JPH01237806A - 加減速制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は工作機械やロボットアーム等の駆動に於いて
一定の加速度で加速あるいは減速する制御を行う加減速
制御装置に関し、特に指令速度の変化に対し、一定の加
速度で加速あるいは減速することができる加減速制御装
置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、機械の駆動を行なう場合、起動時や停止時に機械
系にショックや振動を与えないように加速・減速制御が
行われる。このような加減速制御においては、駆動時間
を短くするため駆動系の能力や機械の特性できまる最大
許容加速度を越えない一定の加速度で加速や減速を行な
う直線形加減速制御方式が望まれている。

第７図は特開昭５９−６２９０９号公報に示された従来
の加減速制御装置の構成図である。図おいて（ｌａ）（
１ｂ）・・・（１ｎ）はｎ個のバッファレジスタ、（２
）は加算器、（３）は加算結果を一時的に記憶するアキ
ュムレータ、（４）は加算結果の転送レジスタ、（５）
は加算結果をｌ／ｎする除算器である。各バッファレジ
スタ（ｌａ）〜（ｉｎ）は直列に接続され、１サンプリ
ング毎にこのサンプリング周期の移動量が指令速度Ｖ、
とじて初段のバッファレジスタ（１ａ）に入力される。

同時に各バッファレジスタの内容は次段のバッファレジ
スタへ転送され、最終段のバッファレジスタ（ｉｎ）の
内容Ｖ（ｉ−ｎ）は加算器（２）の入力へ送られる。

サンプリング時刻１−１における、転送レジスタ（４）
の内容を５（１−１）とすればサンプリング時刻ｉにお
いて、加算器（２）の出力Ｓ１はＳ　　−８＋Ｖ　　−
Ｖ（１−ｎ） ｉ　　　　　（１−１）　　　　　１ 但し　Ｓ。−Ｑ、Ｖ−−０ となり、この結果はアキュムレータ（３）に格納され、
除算器（５）で１７ｎされて出力される。なお、上記の
Ｖ−−Ｏはｖ（ｉつ）において、ｉがＯからｎ迄に対応
する値が０であることを簡略化して表わしたものである
。

以上のことから、出力速度Ｆ、１は Ｆｉ−−φ８１ となる。

一方、アキュムレータ（３）の加算結果Ｓ１は転送レジ
スタ（４）に送られ次のサンプリング時刻の加算器（２
）の入力となる。

上記のような構成により第８図に示すように指令速度（
１０ａ）　、　（ｆｏｂ）の入力に対しそれぞれ直線形
加減速特性をもつ出力速度（ｌｌａ）　、　（ｌｌｂ）
が与えられる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の加減速制御装置は以上のように構成されているの
で、サンプリング周期をΔＴとすれば加減速の時定数は
Ｔ−ｎ・ΔＴと一定で、また、指令速度をＶとすれば加
速度ａはａ　−Ｖ　／　Ｔとなり、指令速度に比例し変
化してしまう。従って、最大指令速度のとき最大許容加
速度を満すように時定数Ｔを選ぶ必要があり、この場合
指令速度が小さくなると最大許容加速度以下の領域で駆
動することになり駆動系の能力を最大限に発揮させるこ
とができない。

また、きめ細かい加減速制御を行なうためには、時定数
Ｔに比ベサンプリング周期ΔＴを十分小さく選ぶ必要が
あり、バッファレジスタの数ｎ　（−Ｔ／ΔＴ）が多く
必要となって構成が複雑となる。

さらに、短い移動圧ＭＬを指令速度Ｖで移動する場合は
、第９図に示すように移動時間ｔ−Ｌ／■が時定数Ｔに
比べて小さくなり、このとき従来の加減速制御装置の出
力速度の最大値はＶ−ｔ／Ｔまでしか上昇できず、従っ
て位置きめ時間が長くなるという問題点があった。

