JPH01128104A

JPH01128104A - アクチュエータ位置決め方法

Info

Publication number: JPH01128104A
Application number: JP28636787A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawada; 健一河田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1987-11-12
Filing date: 1987-11-12
Publication date: 1989-05-19
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JP2508153B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、モータ等アクチュエータの位置を離散的に検
出してその位置決めを行うアクチュエータ　　１　− 夕位置決め方法に係り、特に位置決め精度の向上対策に
関する。

（従来の技術）従来より、ディジタル制御の分野において、例えばエン
コーダ等を利用してモータ等アクチュエータの位置を離
散的に検出し、その検出値を利用してアクチュエータの
位置決めを行うアクチュエータ位置決め方法があり、そ
の場合、以下のような方法が一般的に知られている。

すなわち、第２図に示すインクリメンタルロータリエン
コーダ（Ｅ）を利用した位置決め方法を例にとって説明
するに、図中、（２）は回転アクチュエータとしてのモ
ータ（１）に連結された軸（２ａ）の回りに取付けられ
た円板状の回転板であって、該回転板（２）の外周部付
近には、円周方向を一定間隔で細分割してなるスリット
（２Ａ）が設けられている。また、（３）は上記回転板
に接して設けられた固定板であって、該固定板（３）の
上方外縁は回転板の外形に倣った部分円状に形成されて
いて、その外縁付近で回転板（２）のスリット（２Ａ）
に対応する位置に、該スリット（２Ａ）と同じ間隔およ
び幅を有する２つの第１゜第２スリツト（３Ａ）、（３
Ｂ）が固定板（３）の左右に設けられている。該２つの
スリット（３Ａ）、　　（３Ｂ）は、回転板（２）のス
リット（２Ａ）に対して互いに１／４ピツチつまり９０
°の位相差を有するように位置している。ここで、上記
各スリット（２Ａ）、（３Ａ）、　　（３Ｂ）はいずれ
もスリット幅とスリット間隔とが等しい形状を有してい
る。また、（４Ａ）〜（４Ｃ）は上記固定板（３）の前
方から各スリット（３Ａ）。

（３Ｂ）に光を入力するための３つの発光ダイオード、
（５Ａ）〜（５Ｃ）は回転板（２）の後方で上記発光ダ
イオード（４Ａ）〜（４Ｃ）からの光信号を受けるため
のホトダイオードである。なお、図中（２Ｃ）、（３Ｃ
）はそれぞれ回転板（２）および固定板（３）上に形成
されたゼロスリットである。

上記インクリメンタルロータリエンコーダ（Ｅ）の回転
板（２）が回転すると、そのスリット（２Ａ）と、上記
固定板（３）の２つのスリット（３Ａ）、　　（３Ｂ）
との位置関係の変化により、上記２つのホトダイオード
（５Ａ）、　　（５Ｂ）には、第４図（＋）および（の
に示すような２つの入力信号が得られる。すなわち、ス
リット（３Ａ）からの矩形状パルス信号（第４図（ｉ）
参照）に対して９０゜の位相差を持った同形のパルス信
号（第４図（ｎ）参照）が得られる。

そして、上記２つのパルス信号を組み合わせた信号値が
変化する毎に区間を変更することにより、同図０に示す
ようなモータ（１）の移動区間（Ａ）を細分割してなる
複数の部分区間・・・、　　（Ａｏ）。

（ＡＩ　）、　　（Ａ２　）、・・・が得られる。そし
て、上記エンコーダ（Ｅ）により、回転板（２）の回転
位置が各部分区間・・・、　　（Ａｏ）、（ＡＩ）、（
Ａ２）、・・・の中央値・・・、ｒＯＪ、ｒＮ、ｒ２Ｊ
。

・・・として離散的に検出される（第４図（至）参照）
。

つまり、ゼロ信号スリット（２Ｃ）からの部分区間−、
（Ａｏ）、　　（ＡＩ　）、　　（Ａ２　）、−の数を
積算しておくことにより、スリット（２Ａ）の１／４ピ
ツチの分解能でモータ（１）の位置が検出されるように
なされている。

そして、以上のような構造のインクリメンタルロータリ
エンコーダ（Ｅ）を利用してモータ（１）の位置決めを
行う場合、従来の方法では、第８図に示すように、各部
分区間・・・、　　（ＡＯ）、　　（ＡＩ）＋（Ａ２）
ｌ　・・・の中央値、例えばｒＯＪ、ｒｌＪといった値
を制御目標値θＲに設定し、エンコーダ（Ｅ）で検出さ
れるモータ（アクチュエータ）（１）の回転角度位置θ
がその制御目標値θＲに一致するように制御している。

