JPS6010325B2 - サ−ボ制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位置決めサーボ制御方式に関するものである。

周知のよに、位置決めサーボ制御方式においては可動部
材の位置信号と速度信号が必要である。従来、可動部材
の位置信号は可動部材を駆動するサーボモータに直接あ
るいは間接的に接続されたィンダクトシン、フオトセン
サー等の位置検出器により検出しているが、速度信号は
一般に上記位置検出とは８Ｕに設けた速度発電機により
検出する方法が探られていた。この為、ィナーシャ−の
増大による応答の劣化、コスト高などの問題があった。
これを解決する方法として、位置検出器により検出され
た位置信号を微分して速度信号を得る方法が一部で提案
されている。ところで、この方式は位相を異にする２つ
の位置信号を検出し、且つ、これらの位置信号を各々反
転させて合計４つの位置信号を得てそれぞれを微分し、
そのピーク値をゲート信号でサンプリングして速度信号
とするものであるが、上記ゲート信号は位置信号をシユ
ミットして作られるため、２つの位置信号の位相差変動
、振幅変動、中心変動に対して速度信号が変動し、制御
が不安定になるという欠点を有している。更に、この方
式では、可動部材の現在位置と目的位置間の距離を表わ
す位置誤差カゥンタの入力クロツク等に用いられる位置
パルス（即ち、このパルスは可動部材の単位移動量を示
す）も、上記位置信号を定電圧を基準にしてシュミット
して作っているため、速度信号と同様に、電源電圧の変
動、位置信号の変動によって実際位置に対する位置パル
スの検出位置が変動し、やはり制御が不安定になるとい
う欠点を有している。本発明の目的は上記従来技術の欠
点を解決し、電源電圧、位置信号等の変動に左右されな
い速度信号、位置パルスを得て安定したサーボ制御方式
を提供することにある。しかして、本発明の特徴は位置
信号検出器により検出された互いに位相を異にする２つ
の周期的位置信号をそれぞれ微分し、これらの微分信号
を理想全波整流回路により整流し重畳して実速度信号を
得ると共に、上記２つの周期的位置信号の振幅の平均値
を基準信号とし、この基準信号をシュミットバイアスと
して位置パルスを得るものである。

以下、図面により本発明の内容を詳細に説明する。第１
図は本発明の位置決めサーボ制御方式の一実施例のブロ
ック図を示したものである。

第１図において、１０はサーボモータであり、これには
、そのローターの回転にともない互いに竹／２位相の異
なる位置信号を発生するフオトェンコーダ（位置検出器
）１１「モーター０により制御される負荷（可動部材）
２９が直接又は間接的に互いに結合され、モータ１０と
共に同一回転、停止を行なう。動作の開始にあたり、移
動距離指令及び位置誤差計数装置２５は出力指令信号と
して可動部材２９が移動（又は回転）すべき距離と方向
を示す信号、即ち、距離情報と回転方向指示信号を出力
する。このうち距離情報は位置誤差指示信号のイニシャ
ル値として速度指令信号発生器２０に送られ、その内容
によって速度指令信号Ｖｃが決定される。即ち、負荷２
９の所要移動距離が大きい程Ｖｃは大きく、モーター川
ま高速回転を行う。他方、回転方向指示信号は選択回路
２４に送られ、反転増幅器２２の出力信号（Ｖｃ‐十Ｖ
ｗ十）又は反転増幅器２３の出力信号（Ｖｃ十十ＶＷ‐
）のどちらか一方が選択され増幅器２８に送られる。さ
て、モーター０が回転を開始すると、フオトェンコーダ
１１からは負荷２９の単位移動量を示す互いに竹ノ２だ
け位相の異つた２つの周期的微少位置信号が検出される
。この信号は位置信号増幅器１２に送られ、こ）で所定
の振幅に増幅されて位置信号Ａ、位置信号Ｂが得られる
。この２つの信号は鋸歯状波、正弦波あるいはそれに類
似した波形のいずれでもよい。２つの位置信号Ａ，Ｂは
微分器１３，１４で微分されて微分信号Ａ′；ｄ＾／ｄ
ｔ，Ｂ’＝ｄＢ／ｄｔに変換された後、それぞれ全波整
流器１６，１７で整流され、さらに全波整流加算器１８
で加算される。

