JPH06178571A

JPH06178571A - 搬送用リニアモータのアクセス制御装置

Info

Publication number: JPH06178571A
Application number: JP4331383A
Authority: JP
Inventors: Harushige Nakagaki; 春重中垣; Junji Shiokawa; 淳司塩川; Hiromi Tanaka; 大幹田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-06-24

Abstract

(57)【要約】【目的】速度制御を掛けながら目標位置をアクセスする
リニアモータのアクセス制御装置において、駆動回路の
電源電圧の制約などによってモータの立ち上げ速度が制
約を受けるような場合でも、アクセスの高速化が可能な
制御装置を提供する。【構成】正規のアクセス指令入力に対してオフセット入
力重畳手段１０により固定のオフセットを重畳し、正規
の目標位置よりも固定距離だけ遠い位置をアクセスする
ように系の動作を開始させる。次いで、正規のアクセス
目標位置よりも固定距離手前を検出する位置検出手段１
４の制御信号により、オフセット入力を除去すると同時
に利得切換手段１５により速度制御系の利得を低めるよ
う切替え制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、搬送用リニアモータの
アクセス制御装置に係り、特にアクセス時間を短縮する
のに好適な制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近では、リニアモータを用いた搬送シ
ステムが工業用機器、民生用機器分野等において随所に
広く用いられている。

【０００３】図５は、従来のリニアモータのアクセス制
御に用いられている一般的なサーボ系のブロック構成を
示したものである。同図において１はアクセス指令入力
と位置検出器９の出力（光エンコーダ等を用い、パルス
数をカウントして位置を検出）を比較する比較器、２は
比較器１の出力を電圧に変換する位置誤差−電圧変換
器、３は２の出力とリニアモータの速度検出器８の検出
出力を比較しリニアモータ駆動用の制御信号を発生する
比較器、４はリニアモータの推力定数、５はリニアモー
タの負荷重量、６及び７はそれぞれ積分器を示す。

【０００４】図５の装置は、アクセス指令入力として距
離を位置検出用のエンコーダパルス数に換算した数値Ｎ
₀として与え、速度検出器８のル−プで速度ダンピング
を掛けながら位置検出器９からの総検出パルス数が
Ｎ₀、即ちリニアモータの移動距離が所要の目標値とな
るようフィ−ドバック制御するものである。この系の伝
達関数(指令入力パルスＮ₀に対するリニアモータの移動
距離ｘの応答特性)Ｈ(Ｓ)を数１に、また数１より求め
た系のステップ応答を図６に示した。

【０００５】

【数１】

【０００６】図６の(ａ)は速度ｖ、(ｂ)は移動距離ｘの
応答特性であり、両図とも横軸はｗ_nｔで正規化して表
してある。アクセス開始と同時にリニアモータは最大の
位置誤差信号で加速され、速度の上昇に伴って速度検出
信号が上昇してくるとダンピングが始まり速度の応答は
緩やかなものとなる。速度の傾斜が正から負に変わる変
化点は、図５中に示した位置誤差信号ΔＶｐと速度検出
信号ΔＶｖが等しくなる時点である。

【０００７】移動距離ｘは速度ｖを積分したものである
が、ダンピング係数ζが大きい程、速度制御系が強く作
用して速度の減速開始が早まるため、最大速度は低下、
特性自体も緩やかなものとなってアクセスの収束時間は
延びる方向にあるものの、系は必ず自動的に収束すると
いう特徴を有している。因に、ζを略１に設定したとき
移動距離ｘが目標値に対して１エンコーダの範囲内に到
達する理論上のｗ_nｔ値は略１７である。即ち、例えば
リニアモータのアクセス精度を１エンコーダ分解能以
内、アクセス時間を０.２sec の目標に定めたならばｗ_n
値は８５であり、この値を基準に数１より各パラメータ
を設定すれば良く、設計の簡便さも兼ね備えた制御装置
でもある。

【０００８】なお、この種の関連する公知例としては特
開平１−３２０６４７、特開平２−１７９９７５などが
挙げられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５の
アクセス制御装置では、前記のように理論上１エンコー
ダ分解能以内を０.２secでアクセスするように系を設計
したとしても、実際のアクセス時間は０.２secを超えて
しまうという欠点がある。

【００１０】以下、この点について説明する。

【００１１】具体例として、推力定数６.４N/V、重量３
０Kgの負荷を担ったリニアモータで距離２０ｍｍを０.
２secでアクセスするものとし、エンコーダ分解能は１
μｍ、アクセス時間の０.２secはエンコーダ分解能１μ
ｍ以内の収束時間とする。この仕様における図５で示し
た各伝達要素の具体設計値は表１である。

