JPS62242209A - サ−ボモ−タの制御方法 - 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〕 本発明はサーボモータの制御方法、特に、位置制御方法
に関する。

〔従来の技術〕

サーボモータによって位置決めを行う場合、最終目標位
置を運転と同時に与えるポイント・ツー・ポイント（Ｆ
ＴＰ）方式が多い。このとき、負荷の要求からその加速
度と減速度を現定されることがある。このため、費用電
機４６巻１７７号（１９８２年Ｈａ　４　）第２８０頁
から第２８１頁において論じられているように、予め、
目標位置とともに、加減速を開始する位置を入力してお
いて、サーボモータの位置決めを行う方法がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記方法によると、サーボモータの加減速開始点をきめ
細かに決めることができるが、逆にユーザが前もってこ
れらの点を決めて、データ入力装置から入力しなければ
ならず、使い勝手が悪かった。

本発明の目的は簡単な入力で、コントローラの演算負担
の小さい位置制御方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記［Ｉ的は目標位置、加減速度、最高回転速度などを
入力したとき、あるいは実際の運・訳を行う前にデータ
入力装置、または、コントローラ自身で加速終了時間や
減速開始時間を前もって演算しておき、この値をあらか
じめ定めた制御アルゴリズムのパラメータとして用いる
ことにより達成される。

〔作用〕

データ入力装置、あるいは、コントローラは演算装置と
して動作させることができる。そのため、サーボモータ
の目標位置、加減速度、最高回転速度が与えられると、
演算装置によって、加速終了時間や減速開始時間を演算
することができ、この値を前もって定めた位置制御のア
ルゴリズムのパラメータとして用いることでかできる。

〔実施例〕

第１図において、サーボモータ１の軸にはその回転速度
を検出するための速度検出器２とサーボモータの回転位
置に応じたパルスを発生するエンコーダ３が接続される
。エンコーダ３の出力はカウンタ１１に入力される。カ
ウンタ１１ではエンコーダ３からのパルス信号を数え、
サーボモータ１の回転位置を演算する。カウンタ１１の
出力はコントローラ１２に入力される。コントローラ１
２はデータ設定装置１３から目標位置指令、加減速度指
令、最高回転速度指令が与えられ、サーボモータ１の加
減速度や最高回転速度がそれぞれの指令値内に入るよう
に制御しながら、サーボモータ１を目標位置に停止させ
る制御を行う。コントローラ１２はマイクロコンピュー
タ等からなる回路で、この制御をリフトで処理する。コ
ントローラ１２の出力はＤ／Ａ変換器１４を経て、サー
ボアンプ１５に入力される。Ｄ／Ａ変換器１４の出力は
サーボモータ１の回転速度を指令する信号となる。速度
検出器２で検出された速度信号はサーボアンプ１５に入
力される。サーボアンプ１５の出力はサーボモータ１に
入力され、サーボモータ１を駆動する。

次に、第１図の動作について説明する。データ設定装置
１３にユーザは目標位置ｏｒ、加減速指令α、最高回転
速度指令Ｗ　ｍ　＆　ｘを入力する。いま。

サーボモータ１の回転位置を０２回転速度をＷとすると
、 θ＝ｆｗｄｔ　　　　　　　　　　　　　（１）である
から、θ＝０から０＝Ｏｒまで加速度αで加速、減速し
、最高回転速度をＷ　ｗａ　ａ　ｘで運転すると、第２
図のような運転パターンとなる。このとき、加速を終了
して最高回転速度Ｗ　ｗａ　＆　ｘに移るときの時間（
加速終了時間）を１１．最高回転速度から減速を開始す
るときの時間（減速開始時間）をｔ２とすれば、（１）
式から演算して、ｊ　１　”　Ｗ　ｍ□／α　　　　　
　　　　（２）ｔ、ｘ＝　Ｏｒ／　ｗｍａｘ　　　　　
　　　　（３）のように表わすことができる。従って、
サーボモータ１を運転するに先立って、（２）、（３）
式によって加速終了時間ｔ、１．減速開始時間ｔ２．を
演算することができる。

なおここで、加減速指令αに代わって、ｔｌ。

ｔ２を直接入力してもよい。このときは、αは（２）式
から求めることができる。

第３図はこのようなパラメータの値を計算し、それに基
づいて位置決めを行うときのフローチャートを示す。第
３図によると、まず、データ設定装置１３に目標位置ｏ
ｒ、加減速指令α、最高回転速度指令ｗ１．を入力する
（３０１）。ここで、データ設定装置１３としては、こ
のコントローラ１２の専用装置でもあるいは一般のパー
ソナルコンピュータを利用することができる。