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、指令速度の変化に対し、−定の加速度の加
減速特性を有し、短い距離の移動指令に対して移動時間
が最短となる出力速度を発生し、かつ応答が速く、きめ
細かな速度制御を実現する加減速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］ この発明に係る加減速制御装置は、一定のサンプリング
周期ごとに指令速度と出力速度の差を積分して追従距離
を求め、出力速度と加速度指令値から減速距離を求め、
前記追従距離、減速距離および加速度指令値を用いて出
力速度を計算して出力するものである。

〔作用コ この発明においては、出力速度の演算は追従距離と減速
距離を比較し、加速・減速を判断し、−定の加速度で出
力速度を指令速度に一致するまで加速あるいは減速して
いるから、指令速度の積分値である移動距離を正確に移
動する速度出力を発生する。また、移動距離が短い場合
でも一定の加速度で加速・減速する最適な三角波の速度
出力を発生する。

［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１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はこ
の発明の加減速制御装置の一実施例の制御動作を示すフ
ローチャート、第３図はこの発明の加減速制御装置を数
値制御装置（以下、ＮＣ装置と記す）に適用した場合の
構成図である。

第１図において、（２０）は第１の計算部である追従距
離計算部で、指令速度と出力速度の差を積分し、指令位
置と現在の出力位置の間の距離、即ち追従距離を計算す
るものである。（２１）は第２の計算部である減速距離
計算部で、現在の出力速度から与えられた加速度でゼロ
まで減速する間に移動する距離、即ち減速距離を計算す
るものである。

（２２）は第３の計算部である出力速度計算部で、この
出力速度計算部（２２）は指令速度と出力速度を比較す
る第１の比較器（２３）と、追従距離と減速距離を比較
する第２の比較器（２４）とこれら比較判断結果により
出力速度を計算する速度計算部（２５）から構成されて
いる。

第３図において、（３５）はメインコントロールＣＰＵ
（ＣＰＵ：中央処理装置）で、ＮＣテープ入力や手動デ
ータ入力等の入力情報を解析し、演算制御を行う演算処
理装置である。（３Ｂ）はテープリーダ、（３７）はＣ
ＲＴデイスプレィボードで、オペレータとＮＣ装置間で
コミニュケーションを行うための設定表示ボードである
。（３８）はメインメモリである。（４０）は機械のサ
ーボ制御処理を行うサーボコントロール、（４１）はサ
ーボＣＰＵ、（４２）は割込回路、（４３）はＲＡＭで
構成された２ポートメモリ、（４４）はＲＯＭで構成さ
れた制御メモリ、（４５ａ）　、　（４５ｂ）及び（４
５ｃ）はインターフェイス、（４６）はサーボ出力コン
トロール、（４７）はフィードバックコントロール、＜
４８）は駆動部ユニット、（４９）はサーボモータ、（
５０）は検出器、である。

なお、Ｌｌはコントロールライン、Ｌ２はアドレスライ
ン、Ｌ３はデータラインである。

第３図に示す構成において、第２図に示す加減速制御の
実行の手順は制御プログラムとして制御メモリ（４４）
に格納されている。

割込回路（４２）は一定のサンプリング周期ΔＴごとに
サーボＣＰ　Ｕ　（４１）に割込を発生する。

指令速度はメインコントロールＣＰ　Ｕ　（３５）で作
成され、２ポートメモリ（４３）を通してサーボＣＰＵ
　（４１）に受渡しされる。

サーボＣＰ　Ｕ　（４１）は制御メモリ（４４）、の制
御プログラムに基づき２ポートメモリ（４３）内の指令
速度を読み取り、加減速制御の処理を実行して出力速度
を計算する。

さらに、フィードバックコントロール（４７）のフィー
ドバック信号をインターフェイス（４５ｃ）を通して入
力し、出力速度と比較し、その差を計算してインターフ
ェイス（４５ｃ）を介してサーボ出力コントロール（４
６）へ出力する等のサーボ制御処理も実行する。

