JP2819411B2 - 定位置停止制御装置 - Google Patents

定位置停止制御装置

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JP2819411B2
JP2819411B2 JP62106208A JP10620887A JP2819411B2 JP 2819411 B2 JP2819411 B2 JP 2819411B2 JP 62106208 A JP62106208 A JP 62106208A JP 10620887 A JP10620887 A JP 10620887A JP 2819411 B2 JP2819411 B2 JP 2819411B2
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shaft
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勝公 山本
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、たとえば加工工具或いは被加工物を回転
させる工作機械の主軸を予め決められた位置に停止させ
る制御装置に関するものである。 [従来の技術] 通常の工作機械の主軸を駆動する主軸モータは、速度
制御モードと位置制御モードとに切換可能な停止制御装
置により制御される。これにより、工作機械による加工
に際しては速度制御指令に従って主軸モータは所定の速
度で工具等を回転駆動し、工具交換時指令等には、指令
された停止位置に停止制御することができる。 [発明が解決しようとする課題] このような従来の主軸モータの制御方式においては、
位置制御のための原点復帰動作を行なう必要があり、そ
のために、モータ速度が一度ゼロになってから位置制御
モードに切換え、停止制御を行なっていた。つまりモー
ド切換を必要とする従来の方式では、位置制御に移行し
た後でないと基準停止位置から停止位置までのモニタが
行なわれず、しかも通常の速度制御から位置制御に滑ら
かに移行することが困難であるため、一旦停止したモー
タを指令速度とは別のオリエンテーション速度で回転駆
動しなければならない等の問題があった。 この発明は、上記のような問題点を解消するためにな
されたものであり、主軸モータを位置制御する場合にお
いてその制御の切換を円滑に行ない、定位置停止動作時
間を短縮することを可能にした定位置停止制御装置を得
ることを目的とする。 [課題を解決するための手段] この第1の発明に係る定位置停止制御装置は、回転軸
を駆動するモータと、回転軸の回転に伴ってパルス列信
号と1回転1パルス信号とを出力する回転検出器とを備
え、定位置停止指令の入力によってモータを制御して回
転軸を定位置に停止させる制御において、回転検出器の
出力信号に基いて回転軸の回転速度及び回転位置を求め
る手段と、回転軸の回転速度と制御系の切替の基準とな
る所定の基準速度とを比較する手段と、前記の比較にお
いて、回転軸の回転速度が前記の所定の基準速度よりも
大きいと判断されたときは、回転軸の回転速度を減速制
御させる手段と、前記の比較において、回転軸の回転速
度が前記の所定の基準速度以下であると判断されたとき
は、回転軸の回転速度とその回転位置に基づいて、位置
制御用位置偏差と目標点までの位置量を傾き一定の直線
スムージングを行なうことを前提に演算して求め、これ
らに傾き一定の直線スムージング処理を行って、それを
基準値として回転軸の位置を制御し、回転軸を定位置に
停止させる手段とを備えたものである。 この第2の発明に係る定位置停止制御装置は、回転軸
とギヤ又はベルト等を介して連結されたモータと、回転
軸に連結され、位相の90゜ずれて2相信号A,B及び1回
転1パルスの信号Cを出力するエンコーダとを備え、定
位置停止指令の入力によってモータを制御して回転軸を
定位置に停止させる制御装置において、信号A,Bをてい
倍するてい倍回路と、てい倍回路の出力が計数入力とし
て入力されると共に、信号Cでリセットされるアップダ
ウンカウンタと、アップダウンカウンタの出力に基づい
て回転軸の回転速度を求めると共にその回転位置を求め
る演算手段と、定位置停止指令の入力時の回転速度と制
御系の切替の基準となる所定の基準速度とを比較する比
較手段と、比較手段圧により回転速度が前記の所定の基
準体より大きいと判断されたときに、速度制御系の速度
指令をゼロとして回転軸の速度を減速制御させる速度指
令手段と、比較手段により回転速度が前記の所定の基準
速度以下であると判断されたときに、回転軸の回転速度
とその回転位置に基づいて、位置制御用位置偏差と目標
点までの位置量を傾き一定の直線スムージングを行なう
ことを前提に演算して求め、これらを傾き一定の直線ス
ムージング処理を行ってそれを基準値として回転軸の位
置を制御させる位置指令手段とを備えたものである。 なお、第1の発明及び第2の発明において、定位置停
止指令の入力は、後述の実施例においても示されている
ようにプログラムによる入力、スイッチ等により任意に
入力される。 [作用] この第1の発明及び第2の発明においては、回転速度
が制御系の切替の基準となる所定の基準速度以下になる
と、速度制御から位置制御へ切換るが、その際に速度指
令が滑らかに連続するように、速度及び回転位置から位
置制御用位置偏差と傾き一定直線スムージングに必要な
位置指令値とを算出してから切換える。 [実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。 第9図は従来の定位置停止装置を示す図で、(1)は