そして、（２）、（３）式のようにして加速終了時間ｔ
１．減速開始時間ｔｚ、を演算する（３０２）。

この演算はデータ設定装置１３、あるいは、コントロー
ラ１２で実行する。次に、コントローラ１２は得られた
ｔ、ｘ、　ｔ、ｘの値をコントローラ１２に格納されて
いる３０６に示す位置制御のアルゴリズム中に代入する
（３０３）。こうして、コントローラ１２は起動指令が
出るまで待機する（３０４）。なお、このときコントロ
ーラ１２はコントローラ１２が制御対象とするシステム
の他の制御を実行していてもよい。起動指令が出される
と、コントローラ１２は位置指令Ｏｒを出し、サーボモ
ータ１を起動する（３０５）。サーボモータ１が起動さ
れると、位置制御を実行しく３０６）、そして目標位置
ｏｒに到達して位置決めが終了したかどうかを判定する
（３０７）。

このアルゴリズｌ、３０６，３０７は一定周期ΔＴ毎に
位置決めが終了するまでくりかえされる。位置決めが終
了すると、新たな位置決めがあるかどうかを判定して、
次の位置決めがある場合には３０４に戻り、ない場合に
は終了する（３０８）。

なお、いくつかの位置決めがある場合、それに対応して
パラメータを入力しなければならないのはいうまでもな
い。また、３０２，３０３のアルゴリズムは３０４の起
動始令が出された後に実行してもよい。

こうして、コントローラ１２はデータ設定装置１３から
入力された目標位置Ｏｒ、加減速指令α。

最高回転速度指令Ｗ、□と、計算した加速終了時間１１
．減速開始時間ｔ２とにより、サーボモータ１の加減速
を第２図のパターンに従って制御し、サーボモータ１を
目標位置Ｏｒに停止させる制御を行う。第４図は３０６
に示す位置制御のアルゴリズムを実行するときの制御ブ
ロック図を示す。

位置指令発生機能１２１にはサーボモータ１の起動指令
が出されると、目標位置ｏｒがセットされる。位置指令
信号Ｏｒとカウンタ１１からの現在位置信号０は位置制
御機能１２２に入力される。

位置制御機能１２２はｏｒとθの偏差に応じた信号を出
力し、その信号はリミッタ機能１２３に入力される。現
在位置信号０はリミッタ制御機能１２４にも入力される
。リミッタ制御機能１２４ではモータが起動されてから
の時間ｔに応じて。

速度Ｗの制限値が第２図のパターンになるように。

リミッタ値の制御を行う。リミッタ制御機能１２４の出
力はＤ／Ａ変換器１４に入力され、サーボモータ１の速
度を指令するアナログ信号となり、サーボアンプ１５に
入力される。

第５図はこの制御機能を実行するアルゴリズムのフロー
チャートを示す、第５図のように、まず目標位［Ｏｒを
とりこみ（５０１）、次に、現在位置θをとりこむ（５
０２）、そして、速度のリミッタ値Ｗｅを求める（５０
３）、第６図はＷｅを求めるフローチャートの例を示す
にこで、α０は第５図の位置制御の演算をコントローラ
１２上で行う演算周期ΔＴにおける速度の変化分で、α
０＝αΔＴ　　　　　　　　　　　（４）のように求め
られる。第６図から、スタート時間１＝０における速度
のリミッタ値をｗｅ（０）＝０（６０１，６０２）とし
て１　＝１１までΔＴ毎にα。

づつＷｅを増加させ、（６０３，６０５）ｅｌを越える
とｗｅをＷ　ｍ　ａ　ｘに保ち、６０４，６０６を越え
たところからＷｅをΔＴ毎にα０つづ減少させることが
わかる（６０４，６０７）。第５図に戻りこのようにし
て、リミッタ値Ｗｅが定まると、次にＯｒとθの偏差に
応じてＷＯを求める（５０４）。

ここで、ｋｐは位置制御機能１２２のゲインである。そ
して、ｗｏの絶対値がＷｅより大きいかどうかを判定す
る。（５０５）。Ｗｅ　り大きい場合には速度Ｗの値を
リミッタ値Ｗｅとしく５０７）、小さい場合には、速度
Ｗの値をｗｏとする（５０６）。

最後に、速度信号Ｗの値をＤ／Ａ変換器１４にセットし
く５０８）、このルーチンを終了する。第５図の位置制
御のフローは位置決めが終了するまで、一定の時間ΔＴ
毎にくり返して実行される。

このようにして、サーボモータ１の制御を行うと、その
速度制限値Ｗｅ　を変更する。すなわち、加速から等速
へ切換える位置１等速から減速へ切換える位置が前もっ
て決められているので、Ｎ単なアルゴリズムによって位
置制御が実行できる。そのため、演算時間が短くできる
ので、制御系の演算くり返し時間ΔＴが短くでき、系の
応答を高めることができる。さらに、ユーザは、データ
設定装置１３を用いて入力すべきデータ数が少なくなる
ので、扱いが簡単になるメリットもある。

第７図はリミッタ値Ｗｅを定めるアルゴリズムを示す。

位置決めを行うための第５図のフローが実行される前に
、Ｗｅ　　（ｏ）＝Ｑとしてから起動を行う。第６図の
フローによれば、速度の変化分α０、速度の最大値ｗ、
＆８の他、減速開始時間ｔ２だけを知ればよい。データ
設定装置１３、あるいは、コントローラ１２はｔ２を求
める演算だけをモータ１の位置決めを行うに先立って実
行すればよいので、データ設定装置１３．あるいは、コ
ントローラ１２の負荷を軽くすることが出来る。