上記インクリメンタルロータリエンコーダ（Ｅ）を利用
したモータ位置決め装置の制御系の例を第３図に示す。

図中、（７）は目標位置演算器（図示せず）等から入力
されるモータ位置の制御目標値θＲと実際のモータ位置
θとの代数差を演算する第１加え合せ点、（８）は該第
１加え合せ点（７）の演算結果θＲ−〇に位置ループゲ
インＫｐを乗じる位置ループゲイン要素、（９）は該位
置ループゲイン要素（８）の乗算結果Ｋｐ　　（θＲ一
θ）（＝θＲ９以下、目標角速度という）とモータ角速
度θとの代数差を演算する第２加え合せ点、（１０）は
該第２加え合せ点（９）の演算結果θＲ−θに速度ルー
プゲインＫｖを乗じてモータ（１）を制御する制御電流
ｉを出力するための速度ループゲイン要素である。また
、（Ｆ）は制御対象例えばロボットの関節等のダイミッ
クスであって該ダイナミックス（Ｆ）は、モータの出力
トルクを積分してモータ角速度θを得る第１積分要素（
１１）と、該第１積分要素（１１）の角速度θを積分し
てモータ角度θを得る第２積分要素（１２）とからなっ
ている。なお、角度フィードバック路、角速度フィード
バック路には、それぞれモータ（１）の角度、角速度を
検出するためのエンコーダ（Ｅ）、タコジェネレータ（
１３）が配置されている。

以上の制御系において、上記第１加え合せ点（７）で制
御目標値θＲとエンコーダ（Ｅ）で検出されたモータ角
度θとの代数差が演算され、位置ループゲイン要素（８
）を経て目標角度θＲが算出される。そして、第２加え
合せ点（９）で上記目標角速度θＲとタコジェネレータ
（１３）で検出されたモータ角速度θとの代数差が演算
され、速度ループゲイン要素（１０）を経てモータ（１
）の制御電流がモータ（１）に流れる。以上により、モ
ータ角度θが制御目標値θＲに一致するように制御され
ている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記従来の方法では、エンコーダ（Ｅ）
等の位置検出装置で検出されるアクチュエータ（モータ
）（１）の実際の移動位置（回転角度）θが制御目標値
θＲに一致した場合、例えば部分区間（Ａ３）の中央値
「３」を制御目標値として設定したときに、モータ（１
）の回転位置が部分区間（Ａ３）内に入った場合１、モ
ータ（１）には制御電流ｉがほとんど流れず、部分区間
（Ａ３）を越えた上下の部分区間（Ａ２）又は（Ａ４）
に移動して初めてモータ角度θが制御目標値θＲに復元
するための所定の制御電流ｉが流れることになる。すな
わち、第９図上図に示すように、各部分区間・・・、　
　（Ａｏ）、　　（Ａ＋）、　　（Ａ２）、・・・の１
単位毎のゲインを１として、モータ（１）に入力される
制御電流ｉつまりモータ角度θを制御目標値θＲに一致
させようとする復元力を生じさせる信号量を相対フィー
ドバック量■とすると、相対フィードバックｚＩのモー
タ角度θに対する変化は負の傾斜を有するステップ状関
数になるとともに、モータ（１）の回転位置が部分区間
（Ａ３）にあるときには相対フィードバック量Ｉが零と
なる。その結果、回転の慣性により、部分区間（Ａ３）
の上下限値の間、或いは場合によっては、上下の部分区
間（Ａ２　）、　　（Ａ４）に亘って揺動することにな
り（第９図下図参照）、特に高精度を要求されるような
場合には正確な位置決めができないという問題がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、アクチュエータが制御目標値に近づいたときにも
所定の復元力が得られるようにすることにより、アクチ
ュエータの収束範囲を狭めて位置決め精度の向上を図る
ことにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため本発明の解決手段は、複数の連
続した部分区間・・・、　　（Ａｏ）、　　（Ａ＋）。

（Ａ２　）　、・・・からなる移動区間（Ａ）内で移動
するアクチュエータ（１）の位置を、その位置する部分
区間−、（Ａｏ）、（Ａ＋　）、　　（Ａ２　）、−の
中央値として離散的に検出し、そのアクチュエータ（１
）の位置とアクチュエータ（１）の制御目標位置との偏
差に基づきその移動位置を制御するアクチュエータ位置
決め方法を前提とし、上記制御目標値を上記各部分区間
・・・、（Ａｏ）、　　（Ａ＋）、（Ａ２）、・・・の
中央値間の中間値に設定するようにしたことにある。