なお、サーボ出力コントロール（４６）はインターフェ
イス（４５ｃ）からの入力をディジタル／アナログ変換
して駆動部ユニット（４８）へ出力する。その出力は駆
動部ユニット（４８）により増幅され、サーボモータ（
４９）を回転させる。フィードバックコントロール（４
７）は検出器（５０）からのフィードバックパルスをカ
ウントしてインターフェイス（４５ｃ）へ出力する。

次に、第２図に示すフローチャートに従って加減速制御
の動作を説明する。

第２図に示す一連の制御動作は、割込回路（４２）から
発生する割込みに基づいて、つまり一定のサンプリング
周期ΔＴごとに行われる。

先ず、割込みが発生すると、サーボＣＰ　Ｕ　（４１）
は指令速度ｖ１を２ポートメモリ（４３）から読み取る
（ステップＳｌ）。

次に、追従距離計算部（２０）により指令速度と出力速
度の差を積分し、指令位置と現在の出力位置の間の距離
、即ち追従距離を求める。これは下記（１）式により計
算する。即ちサンプリング時刻ｉにおける追従距離り、
は指令速度ｖ１と前回の出力速度Ｆ（１−１）を用いて
、 Ｌ１″″”　（１−１）　　　ｉ　　　（１−１）　　
”’　（１）＋Ｖ　　　−Ｆ 但し　Ｌ。−０，Ｆｏ−０ により計算する（ステップＳ２）。

次に、減速距離計算部（２１）により現在の出力速度か
ら与えられた加速度でゼロまで減速する間に移動する距
離を計算する。これは下記（２）式により計算する。即
ち、前回の出力速度Ｆ（１−１）に対応する減速距離り
、は ２・ΔＦ により計算される（ステップＳ３）。ここでΔＦは加速
度指令値（以下、単に加速度と記す。）で、サンプリン
グ周期間の速度変化量である。なお、この加速度ΔＦは
制御される機械によって決まる定数であり、制御メモリ
（４４）に記憶させである。

出力速度計算部（２２）の動作は第２図のフローチャー
トの点線部（３０）で示される。

即ち、先ず第１の比較器（２３）で指令速度Ｖ１と前回
の出力速度Ｆ（ｉ−１）を比較しくステップＳ４）、次
に第２の比較器（２４）で、追従距離Ｌ１と減速距離り
、を比較する（ステップＳ５又はＳ６）と、（ａ）　、
（ｂ）　、（ｃ）　、（ｄ）に示される４つのケースに
分かれる。これらの結果をうけて速度計算部（２５）は
−点鎖線部（３１）で示される動作を行う。

先ず（ａ）は、指令速度Ｖ１が、出力速度Ｆ（１−１）
より大きいため、加速を行う状況にあるが、追従圧１ｌ
ｉｔＬ、が減速距＃　Ｄ　１より小さいため出力速度は
前回の値をそのま＼保持しくステップＳ７）、追従距離
Ｌ　が減速距離Ｄ１を越えるまで待つ。

（ｂ）は、指令速度■１が出力速度Ｆ（１−１）より大
きく、追従距離り、が減速距離Ｄ１より大きいま ため加速を行う状況にある。このときは、前回の出力速
度Ｆ（ｉ−１）と加速度ΔＦの加算値と指令速度Ｖ１を
比較しくステップＳ８）、加算値が指令速度Ｖ　を越え
るときは、指令速度ｖ１を出力速度Ｆｉとして出力しく
ステップＳ９）、越えないときは加算値を出力速度Ｆ１
とする（ステップ５１０）　　。

（Ｃ）のケースは高速の指令速度で短い距離の移動指令
を行った場合に発生し、このときは、指令速度Ｖ　が出
力速度Ｆ　　　より小さいにも関らｉ　　　　　　　（
１−１） ず、追従距離Ｌ１が減速距離Ｄ１より大きいため、出力
速度を加速する。これは前述のステップ１０と同じ処理
で、Ｆ（１−１）とΔＦの加算値を出力速度Ｆ１として
出力する。なお、この加速により、追従圧ＭＬ、が減速
距離Ｄ１より小さくなったときは、減速に切換えるが、
この減速の処理は後述の（ｄ）の処理となる。

