JPH0514513B2

JPH0514513B2 -

Info

Publication number: JPH0514513B2
Application number: JP57032363A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayashida; Tadashi Takahashi; Kunio Myashita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1982-03-03
Publication date: 1993-02-25
Also published as: KR900005765B1; US4558265A; EP0087812A3; KR840004324A; JPS58151885A; EP0087812B1; EP0087812A2; DE3373246D1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はモータの位置制御方法に係り、動作軸
に回転軸の角度を測定するエンコーダを有し、モ
ータを所定の動作回転数で駆動するために、スイ
ツチング素子を有する制御回路を備えることによ
り、任意の角度を「ステツプ的に」前、後進させ
るようにしたモータの位置制御方法に関するもの
である。従来、任意の角度ステツプ的に駆動する装置と
しては、ステツプモータあるいはクラツチ付きモ
ータが知られている。上記のうち、ステツプモータは、オープン制御
でステツプ送りが可能な長所を有するが、大きな
トルクが必要なとき、あるいは高速応答のために
は全容積が大きくなる短所をもつている。他方、クラツチモータは、工業用ミシンなどに
使われており、高速応答性が良い特徴がある。工業用ミシンでは、最短時間に、定められた角
度を送ることが重要であり、制御方法に工夫がさ
れてきている。しかしながら、クラツチモータは、クラツチの
摩耗あるいは、クラツチON−OFF時の騒音が大
きいなどの短所を有している。これに対し、直流モータの軸に、回転角度を検
出する装置であるエンコーダを装着した、エンコ
ーダ付直流モータを使用することにより、高速応
答および寿命の改善を図る方法がある。この場合、モータ本体に、位置決めする能力を
与えるのは、エンコーダの信号を基にスイツチン
グ動作をし、モータに正方向および逆方向の可変
電圧を印加することのできる制御回路である。一方、モータの負荷としては、情報機器が多く
なつており、対象とするモータ軸の慣性モーメン
ト、あるいは負荷トルクも種々多様である。この場合、従来、モータをその装置と直結し
て、制御ループのゲインなどを調整し、位置決め
時の動作を、できるだけスムーズに、ハンチング
を少なく停止するようにしている。また、モータを駆動する電源電圧が変化した場
合、制御ループのゲインが変化したことと等しく
なり、その都度、ゲインを再調整するか、あるい
は、電圧を検出し、ゲインを自動調整する回路を
付加する必要があつた。本発明は、上記のような従来技術の問題点を解
消し、位置決め制御のとき、負荷のイナーシヤあ
るいは、モータに印加する電流などが変化して
も、常にハンチングの少ない位置決め制御を可能
とすることを志向し、減速時複数の最適な減速過
程に分割し、モータの位置制御方法の提供を、そ
の目的とするものである。前記目的は、動作軸の回転角度を検出する角度
検出器と、この角度検出器から得られる動作軸の
回転角度および回転速度と、モータに与えられた
位置決め指令値とに応じてモータを所定の位置に
位置決め制御する方法において、位置決め指定値
が与えられた後の起動から停止までの制御行程
に、加速時に加速度を検出し、その後最大速度で
定速運転する第１の制御領域と、減速開始時点か
ら停止位置までの距離、モータの発生トルク、お
よび前記で求めた加速度情報で決定される所定の
減速パターンに従つて減速運転される第２の制御
領域と、この減速パターンの最小速度指令値ω_N
に達した時点から停止指令位置θ近傍までの第３
の制御領域と、第３の制御領域と停止位置θ₁までの間の第４の
制御領域と、位置決め指令値によつて指令された
停止位置にそのモータをモータ固有のコギングト
ルクに打ち勝つ電流を与えて保持する第５の制御
領域とを連続して設け、前記第３の制御領域では
