JP3234154B2 - 速度指令発生方法および装置 - Google Patents

速度指令発生方法および装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機で駆動され
る移動機構により移動体を所定の距離移動する場合に、
電動機およびその駆動装置の性能を最大限活用して、最
短時間に急速減速するための速度指令発生方法および装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、移動機構により移動体を所定の距
離移動する場合、図1に示すような速度指令発生装置が
用いられている。図中、21は速度指令関数発生器、2
2は速度制御装置、23は電動機、24は移動機構、2
5は速度検出器、26は位置検出器である。この装置
は、帰還方式の位置制御方法を採用している。
【0003】この従来の速度指令発生装置によれば、位
置検出器26で移動体の位置を検出して位置帰還し、移
動距離目標値との偏差を用いて、速度指令関数発生器2
1で速度指令関数を発生し、速度制御系の速度指令とし
て用いている。また、この速度指令は加速時間に対し短
時間の減速時間を用いているものがあるが、この減速度
は経験的に設定されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の帰還方式位置制
御方法では、与えられた移動距離を移動するのに必要な
時間に対する速度指令関数の発生には、位置帰還信号を
用いている。ところが、このような位置帰還系では速度
制御系の外側ループのため、動作速度が速度制御系の約
1/10程度と遅い。そのため、精度のよい速度制御が
困難で、速度誤差の積分値として位置誤差が累積すると
いう問題がある。また、急速減速するために加速時間よ
り短い減速時間の速度指令を発生する場合、動作速度の
遅い位置制御系の誤差を考慮する必要のゆえに、余裕を
見積もらなければならないため、電動機やその駆動装置
の性能を最大限活用することが不可能であるという問題
がある。
【0005】本発明の目的は、位置制御系の信号を用い
ないで、与えられた移動量に必要な速度指令を発生する
方法および装置を提供することにある。
【0006】本発明の他の目的は、電動機,駆動装置の
性能を極限まで利用した、加速度およびそれより短時間
の減速度を有する台形波速度指令により位置制御するの
に必要な速度指令発生方法および装置を提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、電動機を最大速度に直線加速する場合、
速度変化量が加速電流と負荷電流の差に加速時間を乗じ
た量に比例し、また、直線減速し停止する場合、速度変
化量が減速電流と負荷電流の和に減速時間を乗じた量に
比例することに着眼し、電動機の最大性能を活用して、
最短時間減速を実現することにより、与えられた距離を
最短時間で移動することを特徴とする。
【0008】本発明の速度指令発生装置によれば、定数
入力手段に入力された定数を用いて、一定の許容最大電
流により直線加速する加速指令を発生する加速指令発生
手段と、一定の最大速度により移動させる定速指令を発
生する定速指令発生手段とを用い、関係諸定数を用いて
負荷電流計算手段により負荷電流を計測せずに計算によ
り求め、通常減速の減速開始時刻を減速開始時刻計算手
段により求め、通常減速時に最大速度の1/2になる時
刻を1/2減速時刻計算手段により求め、急速減速の減
速時間を減速時間計算手段により求め、1/2減速時刻
計算手段と減速時間計算手段の計算結果を用いて急減速
するための時刻を急速減速開始時刻計算手段により求
め、これら求めた計算結果を用いて急速減速指令発生手
段により減速,停止に必要な速度指令を発生し、その速
度指令を加速指令および定速指令とともに速度調整手段
に与え、電動機により移動体を所定の移動量だけ移動さ
せる。
【0009】
【発明の実施の形態】図2は、本発明に係る速度指令発
生装置の一実施例を示すブロック図であり、図中1は定
数入力手段、2は加速指令発生手段、3は定速指令発生
手段、4は負荷電流計算手段、5は減速開始時刻計算手
段、6は1/2減速時刻計算手段、7は減速時間計算手
段、8は急速減速開始時刻計算手段、9は急速減速指令
発生手段、10は速度指令合成手段、11は速度調整手
段、12は電動機、13は移動機構である。
【0010】定数入力手段1は、移動体の全移動量,速
