JP3173530B2 - 電動機の位置決め制御装置 - Google Patents
電動機の位置決め制御装置Info
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- JP3173530B2 JP3173530B2 JP25412292A JP25412292A JP3173530B2 JP 3173530 B2 JP3173530 B2 JP 3173530B2 JP 25412292 A JP25412292 A JP 25412292A JP 25412292 A JP25412292 A JP 25412292A JP 3173530 B2 JP3173530 B2 JP 3173530B2
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- Japan
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- deceleration
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- control device
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】加減速演算を備えた電動機の位置
決め制御装置に関する。
決め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】加減速演算を備えた位置決め装置の従来
例を図２に示す。図中、位置決め制御装置はモーション
制御命令解読手段２０１、位置指令演算手段２０２、加
減速演算手段２０３から成る位置指令生成装置２４０と
電動機２３０を駆動する位置制御装置２２０から構成さ
れる。モーション制御命令解読手段２０１は位置決め命
令を解釈して、位置指令演算手段２０２に送り速度Ｆ[p
ps] と移動距離を入力する。位置指令演算手段２０２は
特定の周期（サンプリング周期）毎に、位置指令を位置
制御装置２２０に出力する。加減速演算を行う目的は、
位置指令データの速度成分が急激に（例えば、微分不可
能な不連続関数状）変化する場合に、指令の加速度成分
が規定された最大加速度を越えないようにすることであ
る。加減速計算アルゴリズムとしては、図４のブロック
線図に示す指数関数型が一般的に用いられている。図中
のωが設定すべき加減速パラメータであり、このパラメ
ータによって指令の加速度成分の最大値が変化する。ま
た例えば、特開平２−６６０１２号公報には、円滑な速
度制御を行うサーボモータの制御技術が示されている。
例を図２に示す。図中、位置決め制御装置はモーション
制御命令解読手段２０１、位置指令演算手段２０２、加
減速演算手段２０３から成る位置指令生成装置２４０と
電動機２３０を駆動する位置制御装置２２０から構成さ
れる。モーション制御命令解読手段２０１は位置決め命
令を解釈して、位置指令演算手段２０２に送り速度Ｆ[p
ps] と移動距離を入力する。位置指令演算手段２０２は
特定の周期（サンプリング周期）毎に、位置指令を位置
制御装置２２０に出力する。加減速演算を行う目的は、
位置指令データの速度成分が急激に（例えば、微分不可
能な不連続関数状）変化する場合に、指令の加速度成分
が規定された最大加速度を越えないようにすることであ
る。加減速計算アルゴリズムとしては、図４のブロック
線図に示す指数関数型が一般的に用いられている。図中
のωが設定すべき加減速パラメータであり、このパラメ
ータによって指令の加速度成分の最大値が変化する。ま
た例えば、特開平２−６６０１２号公報には、円滑な速
度制御を行うサーボモータの制御技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】いかなる電動機もそれ
自身が発生し得る最大加速度以下の加速度で使用しなけ
ればならない為、前記加減速パラメータ値の設定はきわ
めて重要である。従来は、加減速演算の為の１パラメー
タとして、前記加減速演算手段に直接人間（作業者）が
設定していた。また、従来、パラメータωと電動機の加
速度成分の最大値との関係が明らかにされていなかっ
た。このため、パラメータ値は人間の勘に頼ることとな
り、極めて重要なパラメータであるにもかかわらず、設
定に個人差が生じるという、大きな問題点がある。ま
た、普通、一度設定した加減速パラメータに対して、複
数の位置決め制御命令（ブロック）が実行される。複数
の位置決め制御命令に対して、電動機の加速度成分が規