即ち、この全波整流加算器１８の出力がモータ１０の実
際の速度を表わす速度信号Ｖｗである。他方、前記位置
信号Ａ，Ｂは位置信号振幅平均値検出器１９にも送られ
、その振幅変動を監視して位置信号の振幅変動による速
度信号の変動を相対的にキャンセルするのに利用される
。位置信号振幅平均値検出器１９の出力は速度指令信号
発生器２０の入力となる。更に、位置信号Ｂは位置パル
ス信号発生器１５にも送られ、モータ１０の回転に伴な
い、負荷２９が単位距離移動するごとに位置パルスが出
される。後述する様に、この位置パルス信号発生器１５
は位置信号シュミット回路よりなり、そのバイアスとし
て前記位置信号振幅平均値検出器１９で得られた信号を
使用して、位置信号Ａ，Ｂの振幅が変動しても絶対位置
に対する位置パルスのずれが起こらないようにしている
。上記＆直パルス信号発生器１５の位置パルス出力によ
って、移動距離指令及び位置誤差計数装置２５に内蔵さ
れている周知の位置誤差カウンタの内容が減算されてい
く。

この位置誤差カウンタの出力が位置誤差指示信号として
速度指令信号発生器２０へ与えられ、負荷２９の目的停
止位置と現在位置との距離に応じたレベルの速度指令信
号Ｖｃが作成される。そして、この速度指令信号Ｖｃと
全波整流加算器１８の出力である実速度信号ＶｗがＶｃ
， Ｖｗ加算器２１で加算され、さらに反転増幅回路２
２，２３で２回反転されて選択回路２４へ送られ、いず
れか一方の反転出力が選択されてモータ１０が駆動され
る。モータ１０が回転するにつれて位置誤差カウンタの
内容は減少していき「それにつれて速度指令信号Ｖｃの
レベルも減少し、モータ１０の速度は低下していく。こ
のようにして位置誤差カウンタの内容が零になり、負荷
２９が目的位置に到達すると、移動距離指令及び位置誤
差計数装置２５から目的位置到達指示信号が選択回路２
４へ出力される。これによってＶｃ，Ｖｗは遮断され、
かわりに位置信号及び微分信号加算回路２７を遺して位
置信号Ａと微分信号Ａ′の加算信号が前記選択回路２４
で選択されて増幅器２８に送られ、モータ１０は停止す
る。第５図は第１図の全体的な動作を説明するための主
な信号のタイムチャートで「特にモータが正万向回転す
る場合を示したものである。即ち、モータ１０つまり負
荷２９の正方向回転指示とその移動距離が前記移動距離
指令及び位置誤差計数装置２５から出力され、それに伴
って速度指令信号Ｖｃ＋が増幅器２８に入力され、増幅
された電圧がモータ１０の端子間に印加される。これに
よりモーター０が正方向に回転を始め、同時に位置信号
Ａ，Ｂが出力され、この位置信号を微分整流して得られ
る速度信号Ｖｗ‐も増幅器２８に入力される。これらＶ
ｃ＋とＶｗ‐は互いに極性が逆で、常に相殺するように
働く。ところで、モータ１０のローターイナーシヤ、負
荷ィナーシヤ等の為に、モーター０の回転速度は速度指
令信号Ｖけの変化に直ちに応答できず、ある勾配をもっ
て加減遠していく。最初の加速時においては、Ｖｃ十十
Ｖｗ−〉０であり、モータ電流は負方向に流れ、モータ
１０は加速を続けていく。モータ１０の回転速度がその
位置誤差での設定速度に近づくとＶｃ十十Ｖｗ−〒０と
なり、モータ電流はほゞ零となって定速回転を行なう。
モータ１０の回転により位置誤差カウンタの内容が減少
し、ある位置誤差に達すると速度指令信号Ｖｃ十のレベ
ルは切り換わり減少する。これに対してモータ１０の回
転は即応できないので一時的にＶｃ十十ＶＷ‐く０とな
り、モータ電流は逆方向に流れる。即ち、速度指令信号
Ｖｃ十の減少に伴ってモーター０は減速される。以下同
様の動作を順次繰り返し、負荷２９が目的位置に到達す
ると位置誤差カウンタの内容は零となり、目的位置到達
指示信号が選択回路２４へ出力される。これによってＶ
ｃ十十Ｖｗ−は遮断され、かわりに位置信号Ａとその微
分信号Ａ′が増幅器２８に入力され、モータ１０はダン
ピングを行ないながら停止する。第２図は第１図中の主
要回路の具体的構成例で、第１図と同一部分には同一符
号が付されている。

