JPH0793832B2 - モータの位置制御方法 - Google Patents

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、かつモータに
係る電動機を、所定の動作回転数で駆動するために、ス
イッ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、任意の角度をステツプ的に駆動する装置として
は、ステツプモートルあるいはクラツチ付き電動機（ク
ラツチモートル）が知られている。

上記のうち、ステツプモートルは、オープン制御でステ
ツプ送りが可能な長所を有するが、大きなトルクの必要
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、クラツチモートルは、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、クラツチモートルは、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。

これにたいし、直流モートルの軸に、回転角度を検出す
るエンコーダを装着した、エンコーダ付直流モートルを
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。

しかし、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。

なお、本発明の先行技術として、特開昭54−79374号お
よび特開昭54−89171号公報がある。

そして、特開昭54−79374号公報に示されている発明
は、その明細書および図面全体の記載からして、モータ
を駆動し、負荷を一定の正の加速度で加速し、次に定速
度で動かし、そして前記加速度と同じ大きさの不の加速
度で減速して負荷を所望位置へ位置決めするいわゆる台
形速度制御による位置決め制御方法において、負荷の移
動量に対しモータに上れる実効入力電流を最大値で一定
にすることにより、負荷を短時間で駆動せしめるという
ものでる。

また、特開昭54−89171号公報には、制御対象の移送時
における減速方式、さらに具体的には、減速タイミング
の決定方式に関する技術が開示されているが、同公報に
示されている発明は、その明細書および図面全体の記載
からして、パルスモータの加速途中で減速指令を出す場
合、すなわち制御対象の移動量が小さい場合に、その減
速タイミングを加速のみで算出することにより、制御シ
ステムとして除算機構を具備していないマイクロコンピ
ュータを使用する場合に、除算のためのプログラムを不
要とするというものである。

しかしながら、前掲各公報にあっては、下記する本発明
のごとく、位置決め制御のときに、電源電圧の変化、あ
るいは温度によるモータ特性の変化、さらに負荷変動に
対して常にハンチングの少ない位置決め制御をおこなう
点について認識しておらず、これらの問題を生じた場合
には、高精度に位置制御をおこなうことができないとい
う未解決の問題を内在している。

ところで、特開昭48−2010号公報には、モータの摩擦ト
ルクおよびモータの内部インピーダンスドロップを考慮
した位置制御に関する技術が開示されている。

また、特開昭53−102578号公報には、運搬機の走行慣性
変動を考慮した位置制御に関する技術が開示されてい
る。

しかし、前掲特開昭48−2010号および特開昭53−102578
号では、減速開始点から目標位置までの残りの距離θｄ
求めるのに後述する本発明のように、 ここで、 ω₁:指令速度 α₁:加速度 という具体的構成要件は採用しておらず、特に、特開昭
53−102578号では、加速データを基に減速パターンを算
出し、とあり、加速度データを基に減速パターンを算出
するものではなく、膨大な量の加速データをプロットし
なければならない。

また、前掲特開昭48−2010号および特開昭53−102578号
では、前記残りの距離θｄから目標位置までの減速制御
に、これまた後述する本発明のように、予めROMあるい
はRAMに記憶されている複数の減速パターンより、測定
加速度の速度パターンに最も近い１つのパターンを選び
出し、そのパターンを速度指令値として実速度がこれに
合うように速度制御をおこなって減速せしめる構成要件
は採用していない。

これに対し、本発明で減速パターンは、位置に対する速
度指令として予めメモリに記憶されているため、減速パ
ターンを計算して得る場合に比べて短時間のうちに多量
の情報を取り出すことができ、高分解能の位置制御をお
こなうことができる。

なお、特開昭54−49706号公報には、減速パターンを複
数種類記憶しておき、必要に応じて最適な減速パターン
を選択する技術が開示されている。

しかし、前掲特開昭54−49706号公報に記載の技術は、
交通システムにおける複数車輌の減速パターンを記憶し
ておき、必要に応じて最適な減速パターンを選択すると
いうものであり、１つの目標停止位置に対しては１つの
減速パターンしか有しておらず、１つの目標停止位置に
対して複数の減速パターンを有し、その中から最適な減
速パターンを選択する、後述する本発明とは相違してい
る。

