WO1986000730A1 - Acceleration/deceleration control system - Google Patents

Description

明 細 書

加減速制御方式

技 術 分 野

*発 明 は 、 加減速 制御方式 に係 り 、 更 に詳 し く は工作 機械の 可動部 や ロ ボ ッ ト のハ ン ド な ど を 駆動す る 電動機 の加減速制御方式 に 関す る 。 .

背 景 技 術

工作機械 の 可 動 部 や ロ ボ ッ ト の ハ ン ド な ど は サ 一 ボ モ ー タ 等 の 電 動 機 に よ つ て 駆 動 さ れ る の が一殺的 で あ る 。 こ れ ら 工作機械 の可動部の駆動や α ボ ッ ト の ハ ン ド の移動 に 際 し て 、 電動機は、 回転の開始 眸 お よ び停止 時 に機械系 に シ ョ ッ ク ゃ振動を年 えな い よ う に す る た め 、 一般 に加速 、 減速制御 される 。 こ の よ う な加減速制御 方 式 と し て例 え ば、 サ 一 ボ モー タ を制御す る パ ル ス速度 を 第 5 図 に 示す よ う に 指数関数的に加速或 は減速 す る 方式 カ あ る 。

こ の 種 の指数関数的 に加減速制御 を行 な ラ 方 式 に お い て は 、 加減速 制御 は 補間 と 全 く 無関係 に 行 え ば よ く 、 単 に補間 を 開始 すれ ば 加速がかか り 、 補間 を 終 了 すれ ば減 速がかか る こ と に な リ 、 補間器や加減速 回路 自 体 の構成 が簡単 に な る と い ラ 禾 ij 点を持 っ てい る 。 し か し 、 こ の 方 式は 、 加減速時 に 独特 な遅れ を持 っ て い る た め 、 た と え ば 2 铀制御 に よ る 円弧補間の場合な ど に は ど う し て も 各 轴 の遅 れ を一致 さ せ る こ と がで き ず、 加減速後 の経路 に つ い て 誤差 を 生 じ る 欠 点 を有 し てい る 。 そ こ で、 こ の欠点 を解消する ため に 、 円弧補間での加 減速後の経路誤差を で き るだけ少な く し 、 且つ与 え ら れ 」 た時定数の時間で第 3 図に示す よ う な直線形の加速、 減 速 を 行 う 'よ う に す る 加減速制御方式 が提案 されてい る

(例えば特願昭 5 7 - 1 7 2 8 S 3 号参照） 。

し か し なが ら 、 直線形加減速制御方式 は第 3 図か ら 明 らかな よ う に 、 指数関数形加減速制御に く ら べて制御速 度が滑 ら かで な く 角 の部分が生 じて、 こ の角の部分 に よ り 、 軸移動の開始時及び減速時に機械系 に シ ョ ッ ク や振 動が生 じ る と い ラ 問題があ っ た。

太発明 は、 前記問題点を解決する た め に な さ れた も の で、 直線形加減速制御 と指数閎数形力 !1減速制御 の各 々 の 長所を生か し て 、 機械系の駆動を円滑かつ的確 に行 う こ と が で き る 加減速制御方式を提供する こ と を 目 的 と す る も の で あ る 。

発 明 の' 開 示

本癸明 に.よ れ ば 、 送 り 速度 を 指今速度 ま で順次加速 し 、 さ ら に順次減速す る加減速制御方式 に おい て、 送 り 速度信号お よ び移動量信号に基づ く デー タ を 入 力 し 、 直 線形加減速演箕を行 う 直線形加減速回路 と 、 該直線形加 減速回路の 出 力信号 を入力 し 、 指数関数形加減速演算 を 行 う 指数関数形加減速回路を有する 加減速制御方式が提 ⁴ 供 され る 。 > 本発明 の加減速制御方式に よれば、 直線形加減速回路 の欠点で あ る 制御速度の急激な変化を指数関数形加減速 制御方式が カ バ ー し て そ の角部分を丸め 、 铀移動開始 時 と 減速 時の シ 3 ッ ク の ¾生を 防止 し'、 さ ら に 円滑かつ的 確 な加減速制御 を 行 う こ と がで き る 。