ゲインを徐々に下げて運転制御すると共に、前記
第４の制御領域では、 S_oをモータに与える積分項、 S_o-1を前回の積分項、 δを加速度に応じて決定される積分定数（起動から停止までの間は一定の値を保持する）、 D_tをモータに付与する電圧のデユーテイ、θ
を位置決め指令値と実際のモータの位置までの距
離、とするとき、 S_o＝S_o-1＋δ で与えられる積分項S_o、および前記位置決め指令
位置から実際のモータの位置までの距離θに比例
し、デユーテイD_t＝S_o＋θ で与えられる電圧をモータに印加して運転するこ
とによつて達成される。しかして、本発明は、位置決め制御のときに、
負荷のイナーシヤ、あるいはモータに印加する電
流などが変化しても、常にハンチングの少ない位
置決め制御を可能とすることを根本の課題として
いるものであり、これの理解への便宜に供するた
め、本発明の一実施例を説明する前に、本発明の
基本的技術思想、ならびにその発明の要点を次に
説明することにする。先ず、動作軸に位置を測定するエンコーダを有
するモータにおいて、位置決め制御に関係する諸
要素を考えることにする。最初に、(イ)位置決め指令値θ₀（rad）がある。これは、あるモータ角度から正転方向あるいは
逆転方向に、任意の角度、駆動する目標値とな
る。この値は、ミシンなどのクラツチモータでは、
モータ軸で１回転を越えることは少ないが、プリ
ンターなどでは、たとえば通常の角度でいうと、
位置決め指令値として1800度というように、モー
タ軸で数回転以上になることは珍しくはない。次に(ロ)モータ軸に直結したエンコーダの１回転
当りのパルス数Ｐがある。このパルス数Ｐが大いと、位置決め制御のとき
に選択できる送り角度の分解能（選択できる送り
量の数）を高くできる。上記の位置決め指令値θ₀（rad）を前記のパルス
数Ｐで表わした位置決め指令パルス値θ_OP（パル
ス）は、次のようになる。 θ_0P＝θ₀×（Ｐ／2π）（パルス） ……(1) 次いで、(ハ)モータの発生するトルク、すなわち
モータトルクT_M（Kg−ｍ）がある。このモータトルクT_Mは、次式で示される。 T_M＝K_t×I_M ……(2) ここで、K_tは、モータのトルク定数（Kg−
ｍ／Ａ）、I_Mは、モータ電流(A)である。このトルク定数K_tは、モータ個々の固有の値
であり、次式で示される。 K_t＝K₁×N₁×φ ……(3) ここで、K₁は常数、N₁はモータ巻線数、φは
モータの磁束（wb）である。しかして、情報機器用モータは、数百Ｗ以下の
小形モータが多く、永久磁石モータが主流であ
る。この永久磁石モータが永久磁石により、上記の
磁束φが発生するが、永久磁石の磁束は温度によ
り変化する。フエライト磁石の場合、温度係数は、−0.2％／
℃である。たとえば、温度が−20℃から80℃に変化した場
合、20％の磁束変化が生じる。また、電流I_Mは、次式で示される。 I_M（Ｅ−E₀）／Ｒ(A) ……(4) ここで、Ｅは、モータに印加される電圧(V)であ
り、スイツチング素子を有する制御回路の電圧で
ある。この電圧Ｅは、スイツチング時のデユテイを
D_tとし、電源電圧をE_dc(V)とすると、次式で与え
られる。Ｅ＝D_t×E_dc ……(5) また、上記(4)式のE₀は、モータの誘起電圧(V)
であり、次式で与えられる。 E₀＝K₂×ω×N₁×φ ……(6) ここで、K₂は常数、ωはモータ回転数、すな
わち速度（rad／sec）で、N₁、φは、前述のと
おり、モータ巻線数、モータの磁束である。さらに、上記の(4)式のＲは、モータの電機子抵
抗R_aと、制御回路からモータまでの配線抵抗R_X
との和であり、このモータの電機子抵抗R_aは、
モータの使用温度により変化する。次に、(ニ)モータおよび負荷の慣性モーメントが
重要な要素となる。モータ軸の慣性モーメントＪ（Kg−ｍ・sec²）
は次式で示される。Ｊ＝J_M＋J_L ……(7) ここで、J_Mはモータの慣性モーメント、J_Lはモ
ータ軸に連結された負荷の慣性モーメントをモー
タ軸に換算した値である。しかして、(ホ)負荷側で考慮されるべき他の要素
として、負荷トルクT_Lがある。この負荷トルクT_Lと、前記した(2)式のモータ
トルクT_Mとの差が、モータ軸を加速するときの
加速トルクT₁となるものである。すなわち、加速トルクT₁は次式で示される。 T₁＝T_M−T_L ……(8) 一方、モータの減速時の減速トルクT₂は、ス
