此處要注意者是繞線電阻R、慣性J、和轉矩常數KT之值若馬達1和機械式負載3確定則成為一定。
第5圖是概略圖，用來顯示對加速度a之損失之變化。第5圖之縱軸表示以R‧(J/KT)2‧T/2‧Amin 2除與式(14)之損失有關之電力量E(a)後之值。在第5圖中，在Amin≦a<(9/8)‧Amin時，損失隨著加速度a之增加而單純地減小。 損失在a=(9/8)‧Amin時成為最小值，當將a=Amin時之損失設為1時，a=(9/8)‧Amin時之損失成為27/32。在a>(9/8)‧Amin時，損失隨著加速度a之增加而單純地增加。另外，當a=(√5+1)/2‧Amin時，成為與a=Amin時之損失相同之值。
根據以上之說明，考察當依照第4圖之梯形形狀之速度輪廓進行定位控制時，定位控制所需要之電力量依照加速度a和移動時間T在何種情形成為最小。
如上所述，要注意者是定位控制所需要之電力量成為與馬達輸出有關之電力量和與損失有關之電力量之和。首先，在Amax≦(9/8)‧Amin之情況時，亦即，在考慮到Amax=Amin‧T2/T0 2之關係而在T0<T≦3√2/4‧T0之情況時，當將加速度a設定在上限加速度Amax時，定位控制所需要之電力量成為最小。其原因係如上所述，當加速度a為上限加速度Amax時，峰值速度Vp成為最小，運動能量亦成為最小，因此與馬達輸出有關之電力量成為最小。另外，依照第5圖，當a≦(9/8)Amin時，損失隨著加速度a之增加而單純地減小，所以與損失有關之電力量亦成為最小。因此，與馬達輸出有關之電力量和與損失有關之電力量之和，亦即定位控制所需要之電力量成為最小。
其次，當(9/8)Amin<Amax≦(√5+1)/2‧Amin，亦即，3 √2/4‧T0<T≦√((√5+1)/2)‧T0時，與上述之情況同樣地，當將加速度a設定在上限加速度Amax時，與馬達輸出有關之電力量成為最小。當將加速度a設定在上限加速度Amax時，與損失有關之電力量不成為最小，但是至少小於當將加速度a設定在其下限Amin時，亦即，依照三角形之速度輪廓進行定位控制時之與損失有關之電力量。因此，當將加速度a設定在上限加速度Amax時，至少定位控制所需要之電力量小於一般定位控制所使用之三角形之速度輪廓之情況為其效果。
在第2圖之步驟S5所計算得之加速時間和減速時間T1，等速時間T2，峰值速度Vp是將a=Amax代入式(3)，式(4)，式(6)時之值。另外，式(3)，式(4)，式(6)不包含重複計算等，只包含代數演算，所以可以以小計算負荷產生位置指令值24為其效果。
如以上之說明，依照本實施形態之馬達控制裝置時，可以減小定位控制時之消耗電力量。
實施形態2
在實施形態1中是為著減小消耗電力量，依照梯形形狀之速度輪廓進行定位控制，但是在本實施形態中，使用與其不同之速度輪廓。包含有實施形態2之馬達控制裝置之定位系統之構造與實施形態1(第1圖)相同，但是利用指 令值產生電路7實行之位置指令值產生處理與實施形態1不同。
第6圖是流程圖，用來顯示本發明之實施形態2之位置指令值產生處理。在第6圖之流程圖中，步驟S1至S4因為與實施形態1(第2圖)相同，所以將其說明省略。當步驟S4為YES時，就前進到步驟S11。在步驟S11，決定移動時間T是否小於最短移動時間T0之√(3/2)倍，當YES時就前進到步驟S12，當NO時就前進到步驟S14。在本實施形態中，依照步驟S11之YES或NO產生不同形狀之加速度輪廓A(t)和速度輪廓。
當步驟S11為YES時，亦即，移動時間T滿足T0<T<√(3/2)×T0時，加速度輪廓A(t)之構成包含有：第1等加速度時間，以正的第1加速度對機械式負載3進行加速；加速度減低時間，使施加在機械式負載3之加速度，在從第1加速度到負的第2加速度之時間，成為一次函數地連續減低；和第2等加速度時間，以第2加速度使機械式負載3進行減速。第1和第2加速度之絕對值為上限加速度Amax。在步驟S12至S13產生第7圖所示之加速度輪廓A(t)。
在步驟S12，利用下式計算第1和第2等加速度時間T3。