図面 の.簡単 な説明

第 1 図 は *癸明 に 係 る 加減速制御方式 の ブ ロ ッ ク 図 、 第 2 図 は直線形加減速 回路の構成を示 ¹ ブ ロ ッ ク 図 '、 第 3 図 は直線形加減速 回路の動作特性 を示 す説明 図 、 第 4 図 は指数関数形加減速回路の構成を示す ブ ロ ッ ク 図、 第 5 図 は指数関数形加減速回路の動作特性 を 示す説明 図 、 第 6 図 は本癸 明 に係 る 加減速制御方式の動作特性 を 示 す 説明 図 、 第 7 図 は *発明 を 2 軸制御のサ 一 ボ 回 路 に適用 し た場合 の実施例 の プ ロ ッ ク 図であ る 。

発 明 を 実施する た め の最良 の 形態 以下 、 本発 明 を 第 1 図 に示す一実施例 に 基づ い て 具体 的 に 説 明 す る 。

第 1 図 は *発明 に 係 る 加減速制御方式 に お け る 加減速 制御 回路 を 説明 す る ブ π ッ ク 図 であ る 。 同 図 に お い て 、 3 は直線形加減速回路 で あ り 、 4 は指数 関数形加減速 回 路 で あ る 。 *発明 は こ の よ う に直線形加減速回 路 3 と 、 こ れ の 後 に指数関数形加減速回路 4 を直列 に 接続 し 、 直 線形加減速回路 3 の 入 力側に は、 速度指令 と し て の信号 を 出 力 す る た と え ば サ 一 ボ系 に おけ る パ ル ス 分配器 5 を 直列 に 接続 し 、 かつ指数関数形加減速回路 4 の 出 力端 は サ ー ボ 系 の サ ー ポ 回路 6 に接続する も の で あ る 。 な お 、 7 は サ - ボ 回路 に よ っ て制御 される サ 一 ボ モ ー タ を示 す も の で あ る 。

こ の 直線形加減速 回路 3 は第 2 図 に示す よ う に 、 上記 パ ル ス 分 S器 5 か ら 出力 され る速度指令 と し て の信号 Δ Xが入 力 さ れ る 。 こ の 直線形加減速回路 3 は 、 n個 （ た だ し 、 II は時定数を て L 、 サ ン プ リ ン グ 時間 を T と す る と き てレ T に 等 し い） のバ. " , フ ァ ジ ス タ # 1 , # 2 • · · · # ( n - l ) ， # n と 、 加算回路 A D D と 、 加 算結果 を一時的 に記億す る ア キ ュ ー ム レ ー タ A C C と 、 加箕結果 を 転送す る レ ジ ス タ S U M と 、 加算結果 を 1 Z n す る 除算器 D I V を 有 し て い る 。 各バ ッ フ ァ レ ジ ス タ # 1 〜 # n は直列的 に 接続 され、 1 サ ン プ リ ン グ毎 に 最 新の補間デ ー タ Δ X を バ ッ フ ァ レ ジ ス タ # 1 に 記憶す る と 共に 各バ ッ フ ァ レ ジ ス.タ の内容を次段 の バ ッ フ ァ レ ジ ス タ に 転送 し 、 最終段 のバ ッ フ ァ レ ジ ス タ # ri の 内容 Δ X 0 を 加算器 A D D に 入力す る 。

従 っ て 、 あ る サ ン プ リ ン グ時点に おい て 、 加 算器 A D D は 、 レ ジ ス タ S U Mの内容 を S t と すれ ば 、

Δ X n - Δ X 0 + S t → S t

の演算 を 行い 、 演算結果 を ア キ ュ ー ム レ ー タ A C C に 格 納す る 。 ア キ ュ ー ム レ ー タ A C C の内容 は 、 除箕器 D I V に よ り 1 / n され 、 、。 ル ス X P と し 出 力 さ れ る 。 こ れ と 同 時 に各 バ ッ フ ァ レ ジ ス タ Γ# 1 〜 井 η の 内容 は 次段の バ ッ フ ァ レ ジ ス タ に シ フ —され、 ま た 、 厶 Xは 先 頭 の フ ァ レ ジ ス タ # 1 に記憶 され、 更 に ア キ ユ ー ム レ ー タ A C C の 内 容 S t は レ ジ ス タ S U M に 転送 さ れ る 。 そ し て こ の直線形加減速回路 3 は そ れ 自 身 、 第 3 図 に 示す よ う な 加減速動作特性 を示す も の で あ る 。

