JP2004234592A - サーボ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】一定の繰り返し運動のバラツキを、カム制御機構を用いてモータを制御し得るサーボ制御システムを得ること。
【解決手段】モータ１５の位置検出信号Ｓｍを発生するエンコーダ１７と、制御対象に設けられたマーク３ａを検出して基準検出信号ｍｓを発生するマーク用センサ７と、基準検出信号ｍｓが発生した際の位置検出信号Ｓｍに基いて電子カムの一回転における位相検出信号θ１ｍに変換して発生する逆変換器１５３と、マーク３ａを検出する際の位相基準信号θ１ｆを発生する基準位相発生器１５７と、位相補正指令信号θ１ｈに対応してモータ１５の位置指令信号Ｓｒを発生するカムテーブル１１３とを備えたものである。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子カムを用いながら一定の繰り返し運動のバラツキを補正し得るサーボ制御システムに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来のサーボ制御システムを特開平８−３０３１３号公報によって説明する。かかる公報に開示されたサーボ制御システムは、カムシャフトの回転角度に応じてカム動作を行うモータのストローク量だけではなく、カムシャフトの回転角度、回転速度に応じたモータの速度、トルク（モータ電流）を計算によって求め、速度制御、電流制御においてカム動作に最適な値のフィードフォワード制御による補正を実施している。かかるサーボ制御システムを、一定の周期的な運動をする制御対象に用いることで、電子カムの位置指令テーブルに対する追従性が向上されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一定の繰り返し周期が僅かにバラックことがある制御対象に上記サーボ制御システムを適用すると、制御対象が一定の繰り返しではないので、予め定められた繰り返し運動を予定する電子カムでは、所望の位置にモータを制御できないという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、一定の繰り返し運動のバラツキを、カム制御機構を用いてモータを制御し得るサーボ制御システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るサーボ制御システムは、制御対象からの第１の位置検出信号に基いて電子カムの機能を有する制御手段により前記制御対象との関係で駆動されるモータを備えたサーボ制御システムであって、前記第１の位置検出信号に基いて電子カムの一回転内の位相指令信号を発生する位相指令発生手段と、前記モータの回転位置を検出することにより第２の位置検出信号を発生する位置検出手段と、前記制御対象に設けられた基準部を検出することにより基準検出信号を発生する基準部検出手段と、前記基準検出信号が発生した際の前記第２の位置検出信号に基いて前記電子カムの一回転における位相検出信号に変換して発生する変換手段と、前記基準部を検出する際の位相基準信号を発生する基準位相発生手段と、前記位相基準信号と前記位相検出信号との差となる位相偏差信号を求める減算手段と、前記位相指令信号と前記位相偏差信号を加算して第１の位相補正指令信号を発生する第１の加算手段と、前記第１の位相補正指令信号に対応して前記モータの第１の位置指令信号を発生する第１の電子カム手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかるサーボ制御システムによれば、電子カムのような周期的な動きの軌跡を変更することなく、位相指令信号のずれを基準部の検出に基いて補正できる。したがって、制御対象が一定の繰り返し運動しており、該繰り返し運動にバラツキが生じても、制御対象のバラツキに合わせてモータの制御を補正できるという効果がある。