定された最大加速度を越えないようにするために、前記
加減速パラメータを最も高速度の位置決め動作用に設定
する必要がある。この様に設定すると、低速度の送り時
には、必要以上に加減速パラメータが小さいこととな
り、加減速動作による時間遅れが、当該速度の最適パラ
メータを設定した場合と比べて大きくなる。即ち、加減
速により必要以上の時間が浪費され、位置決め制御に要
する時間に無駄が生じるという問題点がある。作業のタ
クトタイムを短縮するという観点から位置決め制御時間
の短縮は非常に重要な問題である。このため、各位置決
め制御命令毎に加減速パラメータを自動的に設定するこ
とが強く望まれる。これを実現するためには、電動機の
加速度（独立変数）から加減速パラメータ（従属変数）
を計算できる様に定式化することが必要不可決の条件で
ある。しかしながら、後述の（６）式から（９）式で説
明しているように、前記条件を満足するためには（８）
式を逆に解く必要がある。このためには、（９）式を逆
に解く（解析的に）必要があるが、このことは著しく困
難である。従って、各位置決め制御命令毎に加減速パラ
メータを自動的に設定することはほとんど不可能であっ
た。前記特開平２−６６０１２号公報でも、この問題に
ついては何も示されていない。すなわち、本発明は、上
述した問題点を全て解決することを目的としている。
自身が発生し得る最大加速度以下の加速度で使用しなけ
ればならない為、前記加減速パラメータ値の設定はきわ
めて重要である。従来は、加減速演算の為の１パラメー
タとして、前記加減速演算手段に直接人間（作業者）が
設定していた。また、従来、パラメータωと電動機の加
速度成分の最大値との関係が明らかにされていなかっ
た。このため、パラメータ値は人間の勘に頼ることとな
り、極めて重要なパラメータであるにもかかわらず、設
定に個人差が生じるという、大きな問題点がある。ま
た、普通、一度設定した加減速パラメータに対して、複
数の位置決め制御命令（ブロック）が実行される。複数
の位置決め制御命令に対して、電動機の加速度成分が規
定された最大加速度を越えないようにするために、前記
加減速パラメータを最も高速度の位置決め動作用に設定
する必要がある。この様に設定すると、低速度の送り時
には、必要以上に加減速パラメータが小さいこととな
り、加減速動作による時間遅れが、当該速度の最適パラ
メータを設定した場合と比べて大きくなる。即ち、加減
速により必要以上の時間が浪費され、位置決め制御に要
する時間に無駄が生じるという問題点がある。作業のタ
クトタイムを短縮するという観点から位置決め制御時間
の短縮は非常に重要な問題である。このため、各位置決
め制御命令毎に加減速パラメータを自動的に設定するこ
とが強く望まれる。これを実現するためには、電動機の
加速度（独立変数）から加減速パラメータ（従属変数）
を計算できる様に定式化することが必要不可決の条件で
ある。しかしながら、後述の（６）式から（９）式で説
明しているように、前記条件を満足するためには（８）
式を逆に解く必要がある。このためには、（９）式を逆
に解く（解析的に）必要があるが、このことは著しく困
難である。従って、各位置決め制御命令毎に加減速パラ
メータを自動的に設定することはほとんど不可能であっ
た。前記特開平２−６６０１２号公報でも、この問題に
ついては何も示されていない。すなわち、本発明は、上
述した問題点を全て解決することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明では、加減速演算を備えた電動機の位置決め
制御装置において、電動機を駆動する位置制御手段と、
加減速パラメータωに応じた指数加減速がかかった位置
指令を出力する加減速演算手段と、前記加減速演算手段
に位置指令を出力する位置指令演算手段と、送り速度と
位置決め距離とを前記位置指令演算手段に出力するモー
ション制御命令解読手段とを備え、前記送り速度Fとあ
らかじめ設定した電動機の最大加速度ａmaxと前記位置
制御装置の位置ループゲインKpとを定数と指数関数を用
いた数式に用いて、前記加減速パラメータωを位置ルー
プゲインKpで割った値x（x＝ω／Kp）を計算し、前記x
に前記Kpをかけることで前記加減速パラメータωをもと
めることを特徴とするものである。また、加減速演算を
備えた電動機の位置決め制御装置において、前記送り速
度Fとあらかじめ設定した電動機の最大加速度ａmaxと前
記位置制御装置の位置ループゲインKpとを2次までの多
項式となる数式に用いて、前記加減速パラメータωを位