指数 関数形加減速 回路 4 は第 4 図 に示 す よ ラ に 、 前記 直線形加減速 回路 3 か ら 出力 される パル ス X P と 指数 関 数形加減速回路 · 4 自 身 の出力パル ス X C P と を 合成す る 合成回路 4 a と 、 該合成回路 4 aか ら 出 力 さ れ る パ ル ス を 累積 す る レ ジ ス タ 4 b と 、 ア キ ユ ー ム レ ー タ 4 c と 、 前記 レ ジ ス タ 4 b の 内 容 E と ア キ ュ 一 ム レ 一 タ 4 c の 内 容 を 一定速度 F c の パ ル ス P が発生す る 毎 に 加箕 し 、 そ の結果 を ア キ ュ ー ム レ ー タ 4 c に セ ッ ト す る 加算器 4 d 'と に よ っ て耩成 さ れ て い る 。

次 に 、 こ の 指数関 数形加減速回路 4 の 動作 に つ い て 説 明 す る 。

該指数関数形加減速 回路 4 に加え られ る パ ル ス X P の 速度 を F 、 出 力 パ ル ス X C P の速度 を F 0 と すれ ば次式 が成 立 す る 。

d E / d t = F - F ₀ … ( 1 ) F 0 = C F c / 2 ^ ) · E … C 2 ) た だ し 、 ア キ ュ ー ム レ ー タ 4 c の ビ ッ ト 数 は n で あ る.。 さ て 、 上式 に お い て 、 （ 1 ) 式は レ ジ ス タ 4： b の 単 位時間 当 り の増分 で あ り 、 （ 2 ) 式は ァ ギ ュ 一 ム レ 一 タ 4 c か ら 単位 時間 当 り に 出力 ざれる桁上 げ パ ル ス （ 出 力 ノ ル ス X C P ) の 数 で あ る 。 こ の （ 1 ) ， （ 2 ) 式 よ り 、 パ ル ス F 。 を求 めれば、

F o = F [ 1 - e x p ( - K t ) ] ( 5 ) た だ し 、 κ - 定数

と な り 、 出 力パ ル ス 速度 F 。 は第 5 図 に 示す よ う に起動 時 に お い て指数関数的 に加速 され、 停止時に お い て指数 関数的 に減速 さ れ る 。 なお、 定数 Κ は、 時定数 を て s と す る と き 、 1 Z てョ で あ る 。 · こ れ ら指数関数形加減速回路 4 の 出力端 は サ ー ボ 回路 6 に接铳 され 、 こ れか ら 出力 される 出力 パ ル ス ： X C Ρ を サ ー ボ 回路 6 に 入力 す る 。 サ一 ボ回路 S は前記指数関 数 形加減速回路 4 か ら の 出力パル ス X C Ρ に基づ い て サ .一 ボ モ ー タ 7 を 駆動す る 。

次 に 、 第 1 図 に 示す *発明 の加減速制御 方式 の動作 に つ い て説明 す る 。

ま ず 、 ノ ル ス分配器 5 力 ら 出 力 され る 1 サ ン プ リ ン グ 毎 の デ ー タ に 基づ く パル ス を直線形加減速 回路 3 に 入 力 す る 。 す る と 、 直線 形加減速回路 3 は 、 第 3 図 に 示 さ れ る よ ラ に直線形加減速制御 を行 う 。 こ の よ う に ή線形 に 加減速 制御 さ れた出 力パ ル ス は 、 更 に指数関数 形加減速 回路 4 に入力 さ れ る 。 こ の指数関数形加減速 回路 4 は 第 5 図 に 示す よ う に 、 加減速時の変速点は 急激 に 変化 し な い 。 し たが っ て 、 指数関数形加減速回路 4 か ら 出 力 さ れ る パ ル ス X C Ρ の加減速特性は第 6 図 に 示す よ う に 直線 形 の 角部が丸 み を お び る よ う に速度制御 さ れ る 。

な お 、 *発明 に よ る 加減速制御方式は 直線形 加減速 回 路 3 の 時定数 てし に 比べて指数関数形加減速回 路 4 の 時 定数 て s を 小 さ く と る こ と に よ り 、 位置決 め時 間 も 短 く す る こ と が で き る 。