第８図は位置制御のフローを示す。現在位ｒｎ。

が目標位置θｒと比較して離れているときは、速度指令
だけで運転し、Ｏがｏｒに近づくと位置偏差に基づく位
置制御を行う点に特徴がある。起動に先立ち、Ｋ＝１．
速度の値ｗ　（０）＝Ｏとしてスタートする。そして、
第７図に示すように、加速終了時間ｔｌまで速度を増加
させる速度指令を出しく８０２，８０３）、次に、減速
開始時間ｔ２までは速度を最大値一定に保つ速度指令を
出しく８０５，８０６）、目標位置に近づく時間ｔ３ま
では速度を少しづつ減少させる速度指令を出しく８０８
，８０９）、そして時間がｔ８を越えると（８０８）、
位置偏差演算を行う（８１１）。

このとき位置偏差演算に基づく速度指令は偏差値ｗｏの
絶対値がＷ　ｅ　ｍを越えないときは（８１２）、速度
指令ｗ　（ｔ）＝ｗｏとしく８１３）、ＷｅｌＩを越え
るときは符号をも考えてＷ　ｅ　ｍを速度指令ｗ　（ｔ
）とする（８１４）。ここで、Ｗｅｍは現在位置０が目
標位置Ｏｒに近づいたときの速度の制限値で、し３とＷ
　Ｏａの関係を次のように定めると、連続的な速度指令
が出せる。

α　　　　　　　　Ｗ　＊　＆　Ｘ このように制御すると、現在位置ｏが目標位置Ｏｒから
離れているとき、すなりち、１（１，のときは、速度指
令だけを出力し、０がｏｒに近づくと、位置偏差演算に
基づく速度指令が出力できる。従って、θがＯｒから離
れているときは位置偏差演算を行わないので、演算のア
ルゴリズムが簡単になり、コン１〜ローラの演算時間が
短くなる。

また、位置制御を行わないので、サーボモータ１の乱調
が生じにくく、安定した制御が行い易くなる。

第９図はさらに別のリミッタ値Ｗｅの演算方法を示す。

目標位置ｏｒが比較的近い場合、すなわち、最高回転速
度の指令Ｗｍａつに達する前に、サーボモータ１を減速
しなければならないときに有効である。図に示すように
、（２）、（３）式で求める加速終了時間ｔｚと減速開
始時間ｔ８の大小関係によって、ｔ工〈ｔ、２のとき（
１，とｔ２の関係α ＷｍａＸに達してから減速するので、第６図、第７図の
フローによってリミッタ値を定める（９０１　。

９０５）。一方、ｔ１ンｔ２のときは、まず、時間断し
く９０２）、小さいときは演算時間周期ΔＴ毎にα０ず
つリミッタ値を増やす（９０３）、逆に、ｔがｔ４より
大きいときは、ΔＴ毎にα０ずっリミッタ値を減らす（
９０４）。ここで、ｔ４は最高速度に達する時間である
。なお、第９図のフローにおいて、（１）によるフロー
の選択、すなわち、（２）、（３）、（４）側のフロー
をとるか、（５）側のフローをとるかは起動に先立って
決めておくことができる。

このようにすると、目標位置が近い場合にも本発明が適
用できる。

なお、第５図のフローによると、現在位置θが目標位置
Ｏｒに近づくと速度リミッタ値Ｗｅがほとんどゼロにな
るため１位置制御をするための速度指令が小さくなり、
位置決め完了に時間かががることがある。これを避ける
には第８図のフローと同様に、ｔ、がｔ３に近づいたと
ころで、Ｗｅをある一定値に保っておいてもよい６また
、この実施例では時間ｔがゼロから始まる位置決めを考
えたが、ｔがある初期値をもっているときにも同様に実
行できる。すなわち、指令された位置決めを行うに先立
って（２）、（３）式等で求、ぬる時間に現在の時間ｔ
だけを増加させればよい。さらにまた、実施例では位置
を増加させる場合について示したが、減少させる場合で
も同一であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、位置制御実行中のアルゴリズムが簡単
になってサーボモータの制御応答を高めることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の動作特性図、第３図はその動作全体を示すフローチ
ャート、第４図は位置制御を行うときの制御ブロック図
、第５図ないし第７図はその演算を示すフローチャート
、第８図、第９図は他の演算方法を示すフローチャート
である。 １・・・サーボモータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、サーボモータと、前記サーボモータの速度、位置を
   制御するコントローラと、前記サーボモータの位置決め
   目標位置等を入力するデータ設定装置を備えたサーボモ
   ータの制御装置において、 前記データ設定装置に前記サーボモータの回転軸の目標
   位置、最高回転速度、加減速度を入力し、入力した値に
   基づいて、前記サーボモータの起動に先立つてその加速
   終了時間、減速開始時間を演算後、その値に基づいて位
   置決め制御を実行することを特徴とするサーボモータの
   制御方法。