在步驟S13，根據等加速度時間T3，利用下式決定涵蓋0≦t≦T變化之與時間t有關之加速度輪廓A(t)。
另外一方面，當步驟S11為NO時，亦即，移動時間T滿足T≧√(3/2)×T0時，指令值產生電路7決定比上限加速度Amax小之預定之峰值加速度Ap，其次，使用該峰值加速度Ap決定加速度輪廓A(t)。加速度輪廓A(t)以從機械式負載3停止在第1位置之狀態，以峰值加速度Ap開始對機械式負載3加速，使施加在機械式負載3之加速度，從Ap到-Ap成為時間之一次函數地連續降低，最後以峰值加速度Ap減速停止在第2位置之方式，決定加速度輪廓A(t)。在步驟S14至S15產生第8圖所示之加速度輪廓A(t)。
在步驟S14，利用下式計算峰值加速度Ap。
Ap=6D/T2 (17)
在步驟S15，根據峰值加速度Ap，利用下式決定涵蓋0≦t≦T變化之與時間t有關之加速度輪廓A(t)。
在第6圖之流程圖中，步驟S6至S7實質上與實施形態1(第2圖)相同。在步驟S6，對在步驟S13或S15所決定之加速度輪廓A(t)進行積分，用來決定速度輪廓。在步驟S7，對速度輪廓進行積分，用來產生位置指令值24，然後使處理結束。
其次，說明本實施形態之馬達控制裝置之效果。
首先，對於利用式(16)或式(18)所決定之加速度輪廓A(t)，可以確認下式成立。
[數15]
亦即，當使用式(16)或式(18)所決定之加速度輪廓A(t)時，可以以移動時間T移動該移動距離D。式(16)之等加速度時間T3，或式(18)之峰值加速度Ap被決定成為以移動時間T移動該移動距離D。
其次，說明使用式(16)或式(18)所決定之加速度輪廓A(t)不超過上限加速度Amax之情況。第7圖是概略圖，用來顯示在第6圖之步驟S13所決定之加速度輪廓A(t)(式(16))，和對應之速度輪廓。如第7圖所示，加速度之絕對值僅在第1和第2等加速度時間成為上限加速度Amax，在加速度減低時間一直成為未滿上限加速度Amax。因此，明顯地第7圖之加速度輪廓A(t)不超過上限加速度Amax。第8圖是概略圖，用來顯示在第6圖之步驟S15所決定之加速度輪廓A(t)(式(18))，和對應之速度輪廓。如第8圖所示，加速度之絕對值僅在時間t=0和T時成為峰值加速度Ap。峰值加速度Ap滿足下式。
(20)
在此處式(20)之不等號利用移動時間T滿足T≧√(3/2)×T0之條件。因此，峰值加速度Ap不超過上限加速度Amax。在此處不等號之成立是使用第6圖之步驟S11為NO之條件，亦即，T>√(3/2)×T0之條件。因此，當進行第6圖之位置指令值產生處理時，即使利用步驟S11之條件分支進行步驟S12至步驟S13或步驟S14至步驟S15之任一方時，亦可以產生不會超過上限加速度Amax之加速度輪廓A(t)。
其次說明使用式(16)或式(18)所決定之加速度輪廓A(t)進行定位控制，可以用來減低消耗電力量之情況。如實施形態1所說明，定位控制所需要之電力量由與馬達輸出有關之電力量和與損失有關之電力量構成。如上所述，與馬達輸出有關之電力量大致等於由峰值速度決定之運動能量。另外，與損失有關之電力量受加速時之損失支配，可以從加速時流動之電流計算損失電力。
首先，算出使用式(16)之加速度輪廓A(t)時之峰值速度Vp=Vp1。如下式之方式，峰值速度Vp1之獲得是經由在涵蓋施加正加速度之時間(從時間0到移動時間之一半T/2)對式(16)進行積分。
[數17]
另外，與損失有關之電力量之求得是經由在涵蓋加速度為正之時間(0≦t≦T/2)對式(11)之損失電力L進行積分。這時，當利用加速度和電流大致呈比例關係時，使用式(16)之加速度輪廓A(t)進行定位控制時之與損失有關之電力量EL1以下式表示。
其次，為著作比較，使用定位控制一般使用之三角形之速度輪廓，計算進行定位控制時之消耗電力量。使用第3圖之實線所示之速度輪廓進行定位控制，以移動時間T移動該移動距離D時，與馬達輸出有關之電力量和與損失 有關之電力量利用以下之方式計算。
在實施形態1中，當第4圖之加速度a=Amin時，速度輪廓成為三角形。這時之峰值速度Vp2和與損失有關之電力量EL2以下式計算。