モータ、(2)はモータ(1)に取付けられた速度検出
器、(3A)はモータ(1)のコントローラ、(4)はモ
ータ(1)への電力線、(5)はモータ速度検出器
(2)の信号線である。(6),(7)はギヤ、(8)
は定位置停止を行なう回転軸である主軸である。(9)
は主軸(8)の位置検出器であるエンコーダで、位相の
90゜ずれた2相信号A,B及び1回転1パルスの信号Cを
出力する。(10)はエンコーダ(9)のケーブルであ
る。 第1図は上記実施例に係る定位置停止制御位置の要部
を示すブロック図で、第2図は第1図の位置制御処理部
の回路図である、図において、(11)は4てい倍回路、
(12)は信号Cの立上りでリセッされるアップダウンカ
ウンタ、(13)はマイクロコンピュータである。ここで
は、エンコーダ(9)の出力A,Bが4てい倍回路(11)
で4てい倍された後アップダウンカウンタ(12)で計数
され、マイクロコンピュータ(13)に入力して入力の演
算処理が行われて回転速度等が得られる。 第10図はエンコーダ(9)の出力信号A,B,C、てい倍
回路(11)の出力であるPLS、MNS及びアップダウンカウ
ンタ(12)のカウンタ値の波形をそれぞれ示しており、
出力信号Cが1回転に1回送出されて入力する度にアッ
プダウンカウンタ(12)がリセットされる。 第11図は4てい倍(11)の詳細図である。 また第1図において、(14)は駆動回路である。(2
0)はマイクロコンピュータによって構成される演算手
段である。(21)は比較手段で、停止指令時の回転速度
と所定の基準速度とを比較する。(22)は位置制御処理
部であり、その詳細は第2図に示すとおりである。 第2図において、(23)は傾き一定直線スムージング
処理部(24),(25)は切換え接点で、比較手段(21)
の出力により切換えられる。 第3図は定位置停止動作を行た時の速度波形図、第4
図は上記装置の動作を示すフローチャート、第5図は停
止動作を行った時の速度波形、第6図及び第7図は目標
点までの位置を算出する部分の一部を表す説明図であ
る。第8図は位置指令を傾き一定直線スムージング回路
(23)に入力した時の入力と出力の図である。 第4図のフローチャートに示すように、定位置停止動
作の起動信号が入力すると(S1)、の時の制御が速度ル
ープであるか否かを判断した後(S2)、第3図に示すよ
うに定位置停止動作の起動信号が入った時点での速度V
が第一目標速度V1より高い場合は、接点(24)を閉じて
速度指令V*ゼロにして減速制御する(S3〜S5)。速度
が第一目標速度以下になると(S3)、以下に詳細に説明
するがその時点の速度及び位置から位置偏差量(以下ド
ループ)eoと、目標停止点までの位置量Soを計算する。
次に、速度ループ中フラグをリセットし、位置ループ中
フラグをセットし(S6)、第2図に示す位置制御処理を
行なう(S7)。 以下ドループeo及び目標停止点までの位置量Soの算出
方法について説明する。 アップダウンカウンタ(12)は、信号Cのパルスの立
上りでリセットされるので(第11図参照)、その点をゼ
ロとした相対位置を示している。速度ループから位置ル
ープへ切換わる瞬間にカウンタ(12)の計数値を読み、
この値はXとする、目標を簡単化するためにゼロとする
と、目標点までの位置Xoは、 Xo=2π(1−x/4No) [rad] (No:エンコーダ1回転のパルス数) (4;4てい倍の倍数) で求められる。 次に、傾き一定直線スムージング処理(23)は速度ル
ープから位置ループへ切換えた時の目標まで位置量を傾
き一定の直線加減速パターンで算出する。簡単のため目
標点は0[rad]とする。第5図及び第6図において、 減速度;a[rad/s 2] 切換点速度;Vo[rad/s] 切換点位置;Xo[rad] であり、停止までの時間toとすると、 Vo−a・to=0 ∴to=Vo/a 従って、停止するまでの位置Sは S=1/2・Vo・to=Vo2/2a 一方、目標点までの位置量Soを求めると、まず目標点
と切換点の差がxoで、目標点は回転体だから2π毎に繰
返すので、 So=2πi+Xo i:整数 となる。次に、速度指令を滑らかに切換るために位置ル
ープの偏差量ドループを算出する。ドループをeとし、
位置ループのゲインをkpとすると、 e×kp=V* 滑らかに速度指令が切換るためのドループeoは eo×kp=Vo ∴eo=Vo/kp と表され、ドループeoは目標位置量Soの一部になる。 従って、第7図で示すように単純に停止するまでの位
置Sに比べてSoは等しいか、それ以上必要である。それ
以下であれば行き過ぎて戻るので好ましくはない。 S≦So−eo=2πi+Xo−eo ∴i≧1/2・(S+eo−Xo) この式を満たす最小値iをioとし、切上げをINTで表
すと io=INT[(S+eo−Xo)/2π] =INT[(Vo*/2a+Vo/kp−Xo)×1/2π] So=2πio+Xo 従って、速度ループから位置ループへ切換る時に ドループ:Vo/kp 位置指令:So−eo=Xo−Vo/k+2π ×INT[(Vo2/2a+Vo/kp−Xo)×1/2π] を設定し、切換った後は位置指令を傾き一定直線スムー
ジング回路(23)に入れ、第8図に示すようにスムージ
ング処理される。この傾き一定直線スムージング回路
(23)の出力基準信号として送出され、演算手段(20)
で求められた位置信号が微分器(14)を介して帰還して
それ等の差が求められる。そして、その差は積分器(1