（ｄ）は指令速度ｖ１が出力速度Ｆ（ｉ−１）より小さ
く、かつ追従圧ＭＬ、が減速距離Ｄ１、より小さくなっ
た場合で減速を行う状況にある。この場合は指令された
位置に一定加速度で減速し停止するために、各サンプリ
ング時刻ごとに、その時刻における追従距離と出力速度
を用いて次の時刻の加速度を求め、出力速度を計算して
出力する。これは下記のようにして計算する。即ち、前
回の出力速度Ｆ（ｉ−１）から一定の加速度で出力速度
がゼロになるまで減速するとき、この間の移動距離が現
在の追従距離り、に等しくなるようにするためには加速
度ΔＶは（２）式を用いて で与えられる。

従って、追従距離がゼロとなる点すなわち、指令位置と
出力位置が一致する点で出力速度がゼロとなるように一
定加速度で減速するためには次の出力速度Ｆ、は で与えられる。そこで、（４）式により出力速度Ｆ１を
計算して出力する（ステップ５１２）。

但し、（３）式の近似誤差を吸収するため、ＬｌがΔＦ
より小さくなる場合を、予めステップＳ１２の処理の前
に判断しくステップ５ｌｌ）、その場合は出力速度Ｆ　
１−Ｌ　ｉを出力する（ステップ５１３）。

なお、上記の動作中、ステップＳ４．Ｓ５゜３６、Ｓ８
及び３１１において、−の場合もｒＹＥＳ」と判断して
次のステップへ移ル。

上記のような動作により、この発明の加減速制御装置の
動作特性は第４図に示すように大きさの異なる指令速度
（ｌｏａ）、Ｕｏｂ）が入力されても、その出力速度は
それぞれ（ｌｌａ）　、　（Ｈｂ）のように加速および
減速時の加速度は一定となる。また、指令速度の値が時
間と共に任意に変化しても、出力速度は加速度が指定さ
れ値を越すことなく迅速にこれに追従する。

また第５図に示すように、短い距離を高速移動する速度
指令（１０）が入力された場合も出力速度は（１】）の
ように指定された加速度値で加速減する最適な波形を出
力する。

なお、上記実施例において、出力速度計算部の機能は一
定の加速度で出力速度を加速あるいは減速するものであ
るか、出力速度の加速度変化を滑らかにするため第６図
に示すように出力速度の出力端に簡単な平滑フィルタ（
６０）を設けてもよい。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、指令速度、加速度及び
出力速度から追従距離と減速距離を求め、これらを用い
て加速・減速を判断し、一定の加速度で加速・減速を行
なうように構成したので、駆動系の効率を最大に発揮さ
せ、高速・高精度の位置制御を可能とするきめ細かい円
滑な速度波形を発生する加減速制御装置が１１られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図はこ
の発明の加減速制御装置の一実施例の制御動作を示すフ
ローチャート、第３図はこの発明の加減速制御装置をＮ
Ｃ装置に適用した場合の構成図、第４図および第５図は
この発明の動作特性を示す波形図、第６図はこの発明の
他の実施例を示す出力速度計算部の構成図、第７図は従
来の加減速制御装置の構成図、第８図および第９図は従
来の加減速制御装置の動作特性を示す波形図である。 図において、（２０）は追従距離計算部（第１の計算部
）　、（２１）は減速距離計算部（第２の計算部）、（
２２）は出力速度計算部（第３の計算部）である。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一定のサンプリング周期毎に、出力速度を加速あるいは
   減速して指令速度に一致させるように計算し、その計算
   結果を出力する加減速制御装置において、指令速度と出
   力速度の差を積分し、追従距離を求める第１の計算部と
   、出力速度と加速度指令値とから減速距離を求める第２
   の計算部と、前記追従距離、減速距離、及び加速度指令
   値を用いて出力速度を計算する第３の演算部を備えたこ
   とを特徴とする加減速制御装置。