また、特開昭52−72077号公報にも減速パターンを記憶
する技術が開示されているが、同号の場合、加速，定
速，減速に関する位置および速度に対応する速度設定値
群の全てをメモリに記憶させておく必要があり、後述す
る本発明方法と具体的構成要件が全く異なり、また減速
パターンのみをメモリに記憶させておく本発明に比べて
大容量のメモリを必要とする。本発明は、 （ａ）位置決め制御のときに、電源電圧の変化、あるい
は温度によるモータ特性の変化、さらには負荷変動に対
して、常にハンチングが少なく、 しかも （ｂ）減速を開始すべき残りの距離を、指令速度と加速
度とから、絶対位置として直接求めることができ、した
がって適用製品が変わって指令速度および加速度が変更
しても、これに簡単に対応することができ、 加えて （ｃ）メモリには減速パターンのみを記憶させておけば
よく、大容量のメモリを必要としない 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、動作軸に位置を測定するエンコーダを有す
るモータを、任意の位置決め指令値によって目標位置に
位置決め制御するモータの位置制御方法において、前記
モータで駆動させる装置に基づいて決められ、外部より
指令される装置の指令速度ω_１と、起動毎にモータ電流
が所定値を保つように速度制御をおこない、そのときの
単位時間あたりの速度変動あるいは単位速度に達する時
間から加速度α_１を測定し、指令速度ω_１と加速度α_１
により求められる減速を開始すべき点から前記目標位置
までの残りの距離θｄを で計算するとともに、前記残りの距離θｄから目標位置
までを、予めROMあるいはRAMに記憶されている複数の減
速パターンより、前記測定加速度の速度パターンに最も
近い１つのパターンを選び出し、そのパターンを速度指
令値として実速度がこれに合うように速度制御をおこな
って減速せしめることにより達成される。

ここで、本発明に係る実施例を説明する前に、まず、本
発明に係るもの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。

順序として、動作軸に位置を測定するエンコーダを有す
るモータにおける、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θ_０（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トルではモータ軸
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が多いと、位置決め制御のときに選択で
きる送り角度が分解能（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θ_０（rad）を前記のパルス数Ｐ
で表わした位置決め指令値θ_0p（パルス）は、次のよう
になる。

θ_0p＝θ_０×（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は定数、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の永久磁石により、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ーテイをD_tとし、
電源電圧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は定数、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、また、（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。

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、モータトルク
と負荷トルクが同一方向となるので次式で示される。

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、最大制御電圧E_mとしたときのモータ回転数、
すなわち速度ω_ｍ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、モータの出しうる最高回転数
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、それにともな
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α_２は、次式で示される。

α_１＝（T_M−T_L）／（J_M−J_L）＝T₁/J …（10） α_２＝（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。

上述したところをも参照して、いま、位置決め制御の方
法として、到達すべき距離にたいし、モータの速度を制
御することとして、これを次に述べる。

位置θを速度ω（rad/sec）で示すと、以下のようにな
る。

すなわち、位置θは、速度の積分値である。

尚、位置θは回転体では角度（rad）に相当する。

ここで、到達すべき位置決め指令値θ_０に至るモータ動
作は、モータ速度指令値ω_１（rad/sec）まで加速し、
この速度ω_１での定速運転をしたのちに、所定の減速を
開始すべき位置θ_Ｂに達したかどうかを判定し、この位
置θ_Ｂに達していれば速度ω_１から減速する。

この様子を示すものが第１図のモータ減速状態説明図で
ある。

すなわち、第１図の（ａ）はモータの速度ω、（ｂ）は
モータ電流I_M、（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、このモータで駆動されるべき装置の
違い、あるいは制御回路に印加される電圧の違いにより
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はモータ指令速度ω_１に加速
する時間である。時間t₁経過するとモータは、加速終了
位置θ_Ａに達し、加速を終了し、以後指令速度ω_１で定
速運転される。t₂は速度ω_１から減速する時間、t₃は速
度ω_１で定速運転する時間である。

また、第１図の（ｂ）は、モータ電流I_Mを示したもので
あり、加速時と減速時に、その値がほぼ等しく、向きは
反対となつている。そして、速度ω_１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図の（ｃ）において、位置決め指令値θ_０
に達するとき、位置θが、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。

モータが減速開始位置θ_Ｂに達したときから減速を開始
するのであるが、負荷状態に減速特性を一致させれば実
線のようにスムーズに停止する。

これにたいし、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、加速時および減速時の加速度およ
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、たと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源電圧の違いなどにより、
さきの（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、モータ指令速度ω_１に達したのち定速運転を行
ない、減速開始位置θ_Ｂに達したとき減速を開始する。
速度が零になつた時点t₄で、位置θは、位置決め指令値
（目標位置）θ_０よりΔθ_１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、減速時に進む距離が、減速すべき距離（θ_０−
θ_Ｂ）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Δθ_１を零にすべ
く、何回かハンチングしながら制御系のダンピング作用
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、減速開始位置θ_Ｂを
目標位置θ_０から逆算して求めることにある。