在此處當r=T/T0時，式(21)至式(24)可以以下式表示。
(26)
要使峰值速度Vp1及Vp2之大小、和與損失有關之電力量EL1及EL2之大小進行比較時，導入與參數r=T/T0有關之以下之函數。
[數27]
[數28]g 2(r)=r 3(32)
使用式(29)至式(32)時，式(25)至式(28)以下式表示。
(36)
式(16)之加速度輪廓A(t)因為在第6圖之步驟S11為YES時使用，所以參數r=T/T0在1<r<√(3/2)之範圍內變化。第9圖是概略圖，用來顯示函數f1(r)和f2(r)之值對參數r之變化。第9圖中之實線表示函數f1(r)，虛線表示函數f2(r)。依照第9圖時，在1<r<√(3/2)之範圍，與參數r之值無關地，可以明白f1(r)<f2(r)。亦即，其意思是使用式(16)之加速度輪廓A(t)進行定位控制時之峰值速度Vp1，小於使用三角形之速度輪廓進行定位控制時之峰值速度Vp2，因此，與馬達輸出有關之電力量，在使用式(16)之加速度輪廓A(t)進行定位控制時之情況，小於在使用三角形之速度輪廓進行定位控制時之情況。
第10圖是概略圖，用來顯示函數g1(r)和g2(r)之值對參數r之變化。在第10圖中，實線表示函數g1(r)，虛線表示函數g2(r)。依照第9圖時，在1<r<√(3/2)之範圍，與參數r之值無關地，可以明白g1(r)<g2(r)。亦即表示使用式(16)之加速度輪廓A(t)進行定位控制時之與損失有關之電力量EL1，小於使用三角形之速度輪廓進行定位控制時之與損失有關的電力量EL2。
如以上所說明，當與使用三角形之速度輪廓進行定位控制時之情況比較，在使用式(16)之加速度輪廓A(t)進行 定位控制之情況其與馬達輸出有關之電力量和與損失有關之電力量均變小，所以整體之電力量亦變小。
然後，算出使用式(18)之加速度輪廓A(t)進行定位控制時之峰值速度Vp3、和這時產生之與損失有關之電力量EL3。首先，峰值速度Vp3如下式之方式，經由涵蓋施加正加速度之時間(從時間0到移動時間之一半T/2)地對式(18)進行積分而獲得峰值速度Vp3。
另外，使用式(18)之加速度輪廓A(t)進行定位控制時之與損失有關之電力量EL3以下式表示。
明顯地成立Vp3<Vp2，和EL3<EL2。亦即表示當與使用三角形之速度輪廓進行定位控制時之情況比較時，在使用 式(18)之加速度輪廓A(t)進行定位控制之情況其與馬達輸出有關之電力量和與損失有關之電力量均變小。
如以上所說明，依照第6圖之位置指令值產生處理產生位置指令值，用來使峰值加速度在上限加速度Amax以下，另外，定位所需要之電力量可以削減為其效果。另外，式(15)至式(18)不包含重複計算等，只包含代數演算，所以可以以小的計算負荷演算位置指令值24為其效果。
如以上之說明，依照本實施形態之馬達控制裝置時，可以減小定位控制時之消耗電力量。
實施形態3
在實施形態1、2中，定量地計算進行定位控制時之消耗電力量，以其減低現象用來說明其效果。在本實施形態中，以別的方法說明其效果。包含實施形態3之馬達控制裝置之定位系統之構造，與實施形態1(第1圖)相同，但是利用指令值產生電路7實行之位置指令值產生處理與實施形態1不同。
第11圖是流程圖，用來顯示本發明之實施形態3之位置指令值產生處理。在第11圖之流程圖中，步驟S1至S4因為與實施形態1(第2圖)相同，所以將其說明省略。當步驟S4為YES時，就前進到步驟S21。在步驟S21至S22 中，決定加速度輪廓A(t)。加速度輪廓A(t)之構成包含有：第1等加速度時間，以正的第1加速度對機械式負載3進行加速；加速度減低時間，使施加在機械式負載3之加速度，在從第1加速度到負的第2加速度之時間，成為連續地減低；和第2等加速度時間，以第2加速度使機械式負載3進行減速。第1和第2加速度之絕對值為上限加速度Amax。加速度輪廓A(t)，例如，以第12圖之方式產生。
在步驟S12中，利用下式計算第1和第2等加速度時間t3。