【００１２】

【表１】

【００１３】図７は、表１のパラメータ設計を行った場
合の系のステップ応答の解析結果である。同図にて(ａ)
は速度ｖ、(ｂ)は移動距離ｘ、(ｃ)は制御電圧ΔＶｐ、Δ
Ｖｖ、ΔＶｃの応答を示す。（ａ）、（ｂ）図とも破線
で示したカ−ブがアクセス時間０．２secを実現する理
想特性である。速度ｖの最大値は約０.５５ｍ／ｓに達
し、移動距離ｘがアクセス目標距離２０ｍｍに対しエン
コーダ１分解能の１μｍ以内に収束する時間は、（ｂ）
から読み取ることは困難であるが、計算上は約０.２sec
である。

【００１４】しかしながら、実際の系で速度ｖ、移動距
離ｘを破線の特性のような理論的な応答特性とすること
は困難である。この理由は、速度が破線の応答をするた
めにはリニアモータの加速度は約１５Ｇ（約１４７m/
s²）、発生推力としては約４４００Ｎが必要となり、使
用モータの推力定数６.４Ｎ/Ｖを考慮するとモータ駆動
回路の所要電源電圧は約６９０Ｖにも及び、現実性を伴
わない高電源なってしまうためである。結局のところ
は、モータ駆動回路に使用される集積回路などの電圧使
用範囲、装置の経済性などを考慮すれば電源電圧として
は５０Ｖ前後の設定が妥当な値であり、これによりモー
タの加速度には自ずと制約が生じ破線の特性のような急
激な速度の立ち上げを得ることはできない。

【００１５】図７中の実線のカーブは、モータ駆動回路
の電源電圧を４６Ｖに設定した場合の速度、移動距離の
応答である。電源電圧を４６Ｖの設定によりモータの最
大発生推力は約２９４Ｎ、発生加速度は約１Ｇ（９.８m
/s²）であり、アクセス開始後モータ速度は加速度約１
Ｇでしか上昇し得ず、これに応じ移動距離の応答も破線
の理想特性に比べて緩やかなものとなる。（ｃ）図は各
部制御電圧の応答であるが、アクセス開始後（ａ）図の
モータ速度上昇により速度検出器８からは直線的に増加
する検出信号ΔＶｖが出力される一方、（ｂ）図の移動
距離変化に応じて位置誤差−電圧変換器２からは時間の
経過と共に減少する検出信号ΔＶｐが出力され、ΔＶｖ
とΔＶｐの両者は時間の経過と共に漸近する方向に応答
する。そして比較増幅器３（利得は４７倍）で出力され
る両者の差ΔＶｃがモータ駆動回路の電源電圧４６Ｖ，
即ち比較増幅器３の入力換算差である約１Ｖ以内になっ
た時点からはサーボ系が能動状態となるため本来設計し
た系の応答が始まり，モータ速度のダンピングが始ま
る。（ｃ）図のΔＶｃは比較増幅器３の入力換算差で表
現したものであるが、ΔＶｃが約１Ｖとなる時間Ｔ₀は
約０.０３９secである。以上、図５のアクセス制御装
置を用いた具体設計例について説明した。

【００１６】図７（ｂ）の応答特性より類推されるよう
に、破線の理論特性によるアクセス時間に対して実線の
実制御によるアクセス時間は長くなり、厳密には１エン
コーダ分解能である１μｍ以内の収束時間で比べると理
論特性の約０.２secに対し実制御では約０.２５secに延
びてしまう。

【００１７】本発明の目的は、上記問題点を解決し、図
７の実線の応答特性のように電源電圧の制約などによっ
てモータ立ち上げ速度が制約を受けた場合でも、破線で
示した理論応答と同等なアクセス時間を得ることが可能
なアクセス制御装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、正規のアクセス指令入力に対して固定
のオフセット入力を重畳、或は位置誤差−電圧変換器の
出力に固定のオフセット電圧を重畳して、先ず正規のア
クセス位置よりも固定距離だけ遠い位置をアクセスする
ように系を動作させる。次いで、正規のアクセス目標位
置よりも固定距離だけ手前の位置を検出する位置検出手
段により、目標値の固定距離手前に到達した時点で上記
のオフセット入力、、或はオフセット電圧を除去すると
同時に、速度制御系の利得を低めるよう切り替え制御す
る構成とした。