すなわち、これを詳述すると、さきの（10），（11）式
より、減速度α_２と加速度α_１との関係は次のように表
わせる。

a₂＝〔（T_M＋T_L）／（T_M−T_L）〕×α_１ …（13） これにより、目標位置θ_０からさきの減速開始位置θ_Ｂ
までの距離θ_ｄは次のようにして決まる。

θ_ｄ＝（1/2）×ω_１×（ω₁/α_２） ＝1/2×（T_M−T_L/T_M＋T_L）×ω₁ ²/α_１ ＝（1/2）×K_ad×（ω₁ ²/α_１） …（14） ここで、K_adは、（T_M−T_L）／（T_M＋T_L）で、係数であ
る。

このようにすると、加速度α_１は、前述したモータの電
流I_M,磁束φ，電流電圧E_dc,デユーテイD_t,モータの電機
子抵抗R_aおよび配線抵抗R_x、モータおよび負荷の慣性モ
ーメントJ_MおよびJ_Lの影響を考慮しているために、任意
の角度をステツプ的に送る動作における減速度α_２を、
その都度、計算することができる。

これにより、前記距離に係るθ_ｄを、その都度、計算し
ているために、起動する毎に、さきの第１図に示す実線
の場合のような、ハンチングのないスムーズな停止動作
が期待でき第１図に示す一点鎖線の場合は、第２図に示
す実線のように改良される。

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
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に近いと
いう条件で、減速度α_２、および前記距離θ_ｄは、次の
ようにして求まる。

α_２＝α_１ …（15） θ_ｄ＝（1/2）×（ω₁ ²/α_１） …（16） すなわち、改良された値である第２図に示す式（16）式
で計算された距離θ_d2は、第１図に示した改良前の距離
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、制御回路の最大電流容量に一致させ
るのが望ましい。

次に、加速度の測定法として、単位時間での速度変化量
を測定する方法と、単位速度変化量に要する時間を測定
する方法とがある。

第３図は、その単位時間で速度変化量を検出する方法を
示したものである。

すなわち、単位時間t_uでの速度変化量ω_ｕを測定する
と、さきの加速度α_１は、次の式で求まる。

α_１＝ω_u/t_u …（17） 第４図に示す、速度ωと時間との関係曲線により、単位
速度変化量に要する時間t₁を測定すると、加速度α
_１は、次式で求めることができる。

a₁＝ω₁/t₁ …（18） 以上のようにして求めた加速度α_１により、減速度α_２
および前記距離θ_ｄは、さきの（15），（16）式より求
まる。

減速度α_２は、位置θにおける速度ωに関連させて制御
する。

第５図の（ａ）および（ｂ）は、減速時の速度ωと前記
距離θ_ｄ（減速領域）を示すものである。

減速開始の時間を零にすると、目標値から減速領域内に
おける所定の位置までの距離θ′と速度ωとの関係は、
以下のようになる。

θ′（ｔ）＝θ_ｄ−〔ω₁t−（1/2）α₂t²〕 …（19） ω（ｔ）＝ω_１−α₂t …（20） （19），（20）式より次のようになる。

（15），（16）式を代入して、減速時の速度指令値ω_Ｎ
とし、このω_Ｎがωと等しいとして、次を得る。

この式から、前記距離θ′と速度ωの関係を示すと第６
図のようになる。

すなわち、前記距離θ′にたいする速度ωが求まつたこ
とになり、このωを速度指令値ω_Ｎとして制御すること
により、減速度α_２を制御したことになる。

そして第６図に示す前記の距離θ′にたいする速度指令
値ω_Ｎを、加速時の加速度から、その都度、求めること
により、負荷の変動などに充分適応して、スムーズに位
置決め制御ができることになる。

以上に詳述したところにより、本発明に係るものにおい
ては、さきに述べたごとき特徴を有するものとしたもの
である。

次に、本発明のモータの位置制御方法に係る実施例を、
各図を参照して説明する。

ここで、第７図は、本発明方法の実施に用いられる位置
制御装置の構成図、第８図は、その回転方向検出回路の
例示図、第９図は、その動作説明図、第10図は、同じく
位置検出回路の例示図、第11図は、その動作説明図、第
12図は、同じく速度検出回路の例示図、第13図は、その
動作説明図、第14図は、同じくドライブ回路の例示図、
第15図は、その動作説明図、第16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17図は、動作説
明フローチヤート図、第18図は、減速パターン選択例示
説明図である。