【０００６】
第２の発明に係るサーボ制御システムは、位相偏差信号を入力し、位相偏差信号を発生すると共に、一次遅れ要素を有するフィルタ手段と、第１の加算手段の代りに、位相指令信号と前記位相遅延信号を加算して第２の位相補正信号を発生する第２の加算手段と、前記第２の位相補正信号に対応してモータの位置指令信号を発生する第２の電子カム手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかるサーボ制御システムによれば、位相偏差信号が急激に変動しても、位相遅延信号が滑らかに変動するので、モータの急激な加減速を抑制できるという効果がある。
【０００７】
第３の発明に係るサーボ制御システムにおける制御対象は、シートを所定の速度で送られているシートであり、基準部は、前記シートに所定の間隔で設けられたマークであり、制御手段は、モータがローラを回転して前記ローラに固定されたカッターで、前記シートを所定の幅で切断する位置指令信号に応じてモータを駆動する、ことを特徴とするものである。
かかるサーボ制御システムによれば、シートを切断する一定の間隔がずれても、シートを所望の位置で切断できるという効果がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の一実施の形態を図１及び図２によって説明する。図１は一実施の形態による電子カムの制御機能を有するサーボ制御システムの全体構成図、図２は図１に示すサーボ制御システムのカム制御部を中心としたブロック図、図３は図１に示す逆変換器におけるカムの動作量と電子カムの一回転内角度との位相テーブル図である。
図１において、サーボ制御システム１は、電子カムの機能を有する制御手段としての制御装置１００を有しており、制御対象としてのシート３が矢印Ａ方向に所定の定速度で移動しているとすると、シート用位置検出器９からの第１の位置検出信号としてのシート位置信号Ｓｔに基いてマーク３ａとマーク３ａとの間隔毎にモータ１５が回転してローラ１３を一回転し、カッター１１によりシート３をマーク３ａの位置で切断する繰り返し運動をするもので、シート用位置検出器９からのシート位置信号Ｓｔに基いてローラ１３をシート３の送り速度と同一になるように回転してカッター１１によりシート３を移動方向に直角に実線３ｙで切断する。ローラ１３をシート３の送り速度を同一にしたのは、シート３がカットされる時にシート３に傷つくことを防ぐためである。
【０００９】
すなわち、制御装置１００に有する電子カムが一回転で、カット線３ｃ（マーク３ａ）とカット線３ｃ（マーク３ａ）との間隔をシート３が移動するのに同期してローラ１３が一回転するように形成されている。
しかしながら、シート３はロール５の芯部５ａに何回も重ねて巻かれており、巻締りを防ぐためにシート３の巻回位置が芯部５ａと、外周部５ｆとでは、巻回された状態で、シート３の張力が異なっている。したがって、シート３のロール５の巻回された位置によって、シート３の張力が異なるので、シート３の伸び量が異なりマーク３ａとマーク３ａとの間隔が一定ではなくなる。すなわち、電子カムの制御対象は、一定の周期的運動であるにも拘わらず、一定の周期的な運動が僅かにバラックのである。したがって、単にシート３がマーク３ａ間に相当する一定距離を矢印Ａ方向に移動したことに同期してモータ１５を制御しても、ローラ１３のカッター１１がカット線３ｃに沿ってシート３を切断できなくなる。
そこで、マーク３ａ間隔のずれに対応し精度を確保する手段として、切断前にシート３のマーク３ａの位置を検出して位相指令信号を補正する補正部１５０を有する制御装置１００を備えたものである。
【００１０】
図１において、サーボ制御システム１は、シート３の一端部が巻き取られるようにシート３が巻き回された円柱状のロール５を有しており、シート３には、一定間隔毎に円形マーク３ａが形成されると共に、シート３の横端面と交差するようにシート３をカットする位置を示すカット線３ｃが形成されている。