タートトルクと負荷トルクとが同一方向となるこ
とを考慮すると、次式で示される。 T₂＝T_M−T_L ……(9) さらに、(ヘ)装置の最高速度ω_1-1が重要な要素
である。モータは、先の(6)式で、その左辺を最大制御電
圧E_nとしたときのモータ回転数、すなわち速度
ω_nが最高回転数となるが、装置の許容できる最
高速度ω_1-1は、モータの出し得る最高回転数よ
り低い値となることが多い。この最高速度ω_1-1は、装置の動作を満足し、
かつ充分に信頼性、耐久性の確保できる値に選択
されており、装置のメカニズムおよび動作が決ま
れば、それに伴い、決定される。したがつて、同一モータであつても、そのモー
タが搭載される装置の違いにより、前記のω_1-1
は変ることになる。次に、(ト)モータの加速および減速時の重要な要
素である、加速度α₁、減速度α₂は、次式で示され
る。 α₁＝T_M−J_L／J_M＋J_L＝T₁／Ｊ ……(10) α₂＝T_M＋T_L／J_M＋J_L＝T₂／Ｊ ……(11) 以上、位置決め制御に関係する諸要素は上記の
とおりである。上記を参照し、位置決め制御の為、到達すべき
距離に対してモータの速度を制御する方法を次に
載べる。位置θを速度ω（rad／sec）で示すと、以下の
ようになる。 θ＝∫^t ₀ωdt ……(12) すなわち、位置θは、速度の積分値である。ここで、到達すべき位置決め指令値θ₀に至るモ
ータ動作は、まず、停止時からモータの最高速度
指令値ω₁（rad／sec）まで加速し、このときの加
速度α₁を測定する。そして残りの移動距離をθと
したとき、速度ω＝√・から求まる速度ωと
最高速度指令値ω₁とを比較し、ω＜ω₁に達した
ときに最高速度指令値ω₁から減速する。この様子を示すものが第１図のモータの減速状
態説明図である。すなわち、第１図ａはモータの速度ω、第１図
ｂはモータ電流I_M、第１図ｃはモータの位置θの
様子を示すものである。そして、各図で、実線は、装置とモータおよび
制御回路の調整を充分に行なつた場合であり、停
止時にハンチングが無くスムーズに動作してい
る。他方、一点鎖線は、実線の場合と同じモータ
が、装置の違い、あるいは制御回路の電圧の違い
により、同じモータ、制御回路では対応がつかな
く、ハンチングを生じている場合を示しているも
のである。最初に、上記における実線の場合の動作を説明
する。第１図ａにおいて、t₁は前記最高速度指令値ω₁
で運転されたときのモータの速度（ω₁）に加速
する時間、t₂は速度（ω₁）から速度零に減速する
時間、t₃は最高速度（ω₁）で定速運転する時間で
ある。ここで、最高速度指令値ω₁で運転されたとき
は、モータの実線の速度もほぼ速度ω₁となる。また、第１図ｂで、モータ電流I_Mは、加速時と
減速時にその値が同一で、向きが反対である。そ
して、速度（ω₁）での定速運転時の電流は、加
速時および減速時と比較して、非常に小さい値で
ある。さらに、第１図ｃにおいて、位置決め指令値θ₀
に達するときに、位置θが位置決め指令値θ₀から
見て加速時は放物線的、定速運転時は直線的、減
速時は指数関数的に変化する様子を示してある。減速が始まるときに、減速を開始すべき残りの
距離θ_d1とするとω＝√・_d1になつており、予
め調整されているため、速度零になつたときに位
置θは、ほぼ零、すなわち上記θ₀との差はなくθ
→θ₀となり、スムーズに停止することができる。これに対し、一点鎖線で示す場合は、上記に述
べた実線の場合と比較して、加速度および減速度
が30％減少している場合を示すものである。これは、例えば同じモータが異なる装置に組込
まれたとき、あるいは制御回路の電流電圧の違い
などにより、先の(10)，(11)式で計算される値が30％
減少した場合である。この場合、加速時間は、実線の場合の30％増加
した時間となり、速度（ω₁）に達したのち定速
回転を行ない、残りの距離θ_d1に達したときに減
速を開始する。速度が零になつた時点t₄で、位置
θは、位置決め指令値θ₀よりΔθ₁だけオーバする
ことになる。これは、減速のときに実線の場合と比較して、
減速度が30％小さいために、減速時間が30％増加
することにより、減速時に進む位置が、残りの距
離に係るθ_d1より大きくなるためである。時点t₄より速度が逆転し、オーバしたΔθ₁を零