置ループゲインKpで割った値x（x＝ω／Kp）を計算し、
前記xに前記Kpをかけることで前記加減速パラメータω
をもとめることを特徴とするものである。
め、本発明では、加減速演算を備えた電動機の位置決め
制御装置において、電動機を駆動する位置制御手段と、
加減速パラメータωに応じた指数加減速がかかった位置
指令を出力する加減速演算手段と、前記加減速演算手段
に位置指令を出力する位置指令演算手段と、送り速度と
位置決め距離とを前記位置指令演算手段に出力するモー
ション制御命令解読手段とを備え、前記送り速度Fとあ
らかじめ設定した電動機の最大加速度ａmaxと前記位置
制御装置の位置ループゲインKpとを定数と指数関数を用
いた数式に用いて、前記加減速パラメータωを位置ルー
プゲインKpで割った値x（x＝ω／Kp）を計算し、前記x
に前記Kpをかけることで前記加減速パラメータωをもと
めることを特徴とするものである。また、加減速演算を
備えた電動機の位置決め制御装置において、前記送り速
度Fとあらかじめ設定した電動機の最大加速度ａmaxと前
記位置制御装置の位置ループゲインKpとを2次までの多
項式となる数式に用いて、前記加減速パラメータωを位
置ループゲインKpで割った値x（x＝ω／Kp）を計算し、
前記xに前記Kpをかけることで前記加減速パラメータω
をもとめることを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】まず、（９）式を（１０）式で近似することに
より（１２）式が導出でき、従って、従来ほとんど不可
能と考えられていた電動機の加速度（独立変数）から加
減速パラメータ（従属変数）を計算できる様に定式化す
ることができる。即ち、各位置決め制御命令毎に、位置
決め制御命令で指定される送り速度とあらかじめ設定し
た電動機の最大加速度と前記位置制御装置の位置ループ
ゲインとから加減速パラメータを演算し、前記加減速パ
ラメータを前記加減速演算手段にセットすることによ
り、各位置決め制御命令毎に加減速パラメータを自動的
に設定することができる。従って、各位置決め制御動作
毎の加減速に要する時間を必要最小限とすることがで
き、かつ、作業者に依存せずに、常に最適なパラメータ
を自動的に設定できる。
より（１２）式が導出でき、従って、従来ほとんど不可
能と考えられていた電動機の加速度（独立変数）から加
減速パラメータ（従属変数）を計算できる様に定式化す
ることができる。即ち、各位置決め制御命令毎に、位置
決め制御命令で指定される送り速度とあらかじめ設定し
た電動機の最大加速度と前記位置制御装置の位置ループ
ゲインとから加減速パラメータを演算し、前記加減速パ
ラメータを前記加減速演算手段にセットすることによ
り、各位置決め制御命令毎に加減速パラメータを自動的
に設定することができる。従って、各位置決め制御動作
毎の加減速に要する時間を必要最小限とすることがで
き、かつ、作業者に依存せずに、常に最適なパラメータ
を自動的に設定できる。
【０００６】
【実施例】本発明の実施例として、一定速度で電動機を
回す、即ちランプ状の位置指令（速度成分はステップ関
数状）を加減速演算手段に入力する場合を考える。まず
加減速パラメータωと指令の加速度成分の最大値との関
係式を導出する。指数加減速を用いた位置制御系を図４
に示す。速度Ｆ［PPS ］の一定速度で送る場合、位置指
令はランプ関数であるから、位置制御系の加速度は
回す、即ちランプ状の位置指令（速度成分はステップ関
数状）を加減速演算手段に入力する場合を考える。まず
加減速パラメータωと指令の加速度成分の最大値との関
係式を導出する。指数加減速を用いた位置制御系を図４
に示す。速度Ｆ［PPS ］の一定速度で送る場合、位置指
令はランプ関数であるから、位置制御系の加速度は
【０００７】
【数１】
【０００８】となる。（１）式を逆ラプラス変換すると
加速度は
加速度は
【０００９】
【数２】
【００１０】となる。加速度の最大値を求めるために、
（２）式において
（２）式において
【００１１】
【数３】
【００１２】とおく。（３）式において
【００１３】
【数４】
【００１４】より、（３）式は
【００１５】
【数５】
【００１６】の時、最大値をとるので、（５）式を
（２）式に代入すると、加速度の最大値ａmax は
（２）式に代入すると、加速度の最大値ａmax は
【００１７】
【数６】
【００１８】となる。（６）式において、
【００１９】
【数７】
【００２０】とおくと、加速度の最大値ａmax は ａmax ＝ＦＫP ｆ( ｘ) (8) となる。ここで、
【００２１】