5)及び位置ループゲイン(16)及び接点(25)を介し
て制御信号として送出され、その制御信号に基づいて駆
動回路(14)がモータ(1)を駆動・制御する。 なお、上記実施例では、ギヤで連結された場合につい
て説明したが、ベルトでもよく又主軸位置の検出器は直
結の場合について説明したが、ギヤ、タイミングベルト
等で整数分の1に減速して接続してもよい。 [発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、回転軸の回転速度が
制御系の切替の基準となる所定の基準速度以下になる
と、回転軸の回転速度とその回転位置に基づいて、位置
制御用位置偏差と目標点までの位置量を傾き一定の直線
スムージングを行なうことを前提に演算して求めて、こ
れらに傾き一定の直線スムージング処理を行って、それ
を基準値として回転軸の位置を制御し、回転軸を定位置
に停止させるようにしたので、速度指令の切り替えがス
ムーズになされており、更に、基準速度以下では最短の
移動量で位置制御され、むだな加減速の時間がなく、非
常に短時間で、定位置停止制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の一実施例に係る定位置停止制御装置
の要部を示すブロック図、第2図は第1図の位置制御処
理部のブロック図、第3図は定位置停止動作時の速度波
形図、第4図は第1図の装置の動作を示すフローチャー
ト、第5図は減速時の速度波形図、第6図及び第7図は
目標点までの位置量算出図、第8図はスムージング波形
図である。第9図はこの発明の一実施例に係る位置停止
装置の全体を示すブロック図である。 第10図は4てい倍回路及びアップダウンカウンタの信号
処理波形図、第11図は4てい倍回路の回路図細図であ
る。 図において、(9)はエンコーダ、(11)は4てい倍回
路、(12)はアップダウンカウンタ、(13)はマイクロ
コンピュータ、(14)は駆動回路、(20)は演算手段、
(21)は比較手段、(22)は指令手段である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−91514(JP,A) 特開 昭60−147812(JP,A) 特開 昭54−181(JP,A) 特開 昭57−75752(JP,A) 特開 昭61−194508(JP,A) 特開 昭55−65046(JP,A) 実開 昭61−168405(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05D 3/12 G05D 3/00 B23Q 15/22

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.回転軸を駆動するモータと、前記回転軸の回転に伴
    ってパルス列信号と1回転1パスル信号とを出力する回
    転検出器とを備え、定位置停止指令の入力によって前記
    モータを制御して前記回転軸を定位置に停止させる制御
    装置において、 前記回転検出器の出力信号に基いて前記回転軸の回転速
    度及び回転位置を求める手段と、 前記回路軸の回転速度と制御系の切替の基準となる所定
    の基準速度とを比較する手段と、 前記の比較において、前記回転軸の回転速度が前記所定
    の基準速度よりも大きいと判断されたときは、前記回転
    軸の回転速度を減速される手段と、 前記の比較において、前記回転軸の回転速度が前記所定
    の基準速度以下であると判断されたときは、前記回転軸
    の回転速度とその回転位置に基づいて、位置制御用位置
    偏差と目標点までの位置量を傾き一定の直線スムージン
    グを行なうことを前提に演算して求め、これらに傾き一
    定の直線スムージング処理を行って、それを基準値とし
    て回転軸の位置を制御し、前記回転軸を定位置に停止さ
    せる手段と を備えたことを特徴とする定位置停止制御装置。 2.回転軸とギヤ又はベルト等を介して連結されたモー
    タと、回転軸に連結され、位相の90゜ずれた2相信号A,
    B及び1回転1パルスの信号Cを出力するエンコーダと
    を備え、定位置停止指令の入力によって前記モータを制
    御して前記回転軸を定位置に停止させる制御装置におい
    て、 前記信号A,Bをてい倍するてい倍回路と、 該てい倍回路の出力が計数入力として入力されると共
    に、前記信号Cでリセットされるアップダウンカウンタ
    と、 該アップダウンカウンタの出力に基づいて回転軸の回転
    速度を求めると共にその回転位置を求める演算手段と、 停止指令の入力時の回転速度と制御系の切替の基準とな
    る所定の基準速度とを比較する比較手段と、 該比較手段により回転速度が前記所定の基準速度より大
    きいと判断されたときに、速度制御系の速度指令をゼロ
    として回転軸の速度を減速制御させる速度指令手段と、 該比較手段により回転速度が前記所定の基準速度以下で
    あると判断されたときに、回転軸の回転速度とその回転
    位置に基づいて、位置制御用位置偏差と目標点までの位
    置量を傾き一定の直線スムージングを行なうことを前提
    に演算して求め、これらを傾き一定の直線スムージング
    処理を行ってそれを基準値として回転軸の位置を制御さ
    せる位置指令手段と を備えたことを特徴とする定位置停止制御装置。
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