にすべく、何回かハンチングしながら制御系のダ
ンビング作用と停止制御ルーチンの働きにより停
止する。以上に述べたところにより、本発明の要点は、
加速時の加速度と、減速時の減速度が、ある一定
の関係にあることに着目し、その加速度を測定
し、減速時の減速開始時の残りの距離θ_d1を計算
すると共に減速過程を適宣分割し、分割された
個々の減速過程において、最適な減速動作をさせ
ることにある。すなわち、これを詳述すると、さきの(10)，(11)式
より、減速度α₂は、加速度α₁との関係を次のよう
に表わせる。 α₂＝（T_M＋T_L）／（T_M−T_L）×α₁……(13) これにより、残りの距離θ_dにおける速度ωは次
のようにして決まる。ここで、K_adは、（T_M＋T_L）／（T_M−T_L）で、
定数であるので、これから減速度α₂を求めること
ができる。また、(14)式を展開すると次の式の(15)式を得るこ
とができる。 ω＝√2₁・_ad・_d ω²＝2α₁・K_ad・θ_d θ_d＝ω²／2α₁・K_ad ……(15) この式において、速度ω＝ω₁とすると、これ
に対応した残りの距離θ_d＝θ_d2を得ることができ
る。ここで第１図の一点鎖線の0.7α₁に相当する減
速を開始すべき距離θ_d2を使用すれば第２図の実
線に示すようにハンチングのないスムーズな停止
動作を行なわせることができる。ここで、簡単のために、加速時、減速時のモー
タのトルクT_Mにたいし、負荷トルクT_Lは無視で
きるほど、小さいものとする。実際に、情報機器用の応用分野では、上記T_L
がT_Mの数％以下の場合が多い。上記のような条件、すなわち、さきのK_adが１
に近という条件で、減速時α₂、速度ω、および残
りの距離θ_dは次のようにして求まる。 α₂＝α₁ ……(16) ω＝√２・₁・_d ……(17) θ_d＝ω²／2α₁ ……(18) すなわち、新たに求められた値である第２図に
示すθ_d2は、第１図のθ_d1より１／0.7≒1.5で、1.5
倍大きい値となつている。ここでは、加速時および減速時の電流I_Mは、同
一としてある。通常、モータを最小時間で加、減
速することを考えると、この値は、制御回路の電
流容量から制限される値と同一となる。次に、加速度の測定法として、単位時間での速
度変化を測定する方法と、単位速度変化する時間
を測定する方法とがある。第３図は、その単位時間での速度変化を検出す
る方法を示したものである。すなわち、単位時間t_uでの速度変化ω_uを測定す
ると、さきの加速度α₁は、次の式で求まる。 α₁＝ω_u／t_u ……(19) 第４図に示す、速度ωと時間との関係曲線によ
り単位速度変化（この場合、最高速度ω₁として
いる）に達する時間t₁を測定すると、加速度α₁
は、次式で求めることができる。 α₁＝ω₁／t₁ ……(20) 以上のようにして求めた加速度α₁により、減速
度α₂が求まる。この減速度α₂を(15)式に代入することにより、減
速を開始すべき残りの距離θ_dが求められる。第５図ａは、減速時の速度ωを示す。第５図ｂ
は原点を位置決め指令値としたときの残りの距離
θ_dを示すものである。時々刻々変化する位置θと速度ωとの関係は、
以下のようになる。 θ＝θ_d−（ω₁t−１／2α₂t²） ……（21）この関係から位置θと速度ωは第６図のように
なる。この図では原点を位置決め指令値（目標
値）として表わしたものである。尚、減速過程に
おける速度ωと位置θの関係は第６図のようにω
＝√・で表わされる。即ち位置θに対する速
度ωが求まつたことになり、このωを速度指令
ω_Nとして制御することにより、減速度α₂を制御
したこととなる。第６図に対する位置θに対する速度ω_Nを加速
時の加速度からその都度求めることにより、負荷
の変動等に充分適応して減速することができる。次に減速の過程で位置決め指令値に近ずくと次
に徐々にゲインを下げていく。つまり減速パター
ンの最後の速度指令をω_Nとし、これに対するモ
ータ速度をωとするとき、モータに印加する電圧
つまりデユーテイは次式で与えられる。デユーテイ＝Ｇ×（ω_N−ω） ……（22）なお式中のＧはゲイン（比例定数）である。そ
して、残り距離が短かくなるに従い、このゲイン
Ｇを小さくしていく。つぎにゲインＧをあまり下