在步驟S22中，根據等加速度時間t3用下式決定與涵蓋0≦t≦T變化之時間t有關之加速度輪廓A(t)。
第12圖是概略圖，用來顯示在第11圖之步驟S22所決定加速度輪廓A(t)和其對應之速度輪廓。
加速度輪廓A(t)以從開始機械式負載3之加速起，涵蓋等加速度時間t3地維持上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax漸減之方式決定加速度輪廓A(t)。式(40)之加速度輪廓A(t)以移動時間T使機械式負載3從初始位置移動到目標位置(亦即，使式(19)成立)之方式決定加速度輪廓A(t)，這時獲得式(39)之等加速度時間t3。
在此處是以式(40)之加速度輪廓A(t)為例，但是並不只限於該例，亦可以決定成為從開始機械式負載3之加速起，涵蓋等加速度時間t3地維持上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax漸減，只要是此種加速度輪廓，可以使用任何方式者。其他之實例可以舉實施形態2所說明之第7圖之加速度輪廓A(t)(式(16))等。
第13圖是概略圖，用來顯示本發明之實施形態3之變化例之位置指令值產生處理所使用之加速度輪廓和其對應之速度輪廓。加速度輪廓A(t)成為從開始機械式負載3之加速起，涵蓋預定時間地維持上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax漸減，只要具有此種形狀，亦可以使用與以上說明者不同之其他形狀。例如，加速度減低時間之加速 度並不只限於如第12圖地連續降低，亦可以如第13圖地階段式降低。第13圖之加速度輪廓A(t)以下式表示。
式(41)之加速度輪廓A(t)被決定成為以移動時間T使機械式負載3從初始位置移動到目標位置，亦即滿足下式。
這時，等加速度時間t4利用下式獲得。
即使在使用式(41)之加速度輪廓A(t)時，亦可以減低定位動作時之消耗電力量。
其次，說明本實施形態之馬達控制裝置之效果。
參照第14圖和第15圖用來說明從開始機械式負載3之加速起，涵蓋預定時間地維持上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax漸減，經由使用此種加速度輪廓A(t)可以減低定位控制所需要之電力量。第14圖是概略圖，用來顯示用以說明本發明之實施形態3之效果之第1加速度輪廓A(t)和速度輪廓。第15圖是概略圖，用來顯示用以說明本發明之實施形態3之效果之第2加速度輪廓A(t)和速度輪廓。在第14圖和第15圖之任一方之情況，使用相同之馬達1，涵蓋移動時間T地使相同之機械式負載3移動。成為A1>A2≧0，第14圖之加速度輪廓A(t)以下式表示。
在第14圖之加速度輪廓A(t)中，速度小時產生大加速度，速度大時產生小加速度。因此，在加速度為正之時間 (0≦t≦T/2)中之前半(0≦t<T/4)產生大加速度A1，在其後半(T/4<t<T/2)產生小加速度A2。在加速度為負之時間(T/2<t≦T)中，在其前半(T/2<t≦(3/4)T)產生小加速度A2，在其後半((3/4)T<t≦T)產生大加速度A1。
另外，第15圖之加速度輪廓A(t)以下式表示。
在第15圖之加速度輪廓A(t)中，速度小時產生小加速度，速度大時產生大加速度。因此，在加速度為正之時間(0≦t≦T/2)中之前半(0≦t<T/4)產生小加速度A2，在其後半(T/4<t<T/2)產生大加速度A1。在加速度為負之時間(T/2<t≦T)中，在其前半(T/2<t≦(3/4)T)產生大加速度A1，在其後半((3/4)T<t≦T)產生小加速度A2。
如實施形態1所說明，與損失有關之電力量被加速動作時之損失支配。如上所述因為電流和加速度具有比例關係，所以使用第14圖和第15圖之加速度輪廓A(t)進行定位控制時，與所產生之損失有關之電力量均使用機械式負 載3和馬達1之慣性之合計值J，和馬達1之轉矩常數KT，以下式表示。
亦即，當使用第14圖和第15圖之加速度輪廓A(t)進行定位控制時，分別產生相同之電力量之損失。