シート３の円形マーク３ａに対向して設けられると共に、基準部としての円形マーク３ａを検出することによりパルス状のマーク検出信号ｍｓ（基準検出信号）を発生する基準部検出手段としてのマーク用センサ７と、シート３の上面３ｕに接触して、シート３が移動した位置を連続して検出することにより第１の位置検出信号としてのシート位置信号Ｓｔを発生するシート用位置検出器（第１の位置検出手段）９と、シート３を交差するように、すなわち、シート３の移動方向に直角に切断するカッター１１を有する円柱状のローラ１３と、ローラ１３を回転させるためのモータ１５と、モータ１５の回転角度を検出して位置検出信号Ｓｓ（第２の位置検出信号）を発生するモータ位置検出器（第２の位置検出手段）１７と、シート用位置検出器９からのシート位置信号Ｓｔ、マーク用センサ７からのマーク検出信号ｍｓ、モータ位置検出器１７からの位置検出信号Ｓｍを入力すると共に、モータ１５を駆動する制御装置１００とを備えている。
【００１１】
図２において、制御装置１００は、位相指令信号θ１ｒを発生する指令発生部と、電子カムの一回転における補正位置指令信号θ１ｈに対応したモータ１５の移動する第２の位置指令信号Ｓｒを発生する第２の電子カム手段としてのカムテーブル１１３と、位相指令信号θ１ｒの補正部１５０と、位置指令信号Ｓｒと位置検出信号Ｓｓとの偏差に基いてモータ１５を制御する調節部とを備えている。
【００１２】
指令発生部は、シート用位置検出器９からの連続したシート位置信号Ｓｔを、電子カムの一回転内の角度（位相）となる０°〜３６０°の範囲で位相指令信号θ１ｒに変換して発生する位相指令発生手段としての位相指令発生器１０３を有している。
補正部１５０は、円形マーク３ａが検出された電子カムの一回転の角度（位相）となる０°〜３６０°の範囲で、位相基準信号θ１ｆを発生する基準位相発生手段としての基準位相発生器１５７と、マーク用センサ７が円形マーク３ａを検出した際に発生するマーク検出信号ｍｓによりモータ位置検出信号Ｓｍをラッチするラッチ回路１５１と、ラッチ回路１５１に記憶されたラッチ位置信号Ｓｒｍを電子カムの一回転における角度（位相） となる０°〜３６０°範囲で、図３に示す位相テーブル１５３ｔに基いて位相検出信号θ１ｍに変換する変換手段としての逆変換器１５３と、位相基準信号θ１ｆと位相検出信号θ１ｍとの差となる位相偏差信号θ１ｅを発生する減算器１５８と、位相偏差信号θ１ｅを入力して位相遅延信号θ１ｔを発生すると共に、一次遅れの要素を有する一次フィルタ１５９と、位相遅延信号θ１ｔと位相指令信号θ１ｒとを加算して電子カムの一回転における第２の位相補正指令信号θ１ｈを発生する第２の加算手段としての加算器１１１とを備えている。カムテーブル１１３は、電子カムの一回転の角度（位相）となる０°〜３６０°の範囲で位相補正指令信号θ１ｈを入力して、位相補正指令信号θ１ｈに対応したモータ１５の回転量を定める第２の位置指令信号Ｓｒを発生するように形成されている。
【００１３】
調節部は、モータ１５の位置検出した位置検出信号Ｓｓと位置指令信号Ｓｒとの差を求めて位置偏差信号Ｓｅを発生する減算器（減算手段）１１５と、位置偏差信号Ｓｅを入力して速度指令信号Ｖｒを発生する位置制御部１１７と、位置検出信号Ｓｓを微分して速度検出信号Ｖｓを発生する微分器１２３と、速度検出信号Ｖｓと速度指令信号Ｖｒとの差となる速度偏差信号Ｖｅを発生する減算器１１９と、速度偏差信号Ｖｅを入力することにより電流Ｉｒを発生する速度・電流制御部１２１とを備えている。
【００１４】
上記のように構成されたサーボ制御システムの動作を図１乃至図５によって説明する。図４は図１に示す位相補正指令信号θ１ｈ、累積位相補正指令信号Σθ１ｈ対モータの回転量Ｓｒ，切断用ローラの移動量を示す曲線図、図５は逆変換器の動作を示すフローチャートである。なお、累積位相補正指令信号Σθ１ｈとは、位相補正指令信号θ１ｈを単に積算したものである。