まず、第７図において、電源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
は、トランジスタ22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３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、ともにマイク
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19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、次のごとくである。

まず、マイクロコンピユータ回路９に、位置指令18と最
高速度指令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
取り込んで演算を行ない、モータ２に与える電圧を決定
す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18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の速度が上がつて、速度信号13が最高速度指令
19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2
0,23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７図に示す各ブロツクを、次に、さらに詳しく
説明する。

第８図に示す回転方向検出回路５で、51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、立上り時のエツヂで動作する
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９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10−２が同10−１より進んでいる場合は、
クロツク信号に係る回転信号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９
図の（イ）のように、クロツク入力である回転信号10−
１の立上り時は、Ｄ入力信号である回転信号10−２が
“0"レベルにあつて、フリツプフロツプ51の出力である
出力端子54からの回転方向信号11は、“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10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_n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として取り出
すものである。

また、ラツチ62のストローブ端子は、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11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6
1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の回転が逆転した場合は、回転方向信
号11が、第11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61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/D
OWNカウンタ61およびラツチ62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12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_n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
部に取り出される。

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13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_nを出力する。

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_nの内容をラツチ72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14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82,83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15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14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、可逆転信号15が“0"
レベル時のみ、デユーテイ信号14が現われ、逆回転出力
17となる。

次に、マイクロコンピュータ回路９は、中央処理装置、
RAM（ランダムアクセスメモリ）、（ROMリードオンリメ
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動作するものである。

この動作のブロツクを示すものが第16図である。

外部装置から、位置指令18,最高速度指令19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。

しかして、コンピユータ９の上記ROM内には、後述する
ごとく、距離にたいする速度指令値に係る減速パターン
の複数を予め記録させた構成になつている。

以上に説明した、位置制御装置に係るものの、位置制御
方法の動作について、第17図のフローチヤートで説明す
る。

始めは、加速運転の部分でプログラムがスタートする
と、外部装置より与えられる位置決め指令値θ_０とモー
タ速度指令値ω_１とを、各々第７図の位置指令，最高速
度指令18,19のところより読込む。

次に、第７図の回転方向信号，位置信号，速度信号11,1
2,13のところより、回転方向信号Rw,位置θに係る信
号，速度ωに係る信号を読み込んで、これらの情報よ
り、速度指令値ω_N,モータに印加する電圧を決めるデユ
ーテイD_t,正逆転信号R₀に係るものを計算させて、それ
ぞれ、第７図のデユーテイ信号，正逆転信号14,15のと
ころに出力する。

また、速度ωに係る信号がモータ速度指令値ω_１に達し
たかどうかを調べ、達していない場合は、元に戻つて、
もう１度デユーテイD_tや正逆転信号R₀を計算し出力す
る。

達していれば、それに要した時間t₁をメモリに記録し、
停止させるための減速を開始する位置に係るθ_ｄを計算
してメモリする。

次に、定速運転に入る。まず、速度ωに係る信号を読み
込み、モータ速度指令値ω_１と比較し、同じであればそ
のまま次に進むが、異なつていれば、デユーテイD_tおよ
び正逆転信号R₀を計算し、新しい値を出力して定速制御
を行う。次に、位置θに係る信号を読み込み、前に計算
した減速を開始する位置θ_ｄに達したかどうかを調べ、
達してない場合は、定速運転を続行し、達していれば、
加速運転時にメモリしたモータ速度指令値ω_１に達する
時間t₁をもとに予め設定されたROM内のいくつかの減速
パターンの中から１つを選択し、この減速パターンに従
つて減速運転を行う。減速運転は、位置θに係る信号を
読み込んで、これに対応した減速パターンを用いて、デ
ユーテイD_tおよび正逆転指令R₀に係るものを計算して出
力する。

次に、位置θに係る信号が停止運転に入れる十分な位置
θ_ｔになつたかどうかを調べ、達してなければ減速運転
をつづけ、達していれば、停止のルーチンに入つて停止
させる。

この停止のルーチンは、ハンチングが生じなくて停止で
きる程度の小さな位置θ_ｔである。

第18図は、減速パターン選択例示説明図である。

すなわち、モータ始動時の位置θにたいする速度ωを測
定し、減速開始位置θ_d1〜θ_d4を計算するとともに、前
もつて記録してある減速パターンＡ〜Ｄより、最も加速
パターンに近い減速パターンを選んで減速するものであ
る。

たとえば、始動時に、図示の（イ）のように立つた場合
は、その立上りの傾斜を検出することにより、減速開始
位置θ_d3を計算し、減速パターンカーブは、これと相似
に係るＢを選んで制御する。また、図示の（ロ）のよう
な立上りの場合は、θ_d1を計算し、Ｄの減速パターンを
選ぶようにするものである。