【００１９】

【作用】上記オフセット入力、或はオフセット電圧の重
畳による虚偽の過剰なアクセス指令により、速度ダンピ
ングの開始点は遅れ、モータの最大速度が高まってダン
ピング開始以後の移動距離の応答が早くなるよう系は動
作する。即ち、正規のアクセス目標位置迄のアクセス時
間が相対的に短縮される。また、位置検出手段による識
別結果によって、正規のアクセス目標位置の固定距離手
前で上記オフセット入力、或はオフセット電圧が除去さ
れるが、同時に速度制御系の利得も低下するよう制御さ
れるため、オフセット除去に起因する速度の急激な変化
を伴うことなく、系は正規のアクセス目標位置に向かっ
て収束応答する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００２１】図１は、本発明によるリニアモータのアク
セス制御装置の一実施例を示す構成図である。同図にお
いて、１０はオフセット入力重畳手段、１４は正規のア
クセス目標位置の固定距離手前を検出するよう構成され
た位置検出手段、１５は速度制御系の利得切換手段であ
り、その他図５と同一符号を付した部分は同一、もしく
は同等な部分を指し、その動作もまた同一である。

【００２２】先ず、図５で示した従来のアクセス装置と
異なる１０、１４および１５の構成、動作について説明
する。

【００２３】オフセット入力重畳手段１０は、正規のア
クセス指令入力Ｎ₀に対して固定のオフセットΔＮ₀を発
生するオフセット入力源１１、スイッチ１２および加算
器１３より構成され、正規のアクセス指令入力Ｎ₀にΔ
Ｎ₀を重畳して、Ｎ₀＋ΔＮ₀のアクセス指令を出力する
よう動作する。例えば、既述のように位置検出用のエン
コーダ分解能が１μｍの場合、２０ｍｍの距離をアクセ
スする場合のアクセス指令入力のＮ₀は２０×１０³なる
値が入力されるが、これに対しΔＮ₀は２０００なる値に
設定され、Ｎ₀＋ΔＮ₀として２２×１０³を出力するよ
う動作する。またスイッチ１２は、位置検出手段１４か
らの制御信号Ｅｓによって制御されＥｓが“Ｌ”の時に
ＯＮ、Ｅｓが“Ｈ”の時にＯＦＦとなるよう作動する。

【００２４】位置検出手段１４は、アクセス開始後のモ
ータの移動距離ｘを監視して正規のアクセス目標位置の
固定距離手前を検出するよう構成されており、正規のア
クセス目標位置の固定距離手前を検出した時点で“Ｌ”
から“Ｈ”に反転する制御信号Ｅｓを出力し、Ｅｓによ
りオフセット入力重畳手段１０および利得切換手段１５
を制御するよう動作する。正規のアクセス目標位置の固
定距離手前の時点とは、アクセス目標位置が上記の２０
ｍｍ（アクセス指令入力Ｎ₀＝２０×１０³）の場合、例
えば１８ｍｍ（位置エンコダのカウント数＝１８×１０
³）等に設定されるものである。

【００２５】利得切換手段１５は、位置検出手段１４か
らの制御信号Ｅｓにより、Ｅｓが“Ｌ”から“Ｈ”に反
転した時点で利得が低下するように働く。図２はその具
体構成例を示したものであり、同図にて１６は減衰器、
１７は切替えスイッチである。切替えスイッチ１７は、
制御信号Ｅｓが“Ｌ”の時には接点がＡ側に、またＥｓ
が“Ｈ”の時にはＢ側に閉じるように構成されており、
従って位置検出手段１４により正規のアクセス目標位置
の固定距離手前が検出されるまでは利得は高く（利得＝
１）、正規のアクセス目標位置の固定距離手前が検出さ
れた以後は利得は低く（利得＝１/ｋ）動作する。

【００２６】以下、係る構成による全体動作について図
３を参照しながら説明する。

【００２７】ここでは、図７で示した従来のアクセス装
置の具体設計例と同一条件の基に、本発明を適用した場
合の系の応答について説明をする。即ち、サーボ系の各
伝達要素は表１の設定で、距離２０ｍｍを０.２sec（エ
ンコーダ分解能１μｍ以内の収束時間）でアクセスする
ものとし、オフセット入力重畳手段１０による重畳オフ
セットΔＮ₀値は２０００（距離換算２ｍｍ）、位置検
出手段１４による移動距離検出点は目標値の２ｍｍ手前
の１８ｍｍ（位置エンコダのカウント数＝１８×１
０³）、利得切換手段１５の減衰器１６の利得は０.９
（ｋ＝１.１）に設定した場合の動作を説明する。な
お、図３の特性で実線のカーブが本発明の場合、破線の
カーブは図７で示した従来装置の場合のものであり、比
較のために併記した。