げるとデユーテイが小さくなりすぎて、モータが
停止してしまう場合もでてくる。このようになる
と、デユーテイの算出を次の式に変更する。デユーテイ＝S_o＋θ……（23）ただし、S_o＝S_o-1＋δ ここで、Ｓは積分項でサフイツクスｎは時系列
を意味し、ｎは今回、ｎ−１は前回の値とする。
δは足し込む値で積分定数に相当するものであ
る。このようにして、モータが停止することなく
目標値に達したらその位置に保持するような制御
を行なう。保持制御のためには、コギングのない
モータでは電源をオフつまりデユーデイを零にす
れば良いが、コギングが問題となる場合、コギン
グトルクに相当するデユーテイを出しておく必要
がある。以上制御の方法をまとめると第７図に示すよう
に位置θによつて制御の内容が変化している。つまりθ＞θ₄の第１の制御領域では最高速度指
令値ω₁での運転を行ない、θ₄＞θ＞θ₃の第２の制
御領域では先に求めた加速度αの情報から減速パ
ターンを決定し、パターン運転を行なう。θ₃＞θ
＞θ₂の第３の制御領域ではゲインを徐々に下げる
ことによりモータ速度を徐々に小さくし、θ₂＞θ
＞θ₁の第４の制御領域では積分項を追加すること
によりモータが停止してしまわないようにし、θ₁
＞θの第５の制御領域ではその位置にモータを保
持するようにデユーテイ制御を行なうのである。以上の詳述したところにより、本発明において
は、先に述べたごときの基本的技術思想ならびに
諸要素を有するものである。次に、本発明のモータの位置制御方法実施例を
各図に参照して説明する。ここで第８図は本発明の位置制御装置の一実施
例に係る構成図、第９図はその回転方向検出回路
の例示図、第１０図はその動作説明図、第１１図
は同じく位置検出回路の例示図、第１２図はその
動作説明図、第１３は同じく速度検出回路の例示
図、第１４図はその動作説明図、第１５図は同じ
くドライブ回路の例示図、第１６図はその動作説
明図、第１７図は同じくマイクロコンピユータ回
路の例示ブロツク図、第１８図は動作説明フロー
チヤート図である。まず、第８図において、電線１にトランジスタ
２０〜２３のＨ形ブリツジ回路および、ダイオー
ド２４〜２７のブリツジ回路を接続している。すなわち、電源１の正極側には、トランジスタ
２０，２２のコレクタおよび、ダイオード２４，
２６のカソードを接続しており、負極側には、ト
ランジスタ２１，２３のエミツタおよび、ダイオ
ード２５〜２７のアノードを接続している。トランジスタ２０のエミツタは、トランジスタ
２１のコレクタおよび、ダイオード２４のアノー
ド、同２５のカソードとともに、モータ２の１端
子に接続し、モータ２の他端子、トランジスタ２
２のエミツタ、同２３のコレクタおよび、ダイオ
ード２６のアノード、同２７のカソードに接続さ
れている。そして、モータ２の軸は、負荷およびエンコー
ダ４を駆動し、エンコーダ４の出力である回転信
号１０は、それぞれ、回転方向検出回路５、位置
検出回路６、速度検出回路７に入力される。上記の回転方向検出回路５の出力である回転方
向信号１１は、マイクロコンピユータ回路９およ
び位置検出回路６に入力される。また位置検出回路６の出力である位置信号１２
および速度検出回路７の出力である速度信号１３
は、共にマイクロコンピユータ回路９に入力され
る。さらに、マイクロコンピユータ回路９には、外
部装置より、位置指令１８および最大速度指令１
９が入力されている。このマイクロコンピユータ回路９からは、デユ
ーテイー信号１４と正逆転信号１５が出力され、
ドライブ回路８の出力である正回転出力１６は、
トランジスタ２１，２２のベースに、逆回転出力
１７は、トランジスタ２０，２３のベースに、そ
れぞれ接続されている。以上のような構成による動作は、次の如くであ
る。まず、マイクロコンピユータ回路９に、位置指
令１８と最高指令速度１９を与えると、モータ２
の回転方向を調べる回転方向信号１１、モータ２
の速度を調べる速度信号１３および、モータ２の
位置を調べる位置信号１２を、それぞれ取込んで
演算を行ない、モータ２に与える電圧を与えるた
めのデユーテイ信号１４および、モータ２の回転
方向を決定する正逆転信号１５を、それぞれドラ
イブ回路８に出力する。このドライブ回路８では正転の場合は正回転出
力１６を出力して、トランジスタ２１，２２をデ
ユーテイ信号１４に応じてONし、モータ２に回