度−位置変換定数,最大電動機速度,電動機電流−速度
変換定数,最大電動機電流,加速時間を入力する。
【0011】加速指令発生手段2,定速指令発生手段3
は、入力された定数を用いて、それぞれ加速指令および
定速指令を発生する。
【0012】負荷電流計算手段4,減速時間計算手段
7,減速開始時刻計算手段5,1/2減速時刻計算手段
6,急速減速開始時刻計算手段8は、入力された定数お
よび/または計算結果を用いて計算により諸量を求め
る。
【0013】急速減速指令発生手段9は、上記手段より
得られた計算結果および入力された定数を用いて減速指
令を発生する。
【0014】速度指令合成手段10は、加速指令発生手
段2,定速指令発生手段3,急速減速指令発生手段9か
らの速度指令を合成し、合成された速度指令を速度調整
手段に与える。
【0015】以上の構成の速度指令発生装置の動作を説
明する前に、本発明の速度指令発生原理を、図3のグラ
フを参照して説明する。図3(A)は時刻tと電動機電
流のグラフ、図3(B)は時刻tと電動機速度のグラ
フ、図3(C)は時刻tと移動体の位置のグラフであ
る。
【0016】図3(A)の時刻tと電動機電流のグラフ
において、±IMRは正,負最大電動機電流、IM は通常
減速時の電動機電流で、その場合の減速開始時刻がt
2 、停止時刻がt3 である。一方、IM ′は急速減速時
の電動機電流で、その場合の減速開始時刻がt2 ′、停
止時刻がt3 ′である。
【0017】図3(B)の時刻tと電動機速度のグラフ
において、nM は最大電動機速度、nH はnM の1/2
の電動機速度、nは通常減速時の電動機速度である。一
方、n′は急速減速時の電動機速度である。これらの速
度がnH となる時刻がtH である。
【0018】図3(C)の時刻tと位置のグラフにおい
て、pM は所定移動位置である。通常の電動機速度で動
作する場合の位置グラフpにおいて、p1 は加速期間の
移動距離、p2 は定速期間の移動距離、p3 は減速期間
の移動距離である。p′は急速減速する場合の位置のグ
ラフである。
【0019】図3(A)において、最大一定電流IMR
電動機を加速する場合、これと負荷電流IL との差の時
間積分値に比例して電動機が直線加速し、加速終了時刻
1に最大速度nM となる。したがって、負荷電流IL
は次式により計算できる。
【0020】
【数13】
【0021】図3(B)において、電動機速度の時間積
分値に比例して電動機位置が決まる。したがって、全移
動距離をpM とすると、通常減速時の減速開始時刻t2
は、次式により計算できる。
【0022】
【数14】
【0023】式(1)および式(2)より、最大電動機
速度nM の1/2になる時刻tH は、次式により計算で
きる。
【0024】
【数15】
【0025】次に、急速減速の場合について説明する。
この場合の減速電動機電流IM ′を最大電動機電流(−
MR)に制御すると、図3(A)の斜線部分の面積が等
しくなるように減速時間(t3 ′−t2 ′)が定まり、
図3(B)に示すようにその時間に直線減速し、停止す
る。したがって、減速時間は、次式により計算できる。
【0026】
【数16】
【0027】図3(B)において、2つの斜線部分の面
積が等しくなるように選定すると、移動体の最大移動位
置pM は変わらない。したがって、電動機速度nとn′
において、最大電動機速度nM の1/2になる時刻は共
にtH であるので、減速開始時刻t2 ′は次式により計
算できる。
【0028】
【数17】
【0029】以上より、図3(B)の急速減速時の電動
機速度n′は、式(1)〜式(5)を用いて、次式によ
り計算できる。
【0030】
【数18】
【0031】上式は、急速減速開始時刻t2 ′より停止
するまでの時刻t3 ′に対する電動機速度n′の関係式
である。
【0032】図2に戻り、速度指令発生装置の動作を説
明する。式(1)〜式(6)の各定数が定数入力手段1
に入力される。すなわち、最大電動機速度nM ,加速時
間(加速終了時刻)t1 ,最大電動機電流IMR,電流−
速度変換定数KN ,所定移動位置pM ,速度−位置変換
定数Kp が入力される。これらの定数および計算された
時刻t2 ′を用いて、図3(B)の加速時間t1 および
定速時間(t2 ′−t1 )の間の速度指令が、加速指令
発生手段2および定速指令発生手段3により発生され
る。負荷電流計算手段4では、式(1)を用いて負荷電