【数８】
【００２２】である。（７）式〜（９）式は、加減速フ
ィルタのパラメータωを決定した後、位置制御系の最大
加速度を求める為の数式である。あらかじめ与えられた
最大加速度を越えないようにパラメータωの値を決める
場合には、（８）式を逆に解く必要がある。このために
は、（９）式を逆に解く（解析的に）必要があるが、こ
のことは著しく困難である。（９）式を逆に解くため、
（９）式を
ィルタのパラメータωを決定した後、位置制御系の最大
加速度を求める為の数式である。あらかじめ与えられた
最大加速度を越えないようにパラメータωの値を決める
場合には、（８）式を逆に解く必要がある。このために
は、（９）式を逆に解く（解析的に）必要があるが、こ
のことは著しく困難である。（９）式を逆に解くため、
（９）式を
【００２３】
【数９】
【００２４】で近似する。図５に示すように、α＝0.36
6 、β＝４とすれば、（１０）式は（９）式とほぼ一致
する。（１０）式を（８）式に適用する（(8) 式のｆ(
ｘ)をｆ1(ｘ) で置き換える）と、位置制御系の最大加
速度は
6 、β＝４とすれば、（１０）式は（９）式とほぼ一致
する。（１０）式を（８）式に適用する（(8) 式のｆ(
ｘ)をｆ1(ｘ) で置き換える）と、位置制御系の最大加
速度は
【００２５】
【数１０】
【００２６】となる。（１１）式をｘについて解くと
【００２７】
【数１１】
【００２８】を得る。次に、本発明の第１の実施例を説
明する。図１において、位置決め制御装置はモーション
制御命令解読手段１０１、位置指令演算手段１０２、加
減速演算手段１０３、加減速パラメータ演算手段１１０
から成る位置指令生成装置１４０と電動機１３０を駆動
する位置制御装置１２０から構成される。モーション制
御命令解読手段１０１は位置決め命令を解釈して、送り
速度Ｆ[pps] と電動機の最大加速度 amax [pulse/s2]を
加減速パラメータ演算手段１１０に出力すると同時に、
送り速度と移動距離を位置指令演算手段１０２に入力す
る。位置指令演算手段１０２は特定の周期（サンプリン
グ周期）毎に、移動すべき位置データを演算し、前記デ
ータを加減速演算手段に入力する。加減速パラメータ演
算手段は、前記送り速度Ｆと前記最大加速度 amax 及び
位置制御装置の比例ゲイン Kp とを（１２）式に用いて
ｘを計算し、このｘを（７）式に適用して加減速パラメ
ータωを計算する。前記最大加速度 amax と前記比例ゲ
イン Kp は、計算パラメータとして前記加減速パラメー
タ演算手段に、あらかじめ設定しておいてもよい。加減
速パラメータ演算手段は計算したωの値を前記加減速演
算手段にセットする。ωのセット後、加減速演算手段
は、前記位置データに図３に示す加減速演算を行ない、
位置指令データとする。つぎに、加減速演算手段は特定
の周期（サンプリング周期）毎に、前記位置指令データ
を位置制御装置１２０に出力する。次に、本発明の第２
の実施例を説明する。前記（１２）式の演算を、簡単化
するために、（１２）式を近似式で表現する。まず、
（１０）式と（１１）式から
明する。図１において、位置決め制御装置はモーション
制御命令解読手段１０１、位置指令演算手段１０２、加
減速演算手段１０３、加減速パラメータ演算手段１１０
から成る位置指令生成装置１４０と電動機１３０を駆動
する位置制御装置１２０から構成される。モーション制
御命令解読手段１０１は位置決め命令を解釈して、送り
速度Ｆ[pps] と電動機の最大加速度 amax [pulse/s2]を
加減速パラメータ演算手段１１０に出力すると同時に、
送り速度と移動距離を位置指令演算手段１０２に入力す
る。位置指令演算手段１０２は特定の周期（サンプリン
グ周期）毎に、移動すべき位置データを演算し、前記デ
ータを加減速演算手段に入力する。加減速パラメータ演
算手段は、前記送り速度Ｆと前記最大加速度 amax 及び
位置制御装置の比例ゲイン Kp とを（１２）式に用いて
ｘを計算し、このｘを（７）式に適用して加減速パラメ
ータωを計算する。前記最大加速度 amax と前記比例ゲ
イン Kp は、計算パラメータとして前記加減速パラメー
タ演算手段に、あらかじめ設定しておいてもよい。加減
速パラメータ演算手段は計算したωの値を前記加減速演
算手段にセットする。ωのセット後、加減速演算手段
は、前記位置データに図３に示す加減速演算を行ない、
位置指令データとする。つぎに、加減速演算手段は特定
の周期（サンプリング周期）毎に、前記位置指令データ
を位置制御装置１２０に出力する。次に、本発明の第２