転力を与える。始めは、モータ２の位置信号１２が位置指令１
８と離れており、モータ２に加える電圧のデユー
テイを大きくして、モータ２の立上りを早くす
る。モータ２の速度が上つて、速度信号１３が最高
速度指令１８に近づくと、今度は、モータ２が位
置指令１８で停止できるように、逆回転出力１７
を出力して、トランジスタ２０，２３を導通さ
せ、モータ２に制動力を与えて、モータ２を早く
安定に、位置指令１８に停止させるように動作す
る。上記の第８図に示す各ブロツクを、次に、さら
に詳しく説明する。回転方向検出回路５の一例を第９図に示す。５
１は、Ｄタイプのフリツプフロツプで、クロツク
端子５２の入力には、２相出力に係るエンコーダ
４の一方の回転信号１０−１を、Ｄ端子５３の入
力には、エンコーダ４の他方の回転信号１０−２
を加える。クロツク端子５２の入力は、立上り時のエツジ
で動作するので、フリツプフロツプ５１の出力で
ある回転方向信号１１は、第１０図に示すよう
に、エンコーダ４の２相出力における回転信号１
０−２が同１０−１より進んでいる場合、回転信
号１０−１の立上り時には、Ｄ端子５３の入力信
号である回転信号１０−２は、常に“１”レベル
となる。また、エンコーダ４の回転方向が変つて、２相
出力のうちの回転信号１０−２が同１０−１より
遅れた場合は、第１０図のイのように、クロツク
入力である回転信号１０−１の立上り時、Ｄ入力
信号である回転信号１０−２が“０”レベルとな
る。以上のようにして、回転方向検出回路５により
回転方向を検出できるものである。次に、位置検出回路６を、第１１図により詳し
く説明する。すなわち、この回路は、UP／DOWNカウンタ
６１とラツチ６２とで構成されている。 UP／DOWNカウンタ６１のクロツク入力とし
て回転信号１０を、UP／DOWN入力として回転
方向信号１１を用いる。 UP／DOWNカウンタ６１の出力P₀−P_oは、
ラツチ６２の入力に接続され、ラツチ６２の出力
は、位置信号１２として取出すものである。また、ラツチ６２のストローブ端子には、スト
ローブ信号６３により、ラツチを行なうものであ
る。さらに、上記UP／DOWNカウンタ６１および
ラツチ６２には、リセツト入力６４が入力されて
いる。これらの動作は、第１２図に、そのタイムチヤ
ートを示すように、クロツク入力の回転信号１０
をUP／DOWNカウンタ６１でカウントするが、
回転方向信号１１が“１”レベルの間は、UPカ
ウンタとしてカウントUPし、同カウンタ６１の
カウンタ出力信号は、P₀〜P₂のように変る。しかし、モータ２の回転方向が逆転した場合
は、回転方向１１が、第１２図のイのように、
“０”となつて、上記カウンタ６１はDOWNカウ
ンタとなりDOWNカウントを始める。そして、所定時間ごとに、ストローブ信号６３
をラツチ６２に加えて、UP／DOWNカウンタ６
１の内容をラツチし、位置信号１２を常に新しい
値にしておくものである。しかして、新しく位置指令１８が入力された時
点で、UP／DOWNカウンタ６１およびラツチ６
２はリセツト信号６４の入力によつてリセツトさ
れる。次に、速度検出回路７は第１３図に示すように
カウンタ７１とラツチ７２とによつて構成され
る。カウンタ７１のクロツク入力には、エンコーダ
４からの回転信号１０が入力され、カウンタ７１
のイネーブル端子には、一定時間のカウンタイネ
ーブル信号７３および、リセツト端子には、カウ
ンタリセツト信号７４が入力されている。カウンタ７１のカウンタ出力信号S₀〜S_oは、ラ
ツチ７２の入力に入つており、ラツチ７２の出力
が速度信号１３として外部に取出される。ラツチ７２には、ラツチストローブ信号７５が
入力されている。これらの動作は、第１４図のタイムチヤートに
示すように、カウンタ７１は、カウンタイネーブ
ル信号７３がある間動作して回転信号１０をカウ
ントし、カウンタ出力信号S₀〜S_oに出力する。次に、ラツチ７２のラツチストローブ信号７５
により、上記の出力信号S₀〜S_oの内容をラツチ７
２でラツチする。次の瞬間、カウンタリセツト信号７４により、
カウンタ７１をリセツトし、次の計画に備えるも
のである。したがつて、ある一定時間のカウンタイネーブ
ル信号７３の間の回転信号１０を計数しており、
モータ２の速度に比例した値が、速度信号１３に
得られる。次に、ドライブ回路８は、第１５図に示すよう
