JPH02122310A - 位置決め装置 - 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］ 本発明は、位置決め装置、更に詳細には、位置指令パル
ス信号数と、エンコーダを介して測定される移動体の位
置を示すエンコーダパルス４８号数の比較より得られる
位置偏差を補償し移動体を位置指令パルス信号に対応し
た目標位置に位置決めする位置決め装置に関する。

［従来の技術］ このような位置決め装置は、自動制御分野で多用されて
おり、最近の高度な技術進歩にともない、正確な位置決
め制御が要求されている。位置決め制御は、目標値に対
応する位置指令パルス信号により位置偏差カウンタを、
例えば、アップカウントさせ、またエンコーダから得ら
れるパルスによりカウンタをダウンカウントさせ、前記
両パルスのパルス数差により位置偏差を求め、その位置
偏差の補償を比例、積分、微分補償回路（Ｐ　Ｉ　Ｄ）
及びアンプを介してモータに入力することによって行っ
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、エンコーダの分割数が小さい場合や、ｇ動体の
速度が低速で、フィードバックされるエンコーダパルス
数が少ない場合は、位置偏差の検出精度が低下し滑らか
な制御ができなかった。

例えば従来回路でのＰＩＤ補償のＤ（微分）補償は、位
置偏差の変化がパルス数差の変化である為に、微分時定
数を小さくすると、量子化誤差が高周波ノイズとして現
われ振動的で滑らかな位置制御ができなかった。

従って、本発明は、このような問題点を解決するために
なされたもので、位置偏差をパルス数差以下までとらえ
るので、微分による高周波ノイズを抑えられ、滑らかな
位置決めが可能な位置決め装置を提供することを課題と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、このような課題を解決するために、位置指令
パルス信号数と、エンコーダを介して測定される移動体
の位置を示すエンコーダパルス信号数の比較より得られ
る位置偏差を補償し移動体を位置指令パルス信号に対応
した目標位置に位置決めする位置決め装置において、位
置指令パルス信号とエンコーダパルス信号のパルス数の
差を計数する手段と、位置指令パルス信号とエンコーダ
パルス信号の位相差を検出する手段と、移動体の速度デ
ータを検出する手段とを設け、前記位置指令パルス信号
とエンコーダパルス信号のパルス数差と、前記位相差と
速度の積に対応する位置偏差の小数部とから位置偏差を
求め位置決め制御を行う構成を採用した。

［作　用］ このような構成では、　位置指令パルス信号とエンコー
ダパルス信号の位相差を検出し、また移動体の速度を検
出することにより、位相差と速度の積に対応する位置偏
差の小数部が検出される。

従って、位置指令パルス信号とエンコーダパルス信号の
パルス数の差を零にするように補正が行われるとともに
、上記検出された小数部の位置偏差も補正されるので、
正確な位置決め制御が可能になる。

［実施例］ 次に添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第１図には本発明実施例に係る位置決め装置の概略ブロ
ック図が図示されている。同図において、符号１で示す
ものは、モータで、このモータ１には所定の分割数を有
するエンコーダ２が取り付けられており、モータ１の回
転に従フて所定の周波数ないし周期を有するエンコーダ
パルス信号が発生する。

このエンコーダパルス信号Ｃは、第１図、第２図に図示
したようにパルス数差カウンタ３ａとラッチ回路３ｂか
らなる位置偏差カウンタ部３に入力される。エンコーダ
パルス信号Ｃは、そのパルス数が、モータ１が回転する
ことによって移動した距離に対応しており、制御対象の
実際位置を示す信号であり、パルス数差カウンタ３ａの
ダウン入力端子りに人力される。またこの位置偏差カウ
ンタ部３には、目標位置を示す指令パルス信号Ｂが人力
され、パルス数差カウンタ３ａは、そのアップ入力端子
Ｕに人力される指令パルス信号と、ダウン入力端子りに
人力されるエンコーダパルス信号のパルス数差を計数す
る。

従ってパルス数差カウンタ３ａの計数値は、移動体の目
標位置と実際位置の偏差を示しており、この計数値がＣ
ＰＵ４または図示していないタイマから出力されるサン
プリング信号Ｓに従ってラッチ回路３ｂに穆され、ＣＰ
Ｕ４に人力される。

ＣＰＵ４は、ＰＩＤ特性を有する比例、積分、微分補償
回路ないし機能を有しており、偏差がある場合には、Ｄ
／Ａ変換器６．パワーアンプ７を介して偏差補償信号を
モータ１にフィードバックし、目標信号と実際信号が一
致するように制御を行なう。