以上のように、本発明に係る上記実施例によれば、位置
制御において、加速時のデータを元に、停止のための減
速を開始する位置θ_ｄを計算し、ROM内の、減速に一番
適した減速パターンを選んで減速停止できるので、モー
タの特性や負荷の状態が変化しても、常に最適速度を可
能にし、ハンチングのない、スムーズな位置制御を行う
ことができる。

なお、第17図に示すものでは、モータ速度指令値ω_１に
達するまでの時間t₁を求めて、減速を開始する位置θ_ｄ
や減速パターンの選定を行つたものである。しかし、モ
ータ速度指令値ω_１の代りに、そのω_１以下の、ある速
度値に達する途中の時間を測定して、減速を開始する位
置θ_ｄや減速パターンの選定を行つても同様な効果が得
られるものである。

また、加速運転時に、一定速度に係る、ω_１を基準とし
て、経過時間t₁を測定したが、これと逆に、一定時間を
基準として、そのときの速度を測定して、減速を開始す
る位置の計算や減速パターンの選定を行つても同様な効
果が得られる。

以上に述べたところをも総合して、本発明によるとき
は、 （ａ）位置決め制御のときに、電源電圧の変化、あるい
は温度によるモータ特性の変化、さらには負荷変動に対
して、常にハンチングが少なく、 しかも （ｂ）減速を開始すべき残りの距離を、指令速度と加速
度とから、絶対位置として直接求めることができ、した
がって適用製品が変わって指令速度および加速度が変更
しても、これに感嘆に対応することができ、 加えて （ｃ）メモリには減速パターンのみを記憶させておけば
よく、大容量のメモリを必要としない モータの位置制御方法を提供することができるものであ
って、すぐれた実用的効果を奏する発明ということがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ）〜（ｃ）は、モータの減速状態説明図、
第２図の（ａ）〜（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図の（ａ），
（ｂ）は、減速時の速度と時間，位置と時間の関係曲線
図、第６図は、その速度と位置の関係曲線図、第７図
は、本発明方法の実施に用いられる位置制御装置の構成
図、第８図は、その回転方向検出回路の例示図、第９図
は、その動作説明図、第10図は、同じく位置検出回路の
例示図、第11図は、その動作説明図、第12図は、同じく
速度検出回路の例示図、第13図は、その動作説明図、第
14図は、同じくドライブ回路の例示図、第15図は、その
動作説明図、第16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17図は、動作説明フローチヤー
ト図、第18図は、減速パターン選択例示説明図である。 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、10……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……ストローブ信号、64……
リセツト信号、P₀〜P_n……UP/DOWNカウンタ出力信号、7
1……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_n……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、ω_１……モータ速度指令値ω_１−１……装置の最高
速度、ω_Ｎ……速度指令値、ω_Ｃ……速度信号、θ……
位置、θ_０……位置決め指令値、θ_Ｃ……基準値、θ_d,
θ_d1,θ_d2……減速を開始すべき位置から目標位置まで
の距離（角度）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林田 弘 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 森永 茂樹 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石崎 公祥 茨城県日立市東多賀町１丁目１番１号 株 式会社日立製作所多賀工場内 (56)参考文献 特開 昭48−2010（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−102578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−49706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−79374（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−160377（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動作軸に位置を測定するエンコーダを有す
   るモータを、任意の位置決め指令値によって目標位置に
   位置決め制御するモータの位置制御方法において、 前記モータで駆動させる装置に基づいて決められ、外部
   より指令される装置の指令速度ω_１と、起動毎にモータ
   電流が所定値を保つように速度制御をおこない、そのと
   きの単位時間あたりの速度変動あるいは単位速度に達す
   る時間から加速度α_１を測定し、指令速度ω_１と加速度
   α_１により求められる減速を開始すべき点から前記目標
   位置までの残りの距離θｄを で計算するとともに、前記残りの距離θｄから目標位置
   までを、予めROMあるいはRAMに記憶されている複数の減
   速パターンより、前記測定加速度の速度パターンに最も
   近い１つのパターンを選び出し、そのパターンを速度指
   令値として実速度がこれに合うように速度制御をおこな
   って減速せしめるようにしたことを特徴とするモータの
   位置制御方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載において、予め
   設定した単位速度変化に達する時間を計測することによ
   り加速度を計算するようにしたモータの位置制御方法。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載において、予め
   設定した単位時間における速度変化を測定することによ
   り加速度を計算するようにしたモータの位置制御方法。