この第２図の定速時における主な信号波形を第４図に示
す。今、位置信号Ａが微分器１３のコンデンサＣ３１に
入力されると、ｄ＾／ｄｔ≦０の場合はＣ３１と憲多霊
翼王篭申費妻裏の定数で決まる微分波形がコンデンサＣ
３１と抵抗Ｒ３２との接続点‘こ現われ、これが全波整
流器１６の抵抗Ｒ３３，Ｒ３４及び全波整流加算器１８
の抵抗Ｒ３６を通ってＶｃ，Ｖｗ加算器２１に入力され
る。なお「入力が負の時、全波整流器１６のオベアンプ
ＯＰ３７の出力は正になるので、この場合ダイオードＤ
ｉ３５によつてオベアンプＯＰ３７の出力は微分信号と
分離される。−方、ｄ＾／ｄｔと○の場合はＣ３１と亀
鷺叢叢の定数で決まる微分波形がコンデンサＣ３１と抵
抗Ｒ３２との接続点に現われ、これが全波整流器１６で
Ｒ３４／Ｒ３３倍され、抵抗Ｒ３６を通ってＶｃ，ＶＷ
加算器２１に入力される。以上の動作は位置信号８につ
いても同様であり、このようにして位置信号Ａ，Ｂの微
分信号を全波整流加算器１８で加え合せたものがＶｃ，
Ｖｗ加算器２１へ送られる。以上は全波整流回路を採
用した場合であるが、位置信号Ａ，Ｂを反転して合計４
つの位置信号を半波整流しても同機の結果を期待できる
ことは言うまでもない。第２図のブロック１９，２０は
速度指令信号Ｖｃと位置パルス作成用のバイアス電圧を
得る回路部分の具体的構成例である。こ）で位置信号Ａ
，ＢはオベアンプＯＰ４１，ＯＦ４２で反転され、計４
つの位置信号Ａ，Ｂ，Ａ，Ｂの負のピーク値が各々ダイ
オードとコンデンサでサンプリングホールドされる。例
えば、ダイオードＤｉ４３とコンデンサＣ４４が位置信
号Ａを反転して得られた信号Ａのサンプリングホールド
回路に相当する。これら４つの信号を合計すると、オベ
アンプＯＰ４７の出力側には位置信号ＡとＢの振幅の平
均値則ち、ＦＢ２＝ぱ（ＩＡＩ十ＩＢｉ）が得られる。
これを速度指令信号を作成する際の基準信号として使用
することにより、位置信号Ａ，Ｂの振幅が変化したとき
の速度信号の変動を相対的にキャンセルすることができ
る。なお、ダイオードＤｉ２と抵抗ＲＩによって生じる
電圧が抵抗Ｒ２を介してオベアンプＯＰ４７に入力され
ているが、これはダイオードＤｉ４３および他の同様の
３つのダイオードの温度によるドリフトを補償するもの
である。又、ダイオードＤｉ２はダイオードＤｉ４３と
コンデンサＣ４４との接点であるサンプリングホールド
部より負亀源へ接続されているが、これは静止時に於け
るコンデンサＣ４４の放電を防止するものである。他の
サンプリングホールド回路についても同機である。速度
指令信号発生器２０は上記位置信号振幅平均値検出器１
９とＶｃ，Ｖｗ加算器２１との間に並列に接続された複
数個の抵抗とスイッチの回路群から成り、各回路のスイ
ッチのオンオフ制御は移動距離指令及び位置誤差計数装
置２５の位置誤差内容によって決定される。即ち、位置
誤差が大きい場合、選択される抵抗は小さく、速度基準
信号ＦＢ２からＶｃ，Ｖｗ加算器２１へ供給される速度
指令信号電流は大きい。逆に位置誤差が大きうなる程、
大きな抵抗が選択される。こ）で、速度指令信号の一番
小さな回路として抵抗Ｒ４４，Ｒ４７、ダイオードＤｉ
５，Ｄｉ６、ＡＮＤ回路ＩＣ５、ダイオードＤｊ３，Ｄ
ｉ４があるが、これは速度指令信号功換のタイミングと
スイッチ素子の制約によって特に追加された回路である
。ダイオードＤｉ５，Ｄｉ６はＶ，がロー時のＡＮＤ回
路に５のＶ。Ｌをこ）で吸収し、漏れ電流を防止する。
位置信号振幅平均値検出器１９のダイオードＤｊ３，Ｄ
ｉ４はＶ，がハイ時のダイオードＤｉ５，Ｄｉ６の温度
ドリフト補償用である。抵抗Ｒ４４はＶ，が／・ィ時の
ＡＮＤ回路ＩＣ５のｌｏＨを吸収し、この回路での速度
指令信号電流の変動をおさえる役目を有している。以上
の説明でも明らかであるが、速度指令信号発生器２０の
回路はＩＣと抵抗、ダイオードのみでも構成できる。位
置パルス発生器１５は速度基準信号（又は位置信号振幅
平均値）ＦＢ２をバイアスとして、抵抗Ｒ４３、シュミ
ットＩＣＩと抵抗Ｒ４２、シュミットに２とでそれぞれ
位置信号Ｂ，Ｂをシュミットする回路である。