本発明実施例では、さらに指令パルス信号とエンコーダ
パルス信号の位相差を検出する位相差検出部１０が設け
られる。この位相差検出部１゜は、第２図に示したよう
に位相差カウンタ１゜ａ２ラッチ回路１０ｂ、１０ｃか
ら構成され、基準クロック信号Ａを計数することにより
、指令パルス信号Ｂとエンコーダパルス信号Ｃの位相差
を検出する。

また位相差と同時にその位相の進み遅れを検出する位相
進み遅れ検出部１１が設けられる。この位相進み遅れ検
出部１１は、エンコーダパルス信号でクロックされ指令
パルス信号でクリアされるフリップフロップｌｌａ並び
にサンプリング信号Ｓに同期してデータを取り込むラッ
チ回路１１ｂから構成される。

またエンコーダパルス信号の周期を検出するために、周
期カウンタ１２ａ、ラッチ回路１２ｂ。

１２ｃから構成される周期検出部１２が設けられる。周
期カウンタ１２ａは、タイミング発生部１３から得られ
るクリア信号Ｅによってクリアされてから基準クロック
Ａを計数し、タイミング発生部１３からのラッチ信号り
に同期してその計数値をラッチ回路１２ｂに送る。一方
ラッチ回路１２ｃはサンプリング信号Ｓに同期してエン
コーダ周期データを取り込みＣＰＵに送る。

上述したタイミング発生部１３は、デイレイ回路１３ａ
、１３ｂを有し、それぞれラッチ信号Ｄ、クリア信号Ｅ
を発生させるものである。

次に、このように構成された装置の動作を説明する。

第３図には位置偏差を求める制御の流れが図示されてお
り、まずステップＳ１において位相差データを求め、こ
れをＣＰＵに入力する。この位相差は、第２図に図示し
たように指令パルス信号Ｂでクリアされ、基準クロック
Ａを計数する位相差カウンタ１０ａにより求められる。

位相差カウンタ１０ａは、第４図の４段目に図示したよ
うに指令パルス信号が現れたとき基準クロックＡを計数
し、エンコーダパルス信号Ｃが現れたときラッチ回路１
０ｂにそのカウント値ｔｅがラッチされる。このｔｅは
指令パルスとエンコーダパルスの位相差をあられしてい
る。

続いてステップＳ２においてエンコーダ周期のデータを
求め、それをＣＰＵに入力する。このエンコーダ信号の
周期は周期カウンタ１２ａを用いて行なわれ、周期カウ
ンタ１２ａはタイミング発生部１３から得られるクリア
信号Ｅ（第４図の第６段目の波形を参照）が発生された
時クリアされ、その後基準クロックＡを計数し、タイミ
ング発生部１３からラッチ信号りが現れた時周期カウン
タ１２ａの計数値がラッチ回路１２ｂにラッチされる。

従って周期カウンタ１２ａがクリアされてからその内容
がラッチされるまでの期間ｔがエンコーダパルス信号の
周期に相当しく第４図の下から２段目を参照）その周期
ｔ　ｈ（ＣＰ　Ｕに入力される。

続いてステップＳ３においてパルス数差ｎのデータが入
力される。第２図のパルス数差カウンタ３ａのアップ端
子Ｕには指令パルス信号Ｂが、又ダウン端子りにはエン
コーダパルス信号がそれぞれ入力されるので、パルス数
差カウンタ３ａは、両信号のパルス数差をカウントする
ことになる。

尚、ステップ５１〜Ｓ３においてＣＰＵへの取り込みは
、それぞれサンプリング信号Ｓに同期して動作するラッ
チ回路１０ｃ、１２ｃ、３ｂを介して行なわれる。

続いてステップＳ４において補正位置の偏差の予備計算
が行われ、位置偏差の小数部が求められる。エンコーダ
信号の１パルスは３６０度／ｎ（分割数）の角度に相当
する。位相差が１パルスの１　／　ｘに相当するかどう
かは、位相差を指令パルスとエンコーダパルス信号の時
間の差として検出すると、Ｘ＝位相差／１パルスの周期
２位相差（時間）Ｘ周波数＝（位相差時間）×（速度）
×一定値（この一定値は周波数を速度へ変換するための
変換定数）となる。従ってステップＳ４では、位相差ｔ
ｅとエンコーダパルス信号の周期ｔの割算、即ちα＝位
相差／周期の値を求めこれを位置偏差の小数部とする。

続いてステップＳ５においてステップｓ３で求めたパル
ス数差がＯであるか、あるいは０でないかが判断され、
０でない時にはステップｓ６に進みパルス数差の大小が
判断される。パルス数差が正の時、即ち指令パルス信号
数が多い時には、遅れを示しており、ステップＳ７にお
いて補正位置偏差βをステップＳ４で求めたαとし、ス
テップＳ９においてパルス数差ｎと補正値偏差データβ
を加算したものを最終的な位置偏差εとし、この位置偏
差に基づいてＣＰＵ４を介しモータ位置の位置決めを行
なう。