に、インバータゲート８１とアンドゲート８２，
８３とにより構成されている。さきのデユーテイ信号１４はアンドゲート８
２，８３の１入力に接続され、アンドゲート８２
の他入力には、正逆転信号１５を、またアンドゲ
ート８３の他入力には、インバータゲート８１を
通して接続されるようになつている。このように構成すると、第１６図のような、デ
ユーテイ信号１４および正逆転信号１５が入力さ
れると、アンドゲート８２の出力には、正逆転信
号１５が“１”レベル時のみ、デユーテイ信号１
４が現われ、正回転出力１６となる。また、アンドゲート８３の出力には、正逆転信
号１５が“０”レベル時のみ、デユーテイ信号１
４が現われ、逆回転出力１７となる。次に、マイクロコンピユータ回路９は、中央処
理装置、RAM（ランダムアクセスメモリ）、
ROM（リードオンメモリ）、入出力部などにより
構成され、ROM内に記録されたプログラムによ
つて作動するものである。この動作のブロツクを示すものが第１７図であ
る。外部装置から、位置指令１８、最高速度指令１
９を入出力部を介して読み込み、これと現在の位
置信号１２とを比較し、それに応じた最小速度指
令値ω_Nを計算する。次に、現速度信号１３を読み込んで、上記最小
速度指令値ω_Nとの差に対応したデユーテイを計
算しデユーテイ信号１４を出力する。また、回転方向信号１１を読み込み、位置指令
１８、位置信号１２などにより、正逆転を判断
し、正逆転信号１５を出力するものである。以上に説明した、位置制御装置の動作につい
て、第１８図のフローチヤートで説明する。ブログラムガスタートすると外部装置より与え
られて最高速度指令値ω₁および位置決め指令値
θ₀を第８図の位置指令８、最高速度指令１９より
読込む。そして、θ₀が加速度を計算するに充分な
基準値θ_cより大きいときはモータ速度ω、位置
θ、回転方向信号R_wを読込み、これより一定の
デユーテイD_tおよび正逆転信号R_pを出力する。そして、θ_cに達したときの速度ωuに達したと
きの時間tuをメモリする。一方θ₀がθ_cより小さいときは前回に使用した
ωu、tuを使用することにし再メモリする。そして、このωu、tuより加速度を算出し、こ
の加速度に従い減速パターンおよびθd（θ₄）の計
算を行なう。この減速パターンはメモリしてお
く。つぎに、θ、ω、R_wを読込みθ＞θ₄のときは
速度指令値として最高速度指令値ω₁を使用し、
D_t＝Ｇ×（ω₁−ω）によつて決まるデユーテイを
出力する。この式でＧは比例定数、ω₁は最大速
度指令値、ωはモータの検出速度である。このよ
うに最高速度指令値でモータが回転すると残りの
移動距離θは少なくなり、やがて、θ₄＞θ＞θ₃と
なる。この領域では先に決めた減速パターンから
速度指令ω_Nを読出し、パターン運転を行なう。
このパターンは加速度αと残りの移動距離θとの
関数で ω_N＝√となつている。この領域でのデユーテイ計算式はデユーテイD_t＝Ｇ×（ω₁−ω）である。そして、θ₃＞θ＞θ₂となると先のパターンの最
終値つまり最小速度ω_Nを速度指令とし、ゲイン
をＧからG′に徐々に下げていく。この時のゲイ
ンはθに関係し、残りの移動距離θが短くなると
ゲインG′も小さくする。デユーテイは次のよう
になる。 D_t＝G′×（ω₁−ω）この領域では速度指令ω_Nは一定値であるが、
ゲインが徐々に小さくなるので、デユーテイも小
さくなり円滑に減速されることになる。そして、θ₂＞θ＞θ₁の領域になると、積分項に
よつてデユーテイを決めるようにする。つまり積
分項の初期値S₀＝０とし、 Sn＝S_o-1＋δ デユーテイD_t＝Sn＋θ δは積分定数でサンプリング時間や加速度によ
つて選定される値である。このδが大きすぎると
モータのデユーテイが急変することになり、停止
位置のごく近くにあるにもかかわらず急加速する
ことになり円滑な停止が出来なくなる。逆にδが
小さすぎると一度停止してしまつたとき再び動き
出すまでに時間がかかり、位置決め時間を要する
ことになる。このようにして途中でモータを停止
させないようにしてθ₁＜θの領域までもつてく
る。この領域ではモータが停止すればそのままに
するがモータが停止すればそのままにするがモー
タが振動していればデユーテイを徐々に小さくす
る。以上のようにデユーテイを計算し、正逆転信
号R₀と共に出力し、再び、θ、ω、R_wを読みこ