これらの回路は第３図に示すように、コンパレータと抵
抗、インバータＩＣで等価的に構成することが可能であ
り、その機能は前述した如く、位置信号の振幅変動に対
して位置パルスの絶対位置をずらさないことにある。微
分回路２６、位置信号及び微分信号加算回路２７は抵抗
Ｒ９，ＲＩ０，ＲＩ １、コンデンサＣ３２で構成され
、位置信号Ａが抵抗Ｒ９を介して、又、コンデンサ３２
と抵抗器帯養母によってさまる微分信号Ａ′が抵抗ＲＩ
Ｏを介して、それぞれ選択回路２４に送られる。

選択回路２４は、移動距離指令及び位置誤差計数装置２
５の位置誤差内容が零になるまでは反転増幅器２２ある
いは２３の出力を選択し、位置誤差内容が零になり装置
２５から目的位置到達指示信号が出されると位置信号及
び微分信号加算回路２７の出力を選択する。

なお、目的位置到達指示信号の出されるタイミングは第
５図に示されるように完全な目的位置ではなく、厳密な
意味での目的位置より位置信号のｉ／８〜１′４周期手
前である。選択回路２４で選択された信号は増幅器２８
のオベアンプＯＰ２８に入力され増幅されるが、入力値
がある値を越えると抵抗Ｒ１２とダイオードＤｉ７との
接続点の電圧ＶｓはダイオードＤｉ７，Ｄｉ８、抵抗Ｒ
１３で構成される定電圧回路によって一定値に飽和する
。他方、モータ１０と直列にモータ電流検出用抵抗Ｒ１
６が接続され、モータ電流によって電圧Ｖ，が発生する
。ドライバＤＲＶＩの入力インピーダンスは非常に大き
いので等価的に蓋音５、ｖ・＝ｌｘＲ１６とおくこ地で
き・これよりモータ電流・＝器髪叢も６となる。従って
Ｖｓが飽和したときはモータ電流は一定になる。なお「
本実施例に示すように、モータ電流検出用抵抗Ｒ１６の
一端を接地し、他端より電流値を検出する方式は、ドラ
イバＤＲＶＩがＴ型の場合に適用されるが、ＤＲＶＩが
Ｈ型の場合でも、モータ１０と直列に接続されたモータ
電流検出用抵抗の両端子間電圧を検出することによって
、同様の電流帰還が可能である。従来の定電流回路には
オベアンプの帰還抵抗と並列にッェナーダィオードを接
続したものがあるが、この方式では入力信号に対してッ
ェナーダイオードの動作抵抗が変化し、完全な飽和電圧
を得るのは難かしい。以上の説明から明らかな如く、本
発明によれば、２つの位置信号の位相差変動、振幅変動
、中心変動に対しても安定した精度の高いサーボ制御が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体ブロック図、第２図は
第１図における主要部分の具体的構成例を示す図、第３