（作用）以上の方法により、本発明では、アクチュエータ（１）
が移動区間（Ａ）内を各部分区間・・・。

（Ａｏ）、　　（Ａ＋　）、　　（Ａ２　）、　・・・
に亘って移動すると、その移動位置が各部分区間・・・
、（Ａｏ）。

（Ａ＋　）、　　（Ａ２　）、・・・の中央値として離
散的に検出される。

そして、上記各部分区間・・・、　　（Ａｏ）、　　（
Ａ＋）、（Ａ２）ｌ　・・・の中央値間の中間値が制御
目標値に設定され、各部分区間・・・、　　（Ａｏ）、
　　（Ａ＋）。

（Ａ２　）　、・・・の中央値で表わされるアクチュエ
ータ（１）の移動位置がその制御目標値に一致すべく制
御されるので、アクチュエータ（１）の移動位置が制御
目標値に近づいたときにも、移動位置が制御目標値に対
して微小変位が生じれば、該微小変位に対して所定の復
元力が得られて、その近傍に収束することになり、よっ
て、位置決め精度の向上を図ることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について、図面に基づき説明する
。

第２図、第３図、第４図は、それぞれ本発明の実施例に
係るインクリメンタルロータリエンコーダ（Ｅ）の概略
構成、制御系の信号伝達経路、インクリメンタルロータ
リエンコーダ（Ｅ）の位置検出特性を示し、その内容に
ついては既に説明しであるので、ここでは説明を省略す
る。

ここで、本発明の特徴として、第１図に示すように、制
御目標値をモータ（１）の移動区間（Ａ）における各部
分区間・・・、（Ａ０）、（Ａ１）、（Ａ２　）　、・
・・の境界値つまり各中央値・・・、　　ｒｏｂ。

ｒＮ、ｒ２Ｊ、・・・間の中間値・・・、ｒＯ，５Ｊ。

ｒｌ、５Ｊ、ｒ２．５Ｊ、・・・に設定するようにして
いる。すなわち、各部分区間・・・、（Ａｏ）。

（Ａ＋　）、（Ａ２　）、・・・の中央値ｒＮＪ　　（
Ｎは整数）に０．５を加えた値制御目標値として設定し
ている。そして、上記モータ角度θがその制御目標値・
・・、ｒＯ，５Ｊ、ｒｌ、５Ｊ、ｒ２゜５」。

・・・に一致するように第３図の制御系で制御している
。

したがって、上記実施例では、例えば上記制御目標値と
してｒ３．５Ｊを設定した場合、上記相対フィードバッ
ク量Ｉのモータ角度θに対する変化は、第５図上図に示
すように、モータ角度θに対して負の傾斜を持ったステ
ップ状関数となるとともに、部分区間（Ａ３）において
も零となることがない。すなわち、制御目標値がｒ３．
５Ｊであるために、部分区間（Ａ３）では０．　５、部
分区間（Ａ４）では−０，５の相対フィードバック量■
が得られ、モータ角度θが制御目標値「３゜５」よりも
小さいとき（部分区間（Ａ３　）　）にはθが増加する
方向に、モータ角度θが制御目標値ｒ３．５Ｊよりも大
きいとき（部分区間（Ａａ））にはθが減少する方向に
所定の復元力が作用する。

その結果、モータ角度θは、従来のようにその設定され
た部分区間（Ａ３）において３つの部分区間（Ａ２）〜
（Ａ４）間にまで亘って変化する（第７図下図）ことな
く、同下図に示すように、２つの部分区間ＣＡｇ　）、
　　（Ａ４）の境界値「３゜５」のごく近傍に収束する
ことになり、モータ（１）の位置決め精度が可及的に向
上するのである。

次に、本発明の実験例について説明する。第７図および
第８図はインクリメンタルロータリエンコーダ（Ｅ）を
利用してモータ（１）の位置決めを行った実験結果を示
し、第７図は本発明の位置決め方法によるデータ、第８
図は従来の位置決め方法による実験データをそれぞれ示
し、いずれも時間を横軸に位置変動を縦軸にとり、倍率
は統一されている。この２つの図の比較により、従来の
方法では部分区間（Ａ３）の下限値を下方に越えた部分
区間（Ａ２）から部分区間（Ａ３）の」一方にまで及ぶ
範囲で不確定な揺動を生じるのに対して、本発明の方法
では、部分区間（Ａ３）、（Ａ４）の境界値ｒ３．５Ｊ
の極めて近傍の位置に収束していることがわかる。