【００２８】アクセス開始指令としてＮ₀=２０×１０³
が入力されると、オフセット入力重畳手段１０よりオフ
セットΔＮ₀=２０００が重畳され、比較器１には２２×
１０³の位置誤差信号が加わる。この時、速度、移動距
離はゼロのためモータは最大の制御信号ΔＶｃで加速を
始めるが、モータ駆動回路の電源電圧は４６Ｖで発生推
力は約２９４Ｎに制約されるため、モータ速度は加速度
約１Ｇ（９.８m/s）で上昇を始める。この動作は、図７
で示した従来のアクセス装置と変わりはなく、従って図
３(ａ)、(ｂ)の速度ｖ、移動距離ｘの応答に差はなく、
また(ｃ)図のように速度検出器８および利得切換手段１
５を介した速度検出信号ΔＶｖも同じである。

【００２９】しかしながら、位置誤差−電圧変換器２よ
り出力される制御信号ΔＶｐは図７で示した従来のアク
セス装置の場合に比べ高くなる。これは、移動距離特性
は同じでもオフセット入力重畳手段１０により重畳され
たオフセット距離２ｍｍ(ΔＮ₀=２０００)に相当する分
が上積みされて動作するからである。これに応じ比較増
幅器３より出力される制御信号ΔＶｃ(比較増幅器３の
入力換算値で表現)も図７で示した従来のアクセス装置
の場合に比べ高い状態で変化する。

【００３０】次いで、モータ速度の上昇によりΔＶｖと
ΔＶｐが漸近し、その差が約１Ｖ以内(比較増幅器３の
出力は約４７Ｖ)となった時点Ｔｏ以後では、サーボ系
が能動状態となるため本来のサーボ制御が始まる。この
場合のＴｏは、ΔＶｖとΔＶｐの交差点が時間軸上右方
向にシフトするため、図７で示した従来のアクセス装置
の場合の０.０３９secより遅れ約０.０４２secである。
アクセス目標位置にオフセットを持たせたことにより、
速度サーボ、即ち速度ダンピングの開始点は遅れ、しか
も２ｍｍのオフセットを含んだ２２ｍｍなる虚偽の大き
な目標位置へ向けてアクセスが始まるため、速度は実線
のように従来装置より上昇し、移動距離の応答も実線の
ように従来装置（破線と特性）より早くなるよう動作す
る。

【００３１】次いで、モータの走行により移動距離が本
来のアクセス目標である２０ｍｍの２ｍｍ手前、即ち１
８ｍｍの位置に到達するＴｓ時点(計算上約０.０７sec)
では、位置検出手段１４の制御信号Ｅｓは“Ｌ”から
“Ｈ”に反転し、これによりオフセット入力重畳手段の
スイッチ１２は開放、利得切換手段の切替えスイッチ１
７の接点はＡ側からＢ側に切り替わる。即ち、Ｔｓ時点
で初期に重畳したオフセットが除去されると同時に速度
制御系の利得が低い値に切り替わる。これにより、時刻
Ｔｓ以後では本来のアクセス目標距離２０ｍｍに対して
の残り距離である２ｍｍをアクセスする収束応答に移行
するが、速度制御系の利得も低下させるためオフセット
除去に起因する速度の急激な変化を伴うことなく速度、
移動距離の応答は緩やかなものとなる。

【００３２】以上、図１の実施例について説明した。図
３(ｂ)の応答特性からも類推されるように本実施例によ
るアクセス時間は図７の従来アクセス装置に比べて早
く、計算上約０.１９sec(エンコーダ分解能である１μ
ｍ以内の収束時間)であり、既述の理論特性によるアク
セス時間約０.２secとほぼ同等な性能を得ることが出来
る。

【００３３】図４は、本発明によるリニアモータのアク
セス制御装置の他の実施例を示す構成図である。同図に
て、１８はオフセット電圧供給源１９、スイッチ２０お
よび加算器２１より成るオフセット電圧重畳手段であ
り、その他図５および図１と同一符号を付した部分は同
一、もしくは同等な部分を指し、その動作もまた同一で
ある。