いま、シート３が所定の速度で図１に示す矢印Ａ方向に移動しているとすると、シート用位置検出器９から発生したシート位置信号θｔを位相指令発生器１０３に入力し、位相指令発生器１０３から位相指令信号θ１ｒを発生してカムテーブル１１３等を介してモータ１５がカム制御されている。ここで、モータ用位置検出器１７がモータ位置検出信号Ｓｍを検出している。
【００１５】
シート３が矢印Ａ方向に所定量移動すると、マーク用センサ７に対向した位置にマーク３ａが移動すると、マーク用センサ７はマーク３ａを検出してマーク検出信号ｍｓをラッチ回路１３１に入力する。ラッチ回路１１３は、マーク検出信号ｍｓが入力された時のモータ位置検出信号Ｓｍすなわち、ラッチ位置信号Ｓｒｍをラッチする。変換器１３３は、ラッチ位置信号Ｓｒｍから電子カムの一回転における位相検出信号θ１ｍを以下のようにして求める。
【００１６】
まず、予め変数領域に格納されたストローク量設定値Ｓ１、ストローク下限位置設定値Ｓ０と得られたラッチ位置信号Ｓｒｍよりモータ１５の回転量（カムの動作量）Ｓｒは下式により求める。
Ｓｒ＝Ｓｒｍ−Ｓ０ ・・・・（１）
求めたモータの回転量Ｓｒから図３に示す位相テーブルからＳｒ１≧Ｓｒ＜Ｓｒ２という関係を満足するモータの回転量Ｓｒ１，Ｓｒ２を得る。モータの回転量Ｓｒ１，Ｓｒ２に対応する一回転内の位置アドレスＡ１，Ａ２を得て、モータ１５の回転量Ｓｒ１，Ｓｒ２に対応するカムの位相検出信号θ１ｘ（θ１ｍ）を下式により求める。
θ１ｘ＝Ａ１＋（Ａ１−Ａ２）｛（Ｓｒ−Ｓｒ１）／（Ｓｒ２−Ｓｒ１）｝ ・・・・（２）
【００１７】
次に、減算器１２７は、基準位相発生器１２５からの位相基準信号θ１ｆと位相検出信号θ１ｍとの差となる位相偏差信号θ１ｅを求めて一次フィルタ１２９に入力して、位相遅延信号θ１ｔを出力する。
一方、指令発生器１０３はシート用位置検出器９から発生した連続したシート位置検出信号Ｓｔを、電子カムの一回転における位相指令信号θ１ｒに変換して発生し、加算器１１１は、位相指令信号θ１ｒと位相遅延信号θ１ｔとを加算した位相補正指令信号θ１ｈを発生してカムテーブル１１３に入力し、カムテーブル１１３が位相補正指令信号θ１ｈに対応する位置指令信号Ｓｒを出力する。
【００１８】
減算器１１５は、位置指令信号Ｓｒと位置検出信号Ｓｓとの差となる位置偏差信号Ｓｅを求めて、位置偏差信号Ｓｅを位置制御部１１７に入力して、位置制御部１１７が速度指令信号Ｖｒを発生する。減算器１１９は、速度指令信号Ｖｒと速度検出信号Ｖｓとの差となる速度偏差信号Ｖｅを求めて、速度・電流制御部１２１に入力し、速度・電流制御部１２１が電流指令Ｉｒをモータ１５に与えてモータ１５を駆動する。
【００１９】
上記のようなサーボ制御システム１では、シート３のマーク３ａを検出した際の位置検出信号Ｓｍをラッチ回路１５によりラッチしたラッチ位置信号Ｓｒｍを記憶する。逆変換器１５３は、該ラッチ位置信号Ｓｒｍをカムの一回転における位相検出信号θ１ｍを発生し、同様に基準位相発生器１５７は、位相基準信号θ１ｆを発生し、減算器１５８が位相基準信号θ１ｆと位相検出信号θ１ｍとの差となる位相偏差信号θ１ｅを発生する。加算器１１は位相指令信号θ１ｒと位相偏差信号θ１ｅとを加算して位相補正指令信号θ１ｈに基いてカムデータテーブル１１３を介して位置指令信号Ｓｒを発生する。
したがって、シート３のマーク３ａとマーク３ａとの間隔が僅かにずれて一定でなくても、補正部１５０によりこれを補正したので、シート３の切断線に沿ってカッター１１が切断できるものである。
【００２０】
実施の形態２．
本発明の他の実施の形態を図６によって説明する。図６はカム制御部を中心としたブロック図である。