其次，說明使用第14圖和第15圖之加速度輪廓A(t)進行定位控制時，可移動之距離。在使用第14圖和第15圖之加速度輪廓A(t)之任一方時，在加速度為正之時間之最後(t=T/2)，峰值速度Vp成為Vp=(A1+A2)‧T/4。另外，依照各個之加速度輪廓A(t)移動之移動距離，相當於以速度輪廓之曲線(plot)和時間軸所包圍之面積，所以依照第14圖和第15圖時，可以明白使用第14圖之加速度輪廓A(t)時可以移動更大之距離。這起因於速度小時產生大加速度之原故。因此，表示在與損失有關之電力量相同時，要移動更大之移動距離時，使用第14圖之速度小時產生大加速度，速度大時產生小加速度之加速度輪廓A(t)，較為有利。亦即，表示從移動相同移動距離之觀點看時，第14圖之加速度輪廓A(t)，在減少與損失有關之電力量上較為有利。
另外，移動相同移動距離，在速度小時產生大加速度，速度大時產生小加速度之情況，具有峰值速度變小之效果。如上所述，在第14圖和第15圖之實例中，當加速度A1和A2之值相同，而且移動時間T相同之情況時，使用第14圖之加速度輪廓A(t)時，移動距離變大。當分別使用第14圖和第15圖之加速度輪廓A(t)時，要以相同之移動時間T移動相同之移動距離D，需要使第14圖之加速度輪廓A(t)之加速度(第14圖之加速度A1和A2)，小於第15圖之加速度輪廓A(t)之加速度(第15圖之加速度A1和A2)。經由使第14圖之加速度輪廓A(t)之加速度變小，用來使第14圖之峰值速度變成小於第15圖之峰值速度。利用此種方式可以使定位控制時之運動能量變小。如實施形態1所說明之方式，運動能量可以視為是與馬達輸出有關之電力量，可以減低與馬達輸出有關之電力量為其效果。
在第14圖和第15圖之實例中，將移動時間T分割成為4個區間，在各個區間內加速度為一定之值，下面使用此種速度輪廓進行說明，但是分割成為更多之區間亦可以使同樣之論點成立。亦即，當與加速度逐漸增大之加速度輪廓比較時，在開始加速後獲得大加速度，然後使加速度漸減之加速度輪廓，因為從加速度為正之時間之開始後可以獲得儘可能大之速度，所以可以減少進行定位控制時之損失，可以使速度輪廓之峰值速度降低。
在加速度有上限加速度之限制之情況時，在開始加速後之短暫期間產生上限加速度，然後產生從上限加速度漸減之加速度，經由使用此種加速度輪廓進行定位控制，可以使加速度成為上限加速度以下，同時可以減少在定位控制時產生之損失，和降低峰值速度。亦即，可以產生使加速度在上限加速度以下，同時可以降低定位控制所需要之電力量之加速度輪廓。另外，例如，以式(39)和式(40)或式(41)和式(43)表示，由第1等加速度時間，加速度減低時間，和第2等加速度時間構成之加速度輪廓A(t)，進行計算卻不包含重複計算等，只包含代數演算，所以可以以小計算負荷演算位置指令值24為其效果。
如以上之說明，依照本實施形態之馬達控制裝置時，可以減低定位控制時之消耗電力量。
實施形態4
在實施形態1至3中，所說明之情況是加速度輪廓之形狀使加速時和減速時對稱(因此，速度輪廓之形狀亦是使加速時和減速時對稱)，但是本發明之實施形態並不只限於該形態，亦可以使加速度輪廓之形狀在加速時和減速時成為非對稱。在本實施形態4中，說明使用此種加速度輪廓之情況。
第16圖是概略圖，用來顯示本發明之實施形態4之位置指令值產生處理所使用之加速度輪廓和其對應之速度輪廓。第16圖之加速度輪廓A(t)以下式表示。
式(47)之加速度輪廓A(t)亦以機械式負載3以移動時間T從初始位置移動到目標位置之方式、和以開始機械式負載3之加速起，涵蓋預定時間T3地維持上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax漸減之方式，決定加速度輪廓A(t)。特別是式(47)之加速度輪廓A(t)在加速時和減速時具有不同之形狀。
式(47)之時間T3利用式(15)算出。
另外，式(47)之加速度A3和時間T5依照以下之方式決定。