流IL が計算により求められる。すなわち、負荷電流は
計測することなしに求めることができる。減速開始時刻
計算手段5では、式(2)を用いて通常減速の減速開始
時刻t2 を計算する。1/2減速時刻計算手段6では式
(3)を用いて、減速度が最大速度nM の1/2になる
時刻tH を計算する。一方、減速時間計算手段7では、
式(4)を用いて、急速減速に必要な時間(t3 ′−t
2 ′)が計算される。急速減速開始時刻計算手段8で
は、式(5)を用いて急速減速開始時刻t2 ′を計算す
る。
【0033】急速減速指令発生手段9では、上記で求め
た急速減速時間(t3 ′−t2 ′)および急速減速開始
時刻t2 ′を式(6)に代入し、この計算式を用いて急
速減速開始時刻t2 ′より停止するまでの時刻t3 ′の
電動機速度指令を発生する。
【0034】以上、加速指令発生手段2,定速指令発生
手段3および急速減速指令発生手段9によりそれぞれ発
生された加速指令,定速指令,急速減速指令を、速度指
令合成手段10により合成する。それを、速度調整手段
11に出力し、電動機12を駆動し、移動機構13に与
えて位置制御する。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、移動体を所定の距離移
動する場合、同一の加速時間および減速時間の速度指令
を用いる場合に較べ、短時間の移動ができるという効果
がある。また、加速電動機電流および減速電動機電流が
一定で、電動機,半導体電力変換装置等の許容最大値と
なっているので、故障発生,寿命低下,騒音発生等がな
く、安全に制御できる効果がある。速度指令関数が、加
減速期間および定速期間において直線の組合せのため、
制御し易く、速度誤差,位置誤差が発生しにくい効果が
ある。電動機の負荷電流を計算により求め使用している
ため、電動機電流や電動機軸に設置したトルク計等によ
るトルク検出信号を用いる必要がないので、電動機を駆
動する半導体電力変換装置に基づくリップルや、機械的
振動等に基因する測定精度の悪化がなく、高精度の位置
制御ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の位置帰還制御系を説明するためのブロッ
ク図である。
【図2】本発明の一実施例の速度指令発生装置を示すブ
ロック図である。
【図3】本発明の速度指令発生方法の原理を説明するた
めのグラフで、(A)は時間と電動機電流のグラフ、
(B)は時間と電動機速度のグラフ、(C)は時間と位
置のグラフである。
【符号の説明】
1 定数入力手段 2 加速指令発生手段 3 定速指令発生手段 4 負荷電流計算手段 5 減速開始時刻計算手段 6 1/2減速時刻計算手段 7 減速時間計算手段 8 急速減速開始時刻計算手段 9 急速減速指令発生手段 10 速度指令合成手段 11 速度調整手段 12 電動機 13 移動機構

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】移動体を所定の距離移動する移動機構を、
    速度調整手段により速度制御された電動機により位置制
    御する系において、前記速度調整手段に直線加速,定
    速,直線減速の速度指令を発生する装置であって、 移動体の全移動量pM ,速度−位置変換定数KP ,最大
    電動機速度nM ,電動機電流−速度変換定数KN ,最大
    電動機電流IMR,加速時間t1 を定数として入力する定
    数入力手段と、 前記定数入力手段から入力されたnM およびt1 に基づ
    て、n M へ加速する加速指令を発生する加速指令発生
    手段と、 前記定数入力手段から入力されたIMR,nM ,KN ,t
    1 を用いて、電動機の負荷電流IL を計算する負荷電流
    計算手段と、 前記計算された負荷電流IL と、前記定数入力手段から
    入力されたIMRおよびt1 を用いて、IMR(負)で減速
    する急速減速の減速時間(t3 ′−t2 ′)(ただし、
    3 ′は急速減速停止時刻、t2 ′は急速減速開始時刻
    である)を計算する減速時間計算手段と、 前記定数入力手段から入力されたpM ,nM ,KP を用
    いて、加速時間と同じ減速時間で減速する通常減速の減
    速開始時刻t2 を計算する減速開始時刻計算手段と、 前記計算された減速開始時刻t2 と前記定数入力手段か