次 に *発明 を 数値制御装置に おけ る X 、 Y の 2 軸速 度 制御回路 に適用 し た 実施例を説明す る 。

第 7 図 に お い て 、 1 0 は例え ば、 図示 し な い 数値制御 装 置 か ら の 制 御 信 号 で あ る 送 り 速 度 F \ 軸 の移動量 X 、 Y 轴 の移動量 Y を 用 いて X軸、 Y 軸方 向 の 移動畺成 分 Δ Χ ， A Y を 演箕 す る補間器であ り 、 該補間 デ ー タ 信 号 厶 ： X ， .Δ Υ を そ れ ぞれ X軸方向の直線 形加減速 回路 2 0 ， Y 轴 方 向 の 直 線 形 加 減 速 回 路 3 0 に 入力 す る 。 な お、 こ れ ら 直線形加減速制御回路 2 0 、 3 0 は 第 1 図 に 示 さ れ る 直線形加減速 回路 3 と 同一の も の で 、 同一 の 作 用 を行 う も の で あ る 。 4 0 、 5 0 は措数 関数形加減速 回 路 で あ る'。 こ れ ら 指 数関数形加減速回路 4 0 、 5 0 は 、 前記第 1 図 に 示 さ れ る 指数関数形加減速 回路 4 と 同一 の も の で 、 同一 の作-用 を 行 う も のであ る 。 指数関 数形加減 速 回路 4 0 、 5 0 か ら 出 力 された出 力パ ル ス X C P 、 Y C P は 、 そ れ ぞ れ X 铀 方 向 と Y 轴方 向 の サ ー ボ 回路 6 0 、 7 0 に 入 力 さ れ 、 各サ一 ボ 回路 6 0 、 7 0 は 出 力 パ ル ス X C P 、 Y C P の指今信号 に て サ一 ボ モ ー タ 8 0 、 9 0 を 制御 す る 。 そ し て補間器 1 0 か ら 出 力 さ れ る X ¾a 方向 と Y 铀方 向 の パ ル ス 厶： X , Δ Υ に よ る 速度指今信号 は 、 と も に 第 3 図 に 示す よ う な ほぼ同一 の力 II減速特性 に 制御 さ れ る 。 直線形加減速制御回路 2 0 、 3 0 か ら 出 力 さ れ る パ ル ス X P 、 Y P は指数関数形加減速 回路 4 0 、 5 0 に 入力 さ れ る 。 そ し て こ れ ら指数関数形加減速回路 4 0 、 5 0 で は、 サ 一 ボモー タ 8 0 、 9 0 の加速時お よ び減速時、 加減速特性が急激に変化 し な い よ う に加減速 特性の角部分の み に丸みを付すよ う な動作を行 う 。 こ の 実施例 に よれ ば、 2 轴制欏に よ る円弧補間を行 う よ う な 場合、 指数関数形加減速制御方式の欠点 であ る 円弧補間. の際の誤差お よび直線形加減速制御方式の欠点 であ る 轴 移動開始時 と 減速時の シ ョ ッ ク の発生を 防止 し 、 円滑か つ的確 な加減速制御 を行 う こ と ができ る 。

なお 、 *発明 を上記 2 つの実施例に よ り 説明 し たが 、 *発明 は そ の実施例 に限定ざれる も の では な く 、 *発明 の主旨 に基づ い て種 々 の変形が考え られ、 こ れ ら を末発 明 の範 囲か ら排除す る も の ではない。

産業上の利用可能性

以 上の よ う に *発明 は、 電動機の加減速制御 を 円滑 に 行 う こ と がで き 、 機械系に シ ョ ッ ク や振動 を 与 え る こ と な く 駆動す る こ と がで き る ので、 数値制御装置 に よ っ て 制御 さ れ る 工作機械や ロ ボ ッ 卜 の駆動用電動機 の加減速 制御に 用い て好適で あ る 。

Claims

請 求 の 範 囲 '

( 1 ) 送 り 速 度 を 指令速度 ま で順次加速 し 、 さ ら に 順 次減速 す る 加減速制御方式は 、 次を合む ；

送 リ 速度信号 お よ び移動畺信号に基づ く デ ー タ を 入 力 し 、 直線形加減速演箕 を行 う 直線形加減速 回路 ；

該直線形加減速 [ 路 の 出力信号を 入力 し 、 .指数関数形 加減速演算 を 行 う 指数閩数形加減速回路 。

( 2 ) 送 り 速度 を 指令速度 ま で加速 し 或 は減速す る 加 減速制御方式 は 、 次 を 含む ；

送 り 速度信 号 お よ び移動量信号に基づ い て複 数 铀 ご と に補間 デ ー タ を演算 出 力する 補間器 ；

該補間器か ら 出 力 さ れ る 各轴の 1.サ ン プ リ ン グ毎 の 補 間デ ー タ を 入 力 し 、 直線形加減速演算 を 行 う Λ 線 形加減 速 回路 ；

該 各軸毎の 直線形 加減速回路の出 力信 号 を 人 力 し 、 各 铀每の 指数関 数形 加減速演算 を行 う 指数 関数形 加減速 回