要使定位控制時不會引起衝擊或振動時，需要使速度連續變化。因此，涵蓋加速度為正之加速時間對加速度輪廓進行積分所獲得之值，需要等於涵蓋加速度為負之減速時間對加速度輪廓進行積分所獲得之值之絕對值。在式(47)之實例中是假定加速時間和減速時間為相等之情況，因此，加速時間為0≦t≦T/2，減速時間為T/2<t≦T。亦即，對於式(47)需要使下式成立。
涵蓋加速時間地對加速度輪廓進行積分所獲得之值成為峰值速度Vp。與式(47)之加速度輪廓之加速時間對應之部分，因為與實施形態2之式(16)相同，所以當計算式(48)之左邊時，與式(21)同樣地可以以下式表示。
另外，當計算式(48)之右邊時，可以以下式表示。
因此，要使式(48)成立時，需要以滿足下式之方式選擇加速度A3和時間T5。
另外，上述之實施形態1至3所說明之加速度輪廓因為使加速時和減速時之形狀成為對稱，所以速度亦自動地連續。
使用式(47)之加速度輪廓，以移動時間T涵蓋移動距離D地使機械式負載3移動。在此處，如上所述，與式(47)之加速度輪廓之加速時間對應之部分，因為與實施形態2所說明者相同，所以加速時間中移動之距離成為D/2。因此，在使用式(47)之加速度輪廓時，為著要使在加速時間和減速時間移動之距離之合計成為移動距離D，需要使在 減速時間移動之距離成為D/2。當使用式(47)之加速度輪廓時，減速時間中移動之距離使用加速度A3和時間T5以下式表示。
因此，使用式(47)之加速度輪廓，要以移動時間T涵蓋移動距離D地使機械式負載3移動時，需要以滿足下式之方式決定加速度A3和時間T5。
解以A3和T5作為未知數之式(48)和式(53)之聯立方程式，算出加速度A3和時間T5。使用該加速度A3和時間T5決定式(47)之加速度輪廓，其次，依照加速度輪廓A(t)決定速度輪廓，依照速度輪廓產生位置指令值24。
其次說明本實施形態之效果。
如實施形態3所述，進行定位控制時之消耗電力量，以與馬達輸出有關之電力量和與損失有關之電力量之合計計算，另外，在與馬達輸出有關之電力量和與損失有關之電力量之任一方，均被加速動作時所使用之電力量支配。如式(47)之加速度輪廓之方式，從開始機械式負載3之加速起，涵蓋預定時間T3地維持上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax漸減，以此種方式決定加速度輪廓，可以用來使加速動作時所需要之電力量變小。
另外，以移動時間T涵蓋移動距離D地使機械式負載3移動之方式、和以使速度輪廓涵蓋移動時間T地連續之方式，算出與加速度輪廓有關之參數(加速度A3和時間T5)，所以經由使用該加速度輪廓進行定位控制，可以用來進行所希望之定位控制，同時使其在進行定位控制時不會產生衝擊和振動，而且可以削減定位所需要之電力量為其效果。
另外，在本實施形態中是對加速時間(加速度為正之時間)和減速時間(加速度為負之時間)相等之實例進行說明，但是加速時間和減速時間亦可以成為不同，從開始機械式負載3之加速起，涵蓋預定時間地維持上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax漸減，假如以此方式決定加速度輪廓時，可以獲得與上述之實施形態同樣之效果，亦 即，可以進行所希望之定位控制，同時削減動作時之消耗電力量為其效果。另外，在第16圖之實例中，所進行說明之情況是使用從開始機械式負載3之加速起，涵蓋預定時間地維持上限加速度Amax，然後從上限加速度Amax連續地減小之加速度輪廓，但是代替連續地減小者，亦可以使用使加速度階段式減小之加速度輪廓。
(產業上之可利用性)
依照本發明時，有關於用來產生定位控制所使用之位置指令值(或對應之加速度輪廓和速度輪廓)之技術，考慮上限加速度之限制，產生可以使演算量減少，使定位控制時之消耗電力量減小之位置指令值。
依照本發明時，當與先前技術之馬達控制裝置比較時，可以將消耗電力量削減達接近數值最佳解的14至25%，而且可以具有近似解地進行在數值最佳解有困難之即時和上線(real-time and online)之組裝。
1‧‧‧馬達
2‧‧‧編碼器
3‧‧‧機械式負載
4‧‧‧馬達驅動電路
5‧‧‧電源
6‧‧‧再生電阻