【００３４】図４は、図１の実施例のようにアクセス指
令入力Ｎ₀に対してオフセットΔＮ₀を重畳するのに変え
て、位置誤差−電圧変換器２の出力端で図１のΔＮ₀に
相当する数値のオフセットを電圧として重畳するもので
ある。スイッチ２０は図１の実施例のスイッチ１２と同
様、位置検出手段１４の制御信号Ｅｓで制御され、Ｅｓ
が“Ｌ”の時にはＯＮ、“Ｈ”の時にはＯＦＦするよう
動作する。従って、図１の実施例の場合のΔＮ₀＝２０
００なるオフセットに相当する電圧は、表１に示したＧ
ｐ値を考慮すると１.４６６Ｖであるため、オフセット
電圧供給源１９の電圧値を１.４６６Ｖに設定すること
により、図１の実施例と全く同様な制御を行わせること
が出来、その応答特性は図３で示したものと同一とな
る。

【００３５】以上、本発明の実施例について説明した。
図１および図４では、正規のアクセス目標位置の固定距
離手前を検出するために専用の位置検出手段１４を設け
る構成としたが、これは特に限定されるものではなく、
例えばサーボ用の位置検出器９にこの機能を持たせる構
成としても良い。また、利得切換手段１５も専用に設け
る構成を示したが、これも限定されるものではなく、例
えばサーボ用の速度検出器８がデイジタル回路で構成さ
れるものにあっては、これに利得切換機能を持たせるこ
とは容易である。更に、アクセス指令入力部と位置検出
器出力との誤差を検出する比較部が、例えばマイクロプ
ロセッサ等で構成されるような場合にあっては、オフセ
ットの重畳および除去の制御をソフト処理で行うことも
可能であり、本発明の要旨を変えない範囲で種々変形可
能は容易である。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、オフ
セット入力、或はオフセット電圧の重畳による虚偽の過
剰なアクセス指令により速度制御の開始点が遅れ、モー
タの最大速度が高まって速度制御開始以後の移動距離の
応答が早くなるよう系が動作する。これにより、アクセ
ス時間は早くなり、例えば２０ｍｍをアクセスする場合
では、従来アクセス装置で約０.２５sec(エンコーダ分
解能である１μｍ以内の収束時間)であったものを約０.
１９secに高速化でき、既述の理論特性によるアクセス
時間約０.２secとほぼ同等な性能を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】図１の利得切換手段の具体構成図である。

【図３】図１の実施例の速度、移動距離、各部制御電圧
の応答特性図である。

【図４】本発明の他の一実施例を示す構成図である。

【図５】従来のリニアモータのアクセス制御装置を示す
構成図である。

【図６】図５の装置の速度、移動距離の理論応答特性図
である。

【図７】図５の装置の実制御における速度、移動距離、
制御電圧の応答特性図である。

【符号の説明】

８…速度検出器、９…位置検出器、１０…オフセット入力重畳手段、１４…位置検出手段、１５…利得切換手段、１８…オフセット電圧重畳手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】搬送用リニアモータ装置にあって、光エン
コーダなどで構成され上記リニアモータの位置を検出す
る位置検出器、および上記リニアモータの走行速度を検
出する速度検出器を備え、アクセス指令入力と上記位置
検出器出力を第１の比較器で比較して位置誤差を検出
し、この位置誤差を制御増幅器を介した後に第２の比較
器により上記速度検出器出力と比較して上記リニアモー
タの制御信号を得るように構成された搬送用リニアモー
タのアクセス制御装置において、上記位置誤差にオフセットを重畳するオフセット重畳手
段、上記アクセス指令入力に対応するアクセス目標位置
よりも固定距離手前の位置を検出する位置検出手段、上
記速度検出器出力の利得を切り替える利得切換手段を具
備し、アクセス開始時に上記オフセット重畳手段により
位置誤差にオフセットを重畳すると共に、上記リニアモ
ータの走行によりアクセス位置が目標位置よりも固定距
離手前に到達した時点で上記位置検出手段の制御信号に
より上記オフセット重畳手段による重畳オフセットを除
去すると同時に、上記利得切換手段の利得を下げるよう
に制御したことを特徴とする搬送用リニアモータのアク
セス制御装置。
【請求項２】上記オフセット重畳手段を、上記アクセス
指令入力対し固定のオフセット指令入力を重畳するオフ
セット入力重畳手段で構成したことを特徴とする請求項
１記載の搬送用リニアモータのアクセス制御装置。
【請求項３】上記オフセット重畳手段を、上記制御増幅
器出力にオフセット電圧を重畳するオフセット電圧重畳
手段で構成したことを特徴とする請求項１記載の搬送用
リニアモータのアクセス制御装置。