みこの動作を繰返すことになる。このフローチヤートによつて説明した５つの制
御領域を位置θに応じてその制御方法と運転内容
を次表１に整理してまとめた。尚、この表１のθの欄に記載したないしは
それぞれの制御領域番号を示している。

【表】以上説明したように本発明によれば、停止させ
るべき位置決め指令位置までの距離に応じて最適
な制御態様にするように構成したので、短時間で
しかも円滑に所定の位置に位置決めできる効果を
有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃはモータの減速状態説明図、
第２図ａ，ｂ，ｃは第１図の改良状態説明図、第
３図は単位時間で速度を検出する方法の説明図、
第４図は速度と時間との関係曲線図、第５図ａ，
ｂは減速時の速度と時間の関係曲線図、第６図は
その速度と位置の関係曲線図、第７図は位置決め
制御説明図、第８図は本発明の位置制御装置の一
実施例に係る構成図、第９図はその回転方向検出
回路の例示図、第１０図はその動作説明図、第１
１図は同じく位置検出回路の例示図、第１２図は
その動作説明図、第１３図は同じく速度検出回路
の例示図、第１４図はその動作説明図、第１５図
は同じくドライブ回路の例示図、第１６図はその
動作説明図、第１７図は同じくマイクロコンピユ
ータ回路の例示ブロツク図、第１８図は動作説明
フローチヤート図である。１……電源、２……モータ、３……負荷、４…
…エンコーダ、５……回転方向検出回路、６……
位置検出回路、７……速度検出回路、８……ドラ
イブ回路、９……マイクロコンピユータ回路、１
０……回転信号、１１……回転方向信号、１２…
…位置信号、１３……速度信号、１４……デユー
テイ信号、１５……正逆転信号、１６……正回転
出力、１７……逆回転出力、１８……位置指令、
１９……最高速度指令、２０〜２３……トランジ
スタ、２４〜２７……ダイオード、５１……Ｄタ
イプフリツプフロツプ、５２……クロツク端子、
５３……Ｄ端子、５４……出力端子、６１……
UP／DOWNカウンタ、６２……ラツチ、６３…
…ストロープ信号、６４……リセツト信号、P₀
〜P_o……UP／DOWNカウンタ出力信号、７１…
…カウンタ、７２……ラツチ、７３……カウンタ
イネーブル信号、７４……カウンタリセツト信
号、７５……ラツチストローブ信号、S₀〜S_o……
カウンタ出力信号、８１……インバータゲート、
８２，８３……アンドゲート、ω……速度、ω₁
……最高速度指令値、ω_1-1……装置の最高速度、
ω_N……最小速度指令値、ω_c……速度信号、θ…
…位置、θ₀……位置決め指令値、θ_c……基準値、
θd，θd₁，θd₂……減速を開始すべき残りの距離。

Claims

【特許請求の範囲】１動作軸の回転角度を検出する角度検出器と、
この角度検出器から得られる動作軸の回転角度お
よび回転速度と、モータに与えられた位置決め指
令値とに応じてモータを所定の位置に位置決め制
御する方法において、位置決め指定値が与えられた後の起動から停止
までの制御行程に、加速時に加速度を検出し、そ
の後最大速度で定速運転する第１の制御領域と、
減速開始時点から停止位置までの距離、モータの
発生トルク、および前記で求めた加速度情報で決
定される所定の減速パターンに従つて減速運転さ
れる第２の制御領域と、この減速パターンの最小
速度指令値ω_Nに達した時点から停止指令位置θ
近傍までの第３の制御領域と、第３の制御領域と停止位置θ₁までの間の第４の
制御領域と、位置決め指令値によつて指令された
停止位置にそのモータをモータ固有のコギングト
ルクに打ち勝つ電流を与えて保持する第５の制御
領域とを連続して設け、前記第３の制御領域では
ゲインを徐々に下げて運転制御すると共に、前記
第４の制御領域では、 S_oをモータに与える積分項、 S_o-1を前回の積分項、 δを加速度に応じて決定される積分定数（起動から停止までの間は一定の値を保持する）、 D_tをモータに付与する電圧のデユーテイ、 θを位置決め指令値と実際のモータの位置まで
の距離、とするとき、 S_o＝S_o-1＋δ で与えられる積分項S_o、および前記位置決め指令
位置から実際のモータの位置までの距離θに比例
し、デユーテイD_t＝S_o＋θ で与えられる電圧をモータに印加して運転するも
のであることを特徴とするモータの位置制御方
法。