7‧‧‧指令值產生電路
21‧‧‧驅動力
22‧‧‧電流
23‧‧‧馬達資訊
24‧‧‧位置指令值
25‧‧‧電力
26‧‧‧再生電力

Claims (17)

  1. 一種馬達控制裝置，以使連接到馬達之機械式負載從第1位置移動到第2位置之方式，控制上述馬達者，上述馬達控制裝置具備有：指令值產生電路，用來產生表示各個瞬間之上述機械式負載之所希望位置之位置指令值；和馬達驅動電路，以依照上述位置指令值使上述機械式負載移動之方式，控制上述馬達；上述指令值產生電路，以下述方式決定表示上述機械式負載之時間性加速度變化之加速度輪廓A(t)：以從上述機械式負載停止在上述第1位置之狀態起到峰值速度為止進行加速，從上述峰值速度減速而停止在上述第2位置之方式，且以進行上述機械式負載之加速和減速時之加速度之絕對值在預定之上限加速度Amax以下之方式，且以從開始上述機械式負載之加速起，涵蓋預定時間地維持預定之上限加速度Amax，然後從上述上限加速度Amax漸減之方式；依照上述加速度輪廓A(t)決定表示上述機械式負載之時間性速度變化之速度輪廓；依照上述速度輪廓產生上述位置指令值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，上述指令值產生電路，在被賦予比根據上述第1位置到上述第2位置之移動距離D和上述上限加速度 Amax計算得之最短移動時間T0長之預定之移動時間T時，以利用上述移動時間T使上述機械式負載從上述第1位置移動到第2位置之方式，且以上述速度輪廓涵蓋上述移動時間T成為連續之方式，決定上述加速度輪廓A(t)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之馬達控制裝置，其中，上述最短移動時間T0為T0=2×√(D/Amax)。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之馬達控制裝置，其中，上述加速度輪廓A(t)之構成包含有：第1等加速度時間，以正的第1加速度對上述機械式負載加速；加速度減低時間，使施加在上述機械式負載之加速度從上述第1加速度降低到負的第2加速度；和第2等加速度時間，以上述第2加速度使上述機械式負載減速；上述第1加速度為上述上限加速度Amax。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之馬達控制裝置，其中，上述移動時間T在滿足T0<T<√(3/2)×T0時，在上述加速度輪廓A(t)中，上述第2加速度之絕對值為上述上限加速度Amax；和在上述加速度減低時間中，使施加在上述機械式負載之加速度，從Amax到-Amax為止以時間之一次函數地連續降低。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之馬達控制裝置，其中，上述第1和第2等加速度時間之長度T3由 獲得；上述加速度輪廓A(t)在涵蓋0≦t≦T變化之時間t，由 獲得。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之馬達控制裝置，其中，上述第2加速度之絕對值為上述上限加速度Amax；且在上述加速度減低時間中，使施加在上述機械式負載之加速度，從Amax到-Amax為止連續地降低。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之馬達控制裝置，其中，上述第1和第2等加速度時間之長度T3由 獲得；上述加速度輪廓A(t)與涵蓋0≦t≦T變化之時間t有關，由[數4] 獲得。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之馬達控制裝置，其中，上述第2加速度之絕對值為上述上限加速度Amax；且在上述加速度減低時間中，使施加在上述機械式負載之加速度，從Amax到-Amax為止階段式地降低。