又ステップＳ６においてパルス数差がマイナスの場合に
はエンコーダパルス信号数が多いことを示しており、ス
テップＳ８においてβをα−１として同様な位置偏差の
制御を行なう。

上述した説明において、指令パルス信号に対しエンコー
ダパルス信号が１パルス以上の進み遅れがある時は、パ
ルス数差カウンタ３ａが、そのパルス数差をカウントし
ているので、その値の正負を見れば位相の進み遅れが分
り、正の時には遅れ、又負の時には進みとなる。これに
対しステップＳ５においてパルス数差が０と判断された
時には、ステップＳＩＯにおいて以下に述べるようにし
て位相の進み遅れを判断する。

位相の遅れ状態は第５図（Ａ）に図示したように指令パ
ルス信号Ｂの立ち上りエツジＰ１の後にエンコーダパル
ス信号Ｃの立ち上りＰ２が既に来ていることが特徴であ
り、一方位相の進み状態では、第５図（Ｂ）に図示した
ように、指令パルス信号の立ち上りエツジＰ１の後にエ
ンコーダパルス信号の立ち上がりエツジＰ２がまだ来て
いないことが特徴となる。従って第２図の位相進み遅れ
検出部１１のフリップフロップＩｌａを用いて第５図（
Ｃ）に示したように各信号の有り無しに応じてＱ端子に
進みの場合にはし、遅れの場合にはＨの信号を発生させ
位相の遅れ進みを判断させる。

尚、第５図（Ａ）、（Ｂ）において遅れの場合にはパル
ス数差カウンタのパルス数差は−１となっており、又進
みの場合にはパルス数差は＋１となっている。このよう
にして得られた進み遅れのデータが第４図の最下段に図
示されており、この進み遅れデータがサンプリング信号
に同期したラッチ回路１１ｂに取り込まれ、遅れの場合
にはステップＳｔｔにおいて、又進みの場合にはステッ
プＳ１２においてそれぞれ補正位置偏差データを求め、
続いてステップＳ９におて、位置偏差を計算する。

上記の実施例では、指令パルスとエンコーダパルスの位
相差ｔｅとエンコーダ信号の周期ｔをｃｐｕに入力して
補正位置偏差予備計算α＝ｔ　ｅ　／　ｔを求めこれを
位置偏差の少数部として位置偏差を求めたが、その他に
次に述べるような実施例が考えられる。即ち、第６図お
よび第７図にこの例が図示されており、第１図および第
２図と比較して指令パルス信号Ｂがタイミング発生部１
３に、エンコーダパルス信号Ｃがフリップフロップｌｌ
ａのＣＫ端子とラッチ回路１０６のＣＫ端子に接続され
ているところが異なる。この詳細説明は、前述とほぼ同
様なので省略する。また、第８図（Ａ）、（Ｂ）は指令
パルスＢとエンコーダパルスＣどの位相差に関するこの
場合の説明図である。

同図（Ａ）の遅れ状態のときのＰ３の時点で考えると、
指令パルス信号ＢがＮパルス目のとき、エンコーダパル
ス信号ＣがＭ　−ｔ　ｅ　／　ｔパルス目であるから ｔｉｔ　令パルスとエンコーダパルスの位置（ｍ　Ｍε
＝（Ｎ−Ｍ）＋ｔｅ／ｌとなる。また、Ｐ４の時点で考
えると、指令パルス信号Ｂが（Ｎ＋ｔｅ／ｌｌ）パルレ
ス目のとき、エンコーダパルス信号がＭパルスであるか
ら、 指令パルスとエンコーダパルスの位置偏差ε＝　（Ｎ　
−Ｍ　）　＋　ｔ　ｅ　／　ｔ　１となる。

同図（Ｂ）の進み状態のとぎＰ５の時点で考えると、指
令パルス信号Ｂ　ｈ）Ｎパルス目のとき、エンコーダパ
ルス信号Ｃが Ｍ＋（ｔ−ｔｅ）／ｌ＝（Ｍ＋１）−ｔｅ／ｌパルス目
であるから、 指令パルスとエンコーダパルスの位置偏差ｅ＝Ｎ−Ｍ＋
　（ｔｅ／１−１）となる。またＰ６の時点で考えると
、指令パルス信号Ｂが（Ｎ＋ｔｅ／ｌｌ）パルレス目の
とき、エンコーダパルス信号ＣがＭ＋１パルス目である
から指令パルスとエンコダパルスの位置偏差６＝　（Ｎ
−Ｍ）＋　（ｔｅ／１ｌ−１）となる。