図は位置パルス信号発生器１５の他の実施例で等価回路
を示す図「第４図はモータ定速回転時の主要信号波形図
、第５図は第１図の全体的な動作を説明するための主要
信号波形図である。 １０……モータ、１１……フオトエンコーダ（位置信号
検出器）、１２・・・・・・位置信号増幅器、１３，１
４…・・・微分器、１５・・・・・・位置パルス信号発
生器、１６，１７・・・・・・全波整流器、１８・・・
・・・全波整流加算器、１９・・・・・・位置信号振幅
平均値検出器、２０……速度指令信号発生器、２１……
Ｖｃ， Ｖｗ加算器、２２・・・・・・反転増幅器、２
３・・・・・・反転増幅器、２４・…・・選択回路、２
６・・・・・・移動距離指令及び位置誤差計数装置、２
６…・・・微分回路、２７・・…・位置信号及び微分信
号加算回路、２８・・・…増幅器、２９・・・・・・負
荷。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可動部材を駆動するモータと、前記モータの回転軸
   に直接又は間接的に結ばれ、前記モータの回転に応じて
   互いにπ／２の位相差を持つ２つの周期的位置信号を発
   生する手段と、前記２つの位置信号をそれぞれ微分した
   信号を得る手段と、前記微分信号をそれぞれ整流して重
   畳し、前記モータの実速度信号を得る手段と、前記２つ
   の位置信号の振幅の平均値を表わす信号を得る手段と、
   前記位置信号の振幅の平均値をバイアスとして位置信号
   をシユミツトし、前記可動部材の単位移動距離を表わす
   位置パルスを発生する手段と、前記位置パルスを入力と
   して前記可動部材の現在位置と目的位置間の距離を表わ
   す位置誤差情報を出力する位置誤差カウンタ手段と、前
   記位置信号の振幅の平均値を速度基準信号とし、前記位
   置誤差情報の値に応じてレベルが順次減少する速度指令
   信号を作成する手段と、前記可動部材の現在位置と目的
   位置間の距離が大の時は前記速度指令信号と実速度信号
   とを加算した信号を選択し、目的位置近辺では位置信号
   とそれの微分信号とを加算した信号を選択する手段と、
   前記選択された信号を増幅し、前記モータに供給する増
   幅器とを有していることを特徴とするサーボ制御方式。 ２ 前記増幅器はモータを駆動する回路部分として電流
   帰還型の定電流回路を具備し、該定電流回路はツエナー
   ダイオード、ダイオード、抵抗で構成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーボ制御方式
   。