    ら入力されたt1 とを用いて、通常減速時に最大電動機
    速度の1/2になる時刻tH を計算する1/2減速時刻
    計算手段と、 前記計算された急速減速の減速時間(t3 ′−t2 ′)
    と、前記計算された1/2減速時刻tH とを用いて、急
    速減速の開始時刻t2 ′を計算する急速減速開始時刻計
    算手段と、 前記計算された急速減速開始時刻t2 ′と、前記定数入
    力手段から入力されたt1 ,nM とに基づいて、電動機
    速度をnM にする定速指令を発生する定速指令発生手段
    と、 前記計算された減速時間(t3 ′−t2 ′)および急速
    減速開始時刻t2 ′と、前記定数入力手段から入力され
    たnM に基づいて、電動機を急速減速して停止する急速
    減速指令n′を発生する急速減速指令発生手段と、 前記発生された加速指令と、定速指令と、急速減速指令
    とから、速度指令を合成し、合成された速度指令を前記
    速度調整手段に与える速度指令合成手段と、 を備えることを特徴とする速度指令発生装置。
  2. 【請求項2】前記負荷電流IL は、 【数1】 により計算され、 前記急速減速の減速時間(t3 ′−t2 ′)は、 【数2】 により計算され、 前記通常減速時の減速開始時刻t2 は、 【数3】 により計算され、 前記1/2減速時刻tH は、 【数4】 により計算され、 前記急速減速の開始時刻t2 ′は、 【数5】 により計算され、 前記急速減速指令n′は、 【数6】 ただし、tは時間により計算されることを特徴とする請
    求項1記載の速度指令発生装置。
  3. 【請求項3】移動体を所定の距離移動する移動機構を、
    速度調整手段により速度制御された電動機により位置制
    御する系において、前記速度調整手段に、直線加速,定
    速,直線減速の速度指令を発生する方法であって、 移動体の全移動量pM ,速度−位置変換定数KP ,最大
    電動機速度nM ,電動機電流−速度変換定数KN ,最大
    電動機電流IMR,加速時間t1 を定数として入力するス
    テップと、 入力されたnM およびt1 に基づいて、n M へ加速する
    加速指令を発生するステップと、 入力されたIMR,nM ,KN ,t1 を用いて、電動機の
    負荷電流IL を計算するステップと、 前記計算された負荷電流IL と、入力されたIMRおよび
    1 を用いて、IMR(負)で減速する急速減速の減速時
    間(t3 ′−t2 ′)(ただし、t3 ′は急速減速停止
    時刻、t2 ′は急速減速開始時刻である)を計算するス
    テップと、 入力されたpM ,nM ,KP を用いて、減速開始時刻t2
    を計算するステップと、 前記計算された減速開始時刻t2 と入力されたt1 とを
    用いて、通常減速時に最大電動機速度の1/2になる時
    刻tH を計算するステップと、 前記計算された急速減速の減速時間(t3 ′−t2 ′)
    と、前記計算された1/2減速時刻tH とを用いて、急
    速減速の開始時刻t2 を計算するステップと、 前記計算された急速減速開始時刻t2 ′と、入力された
    1 ,nM とに基づいて、電動機速度をnM にする定速
    指令を発生するステップと、 前記計算された減速時間(t3 ′−t2 ′)および急速
    減速開始時刻t2 ′と、入力されたnM に基づいて、電
    動機を急速減速して停止する急速減速指令n′を発生す
    るステップと、 前記発生された加速指令と、定速指令と、急速減速指令
    とから、速度指令を合成し、合成された速度指令を前記
    速度調整手段に与えるステップと、 を含むことを特徴とする速度指令発生方法。
  4. 【請求項4】前記負荷電流IL を、 【数7】 により計算し、 前記急速減速の減速時間(t3 ′−t2 ′)を、 【数8】 により計算し、 前記通常減速時の減速開始時刻t2 を、 【数9】 により計算し、 前記1/2減速時刻tH を、 【数10】 により計算し、 前記急速減速の開始時刻t2 ′を、 【数11】 により計算し、 前記急速減速指令n′を、 【数12】 ただし、tは時間により計算することを特徴とする請求
    項3記載の速度指令発生方法。
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