尚、上述した例におていは位置偏差の小数部を求める時
の速度データとしてエンコーダパルスの周期を測定した
が、これに限定されず、第１図で点線で図示したように
エンコーダパルス信号の周波数を測定する周波数検出部
１４を設け、これにより速度データを求めるようにして
も良い。

この例が第９図に図示されており、第２図の回路と比較
して周期検出部１２を周波数検出部１４に置き換えたこ
とが異なるところである。周波数検出部１４はエンコー
ダパルス信号の周波数をカウントするカウンタ１４ａと
、ラッチ回路１４ｂから構成され、カウンタ１４ａはサ
ンプリング信号から所定時間遅らせてクリアされてから
エンコーダパルス信号をカウントし、次のサンプリング
信号でラッチ回路１４ｂにデータが取り込まれ、その周
波数が検出される。この場合は位置偏差の小数部はＡを
定数、ｔｅを位相差、エンコーダパルス数をｎｏとして
α＝Ａφｔ−ｎｏと表されるので、第３図のステップＳ
２においてエンコーダパルス数ｎｏを求め、又ステップ
Ｓ４において、上記の位置偏差の小数部を求めることに
より、第３図と同様な制御の流れで偏差を求めることが
可能になる。

なお、エンコーダパルス信号の周期及び周波数を検出す
るための周期検出部１２及び周波数検出部１４によって
移動体の速度データを検出する手段を形成している。

また、モータ速度を、例えば、タコジェネレータなど他
の速度測定装置を用いて測定できることは勿論である。

以上説明した例では、エンコーダ２はロータリエンコー
ダであるが勿論ロータリ型に限定されるものではなく、
棒状のエンコーダ等所定の分割数のスリットを有し、フ
ォトインタラプタを介して８動体の速度を検出できるす
べてのエンコーダに適用されるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明では、位置指令パルス信号
とエンコーダパルス信号の位相差を検出し、また移動体
の速度データを検出することにより、位相差と速度の積
に対応する位置偏差の小数部も検出するようにしている
ので、指令パルス信号とエンコーダパルス信号のパルス
数の差を零にするように補正が行われるとともに、上記
検出された小数部の位置偏差も補正されるので、１パル
ス以下の位置偏差も補償でき正確な、しかも滑らかな位
置決めが可能な位置決め制御装置を提供することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概略構成を示したブロック図、第
２図は第１図装置の更に詳細な構成を示したブロック図
、第３図は本発明装置の制御の流れを示すフローチャー
ト図、第４図は動作を説明する信号波形図、第５図（Ａ
）、（Ｂ）は位相差の遅れ進み状態を説明する信号波形
図、第５図（Ｃ）は位相差の進み遅れに対応した信号の
発生を説明した表図、 第６図は、他の概略構成を示したブロック図、第７図は
第６図装置の更に詳細な構成を示したブロック図、第８
図（Ａ）、（Ｂ）は第６図装置における指令パルス信号
Ｂとエンコーダパルス信号Ｃとの位相差に関する説明図
、第９図は速度データ検出を他の構成で実施するように
したときのブロック図である。 １・・・モータ　　　　　　２・・・エンコーダ３・・
・位置偏差カウンタ部 １０・・・位相差検出部 １１・・・位相進み遅れ検出部 １２・・・周期検出部 １３・・・タイミング発生部 １４・・・周波数検出部 代理人　弁理士　加　藤　　卓　　　：イを田のｉｓｉ
昇れの書侘ｅ用躬 ルチパルスＥ （Ａ） Ｉぐルス（ イｉオニ＠ｌヒニ角ｔ１１丁口りし自起う第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）位置指令パルス信号数と、エンコーダを介して測定
   される移動体の位置を示すエンコーダパルス信号数の比
   較より得られる位置偏差を補償し移動体を位置指令パル
   ス信号に対応した目標位置に位置決めする位置決め装置
   において、 位置指令パルス信号とエンコーダパルス信号のパルス数
   の差を計数する手段と、 位置指令パルス信号とエンコーダパルス信号の位相差を
   検出する手段と、 移動体の速度データを検出する手段とを設け、前記位置
   指令パルス信号とエンコーダパルス信号のパルス数差と
   、前記位相差と速度の積に対応する位置偏差の小数部と
   から位置偏差を求め位置決め制御を行うことを特徴とす
   る位置決め装置。 ２）エンコーダパルス信号の周期あるいは周波数を検出
   し、移動体の速度データを求めることを特徴とする請求
   項第１項に記載の位置決め装置。 ３）前記位相差の進み遅れを検出する手段を設け、位相
   差の進み遅れを考慮して位置決め制御を行うことを特徴
   とする請求項第１項または第２項に記載の位置決め装置
   。