上記実施の形態１では、図２に示すように位相偏差信号θ１ｅを入力して位相遅延信号θ１ｔを発生する一次フィルタ１５９を備えたが、本実施の形態では、図６に示すように第１の加算手段としての加算器１１１に位相偏差信号θ１ｅを直接入力して、加算器１１１から第１の位相補正指令信号θ１ｈ’を発生して位相補正指令信号θ１ｈ’に基いて第１の電子カム手段としてのカムテーブル１１１３により電子カムの一回転における補正位置指令信号θ１ｈ’に対応したモータ１５の移動する第１の位置指令信号Ｓｒ’を発生して上記のようにモータ１５を駆動しても良い。かかるサーボ制御システムによれば、一次フィルタ１５９を有していないので、構成が簡易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるサーボ制御システムの全体構成図である。
【図２】図１に示すサーボ制御システムのカム制御部を中心としたブロック図である。
【図３】図１に示す逆変換器におけるカムの動作量と電子カムの一回転内角度とのテーブル図である。
【図４】図１に示す位相補正指令信号θ１ｈ、Σθ１ｈ対モータの回転量Ｓｒ，切断用ローラの移動量を示す曲線図である。
【図５】本発明の一実施例による逆変換器の動作を示すフローチャートである。
【図６】他の実施の形態によるカム制御部を中心としたブロック図である。
【符号の説明】
１ サーボ制御システム、３ シート、７ マーク用センサ、９ シート用位置検出器、１３ ローラ、１５ モータ、１０３ 位相指令発生器、１１１ 加算器、１１３ カムテーブル、１５１ ラッチ回路、１５３ 逆変換器、１５７ 基準位相発生器、１５８ 減算器、１５９ 一次フィルタ。

Claims (3)

1. 制御対象からの第１の位置検出信号に基いて電子カムの機能を有する制御手段により前記制御対象との関係で駆動されるモータを備えたサーボ制御システムであって、
   前記第１の位置検出信号に基いて電子カムの一回転内の位相指令信号を発生する位相指令発生手段と、
   前記モータの回転位置を検出することにより第２の位置検出信号を発生する位置検出手段と、
   前記制御対象に設けられた基準部を検出することにより基準検出信号を発生する基準部検出手段と、
   前記基準検出信号が発生した際の前記第２の位置検出信号に基いて前記電子カムの一回転における位相検出信号に変換して発生する変換手段と、
   前記基準部を検出する際の位相基準信号を発生する基準位相発生手段と、
   前記位相基準信号と前記位相検出信号との差となる位相偏差信号を求める減算手段と、
   前記位相指令信号と前記位相偏差信号を加算して第１の位相補正指令信号を発生する第１の加算手段と、
   前記第１の位相補正指令信号に対応して前記モータの第１の位置指令信号を発生する第１の電子カム手段と、
   を備えたことを特徴とするサーボ制御システム。
2. 前記位相偏差信号を入力し、前記位相偏差信号から遅れた位相遅延信号を発生するフィルタ手段と、
   前記第１の加算手段の代りに、
   前記位相指令信号と前記位相遅延信号を加算して第２の位相補正指令信号を発生する第２の加算手段と、
   前記第２の位相補正指令信号に対応して前記モータの第２の位置指令信号を発生する第２の電子カム手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御システム。
3. 前記基準部は、シートに所定の間隔で設けられたマークであり、
   前記制御対象は、ローラに固定されたカッターを有し、前記ローラを、前記制御手段を介して前記モータが駆動して前記カッターにより、所定の速度で送られる前記シートを所定の幅で切断するもので、
   あることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーボ制御システム。

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