なお、本発明に適用される検出装置は上記インクリメン
タルロータリエンコーダ（Ｅ）に限定されるものではな
く、例えば、一定パターンの空隙部が設けられた回転板
に対して多数のスリットが設けられた固定板を配置じて
、両者の光透過パターンから回転板に連結されたモータ
等アクチュエータの絶対回転角度を検出するいわゆるア
ブゾリュートロークリエンコーダ、２相巻きのステータ
内にロータを配置して、ステータに加えられる２つの正
弦波および余弦波状電圧によりロータに生じる一定の回
転角だけずれた２次電圧の波動ピー−１つ− クからロータに連結されたアクチュエータの回転位置を
１／４波長の精度で検出するいわゆるレゾルバ、微小な
磁極を多数連続的に埋設したスケールベースに対峙して
該磁極のピッチに対して９０°位相のずれた位置に２つ
の磁器ヘッドを配置し、２つの磁器ヘッドにより検出さ
れる磁界の変化パターンを組合わせることにより、スケ
ールベースと磁器ヘッドとの相対的な位置変化を１／４
ピツチの精度で検出するいわゆる磁気スケールなど、ア
クチュエータの移動位置を離散的に検出するものについ
て適用することができ、上記実施例と同様の効果を発揮
することができる。

また、アクチュエータも上記実施例のモータ（１）に限
定されるものではなく、油圧、空圧ピストン等、各種の
ものが使用できることはいうまでもない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のアクチュエータ位置決め
方法によれば、アクチュエータが移動する移動区間内の
各部分区間の中央値を離散的に検出し、その検出値を利
用してアクチュエータの位置決めを行う場合、各部分区
間の中央値とは別に各中央値間の中間値を制御目標値に
設定して、各部分区間の中央値で表わされるアクチュエ
ータの移動位置がその制御目標値に一致すべく制御する
ようにしたので、アクチュエータの移動位置が制御目標
値に近づいたときにも所定の復元力が得られて、その制
御目標値の近傍に収束させることができ、よって、位置
決め精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の実施例を示し、第１図は制御
目標値の設定方法説明図、第２図はインクリメンタルロ
ータリエンコーダの概略構成を示す分解斜視図、第３図
は制御系の構成を示すブロック図、第４図（＋）〜（至
）はインクリメンタルロータリエンコーダの位置検出特
性を示し、第４図（＋）は第１スリツトからの受信信号
、第４図（ｎ）は第２スリツトからの受信信号、第４図
０は両スリットの信号を組合わせて得られる移動区間の
部分区間を示す図、第５図はモータ角度変化に対する相
対フィードバック量特性図である。第６図および第７図
はモータ位置の時間に対する変動特性の実験例を示し、
第６図は本発明の方法による実験結果図、第７図は従来
の方法による実験結果図である。第８図は従来の方法に
よる制御目標値の設定方法説明図、第９図は従来の方法
によるモータ角度変化に対する相対フィードバック量特
性図である。（１）・・・モータ（アクチュエータ）、（Ｅ）・・・
インクリメンタルロータリエンコーダ、（Ａ）・・・移
動区間、（Ａｏ）、　　（ＡＩ　）、（Ａ２　）一部分
区間。第２図第４図一−−−Ａｏ　ＡＩ　Ａ２　Ａ３−−−−ヒーアー」第１図第８図八和ハラリ目橿イ亘第９図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の連続した部分区間・・・、（Ａ＿０）、（
Ａ＿１）、（Ａ＿２）、・・・からなる移動区間（Ａ）
内で移動するアクチュエータ（１）の位置を、その位置
する部分区間・・・、（Ａ＿０）、（Ａ＿１）、（Ａ＿
２）、・・・の中央値として離散的に検出し、そのアク
チュエータ（１）の位置とアクチュエータ（１）の制御
目標位置との偏差に基づきその移動位置を制御するアク
チュエータ位置決め方法において、上記制御目標値を上
記各部分区間・・・、（Ａ＿０）、（Ａ＿１）、（Ａ＿
２）、・・・の中央値間の中間値に設定することを特徴
とするアクチュエータ位置決め方法。