  10. 一種馬達控制裝置，以使連接到馬達之機械式負載從第1位置移動到第2位置之方式，控制上述馬達者，上述馬達控制裝置具備有：指令值產生電路，用來產生表示各個瞬間之上述機械式負載之所希望位置之位置指令值；和馬達驅動電路，以依照上述位置指令值使上述機械式負載移動之方式，控制上述馬達；上述指令值產生電路，在被賦予比根據從上述第1位置到上述第2位置之移動距離D和預定之上限加速度Amax之最短移動時間T0=2×√(D/Amax)之√(3/2)倍長之預定之移動時間T時，決定比上述上限加速度Amax小之預定之峰值加速度Ap；以從上述機械式負載停止在上述第1位置之狀態，以上述峰值加速度Ap開始加速，使施加在上述機 械式負載之加速度從Ap到-Ap為止以時間之一次函數地連續降低，最後以上述峰值加速度Ap減速而停止在上述第2位置之方式，且以使上述機械式負載以上述移動時間T從上述第1位置移動到上述第2位置之方式，決定表示上述機械式負載之時間性加速度變化之加速度輪廓A(t)；依照上述加速度輪廓A(t)決定表示上述機械式負載之時間性速度變化之速度輪廓；依照上述速度輪廓產生上述位置指令值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之馬達控制裝置，其中，上述峰值加速度Ap由Ap=6D/T2獲得；和上述加速度輪廓A(t)在涵蓋0≦t≦T變化之時間t，由 獲得。
  12. 一種馬達控制裝置，以使連接到馬達之機械式負載從第1位置移動到第2位置之方式，控制上述馬達者，上述馬達控制裝置具備有：指令值產生電路，用來產生表示各個瞬間之上述機械式負載之所希望位置之位置指令值；和馬達驅動電路，以依照上述位置指令值使上述機械式負載移動之方式，控制上述馬達；上述指令值產生電路，在被賦予比根據從上述第1 位置到上述第2位置之移動距離D和預定之上限加速度Amax計算得之最短移動時間T0長之預定之移動時間T時，以從上述機械式負載停止在上述第1位置之狀態起加速到峰值速度Vp為止，並從上述峰值速度Vp減速而停止在上述第2位置之方式，且以進行上述機械式負載之加速和減速時之加速度之絕對值在上述之上限加速度Amax以下之方式，且以使上述機械式負載以上述移動時間T從上述第1位置移動到上述第2位置之方式，決定表示上述機械式負載之時間性加速度變化之加速度輪廓A(t)；依照上述加速度輪廓A(t)決定表示上述機械式負載之時間性速度變化之速度輪廓；依照上述速度輪廓產生上述位置指令值；上述加速度輪廓A(t)之構成包含有：加速時間，從上述機械式負載停止在上述第1位置之狀態起到上述峰值速度Vp為止，以正的第1加速度加速；等速時間，以上述峰值速度Vp使上述機械式負載移動；和減速時間，使上述機械式負載從上述峰值速度Vp以負的第2加速度減速而停止在上述第2位置；上述第1加速度為上述上限加速度Amax。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之馬達控制裝置，其中， 上述最短移動時間T0為T0=2×√(D/Amax)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之馬達控制裝置，其中，上述第2加速度之絕對值為上述上限加速度Amax。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之馬達控制裝置，其中，上述加速時間和上述減速時間之長度T1由 獲得；上述等速時間之長度T2由 獲得；上述峰值速度Vp利用Vp=Amax‧T1獲得。
  16. 如申請專利範圍第2至15項中任一項所述之馬達控制裝置，其中，上述指令值產生電路進一步根據上述移動距離D和上述上限加速度Amax計算上述最短移動時間T0；和決定比上述最短移動時間T0長之預定長度之上述移動時間T。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，具備有電阻，當上述馬達成為再生狀態時，用來消耗再生電力。
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