の実施例を説明する。前記（１２）式の演算を、簡単化
するために、（１２）式を近似式で表現する。まず、
（１０）式と（１１）式から
【００２９】
【数１２】
【００３０】である。図５より、0 ≦ f1(x) ≦0.366
であり、α＝0.366 、β＝４であるから、
であり、α＝0.366 、β＝４であるから、
【００３１】
【数１３】
【００３２】である。（１２）式の自然対数ｅの項をテ
ーラ展開し、２次までの多項式で近似すると
ーラ展開し、２次までの多項式で近似すると
【００３３】
【数１４】
【００３４】となる。（１５）式のγはテーラ展開では
1/2 であるが、ここでは近似誤差を最小にするためにパ
ラメータとする。α＝0.366 、β＝4 、γ＝１とした
時、（１２）式と（１５）式の計算結果を図６に示す。
図より、（１５）式の近似式は（１２）式をほぼ近似で
きている。即ち、前記送り速度Ｆ[pps] と前記最大加速
度ａmax 及び位置制御装置の比例ゲイン Kp とを（１
２）式に適用してｘを計算し、このｘを（７）式に適用
して加減速パラメータωを計算する。本実施例の動作
は、（１２）式のかわりに（１５）式を用いる他は、実
施例１の場合と同一である。なお、（１５）式におい
て、α、β、γはすべて定数であるから、あらかじめ指
数および割り算計算を行っておけるため（１２）式と比
べると加減速パラメータωを計算する場合に、対数ある
いは指数の計算が不要であり、（１２）式を用いる第１
の実施例よりも計算が単純となり、計算時間を短縮でき
る。
1/2 であるが、ここでは近似誤差を最小にするためにパ
ラメータとする。α＝0.366 、β＝4 、γ＝１とした
時、（１２）式と（１５）式の計算結果を図６に示す。
図より、（１５）式の近似式は（１２）式をほぼ近似で
きている。即ち、前記送り速度Ｆ[pps] と前記最大加速
度ａmax 及び位置制御装置の比例ゲイン Kp とを（１
２）式に適用してｘを計算し、このｘを（７）式に適用
して加減速パラメータωを計算する。本実施例の動作
は、（１２）式のかわりに（１５）式を用いる他は、実
施例１の場合と同一である。なお、（１５）式におい
て、α、β、γはすべて定数であるから、あらかじめ指
数および割り算計算を行っておけるため（１２）式と比
べると加減速パラメータωを計算する場合に、対数ある
いは指数の計算が不要であり、（１２）式を用いる第１
の実施例よりも計算が単純となり、計算時間を短縮でき
る。
【０００３５】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明では、（９）
式を（１０）式という単純かつ高精度な数式で近似した
ことにより、従来ほとんど不可能と考えられていた電動
機の加速度（独立変数）から加減速パラメータ（従属変
数）を計算できることになり、前記加減速パラメータを
加減速演算手段にセットすることにより、各位置決め制
御命令毎に加減速パラメータを自動的に設定することが
できるという大きな効果がある。このため、加減速パラ
メータの設定に人間を介在させず、設定値の個人差をな
くせるという効果もある。また、（１２）式によって、
常に、各位置決め命令毎に最適な加減速パラメータが計
算できるという効果がある。このため、位置決め制御時
間が短縮され作業のタクトタイムが短縮できるという効
果が生じる。さらに、（１５）式によって加減速パラメ
ータを計算することにより、（１２）式を用いる場合よ
りも計算が単純化でき、計算時間を短縮できるという効
果がある。
式を（１０）式という単純かつ高精度な数式で近似した
ことにより、従来ほとんど不可能と考えられていた電動
機の加速度（独立変数）から加減速パラメータ（従属変
数）を計算できることになり、前記加減速パラメータを
加減速演算手段にセットすることにより、各位置決め制
御命令毎に加減速パラメータを自動的に設定することが
できるという大きな効果がある。このため、加減速パラ
メータの設定に人間を介在させず、設定値の個人差をな
くせるという効果もある。また、（１２）式によって、
常に、各位置決め命令毎に最適な加減速パラメータが計
算できるという効果がある。このため、位置決め制御時
間が短縮され作業のタクトタイムが短縮できるという効
果が生じる。さらに、（１５）式によって加減速パラメ
ータを計算することにより、（１２）式を用いる場合よ
りも計算が単純化でき、計算時間を短縮できるという効
果がある。
【図１】本発明による位置決め制御系
【図２】従来の位置決め制御系
【図３】指数加減速演算のブロック線図
【図４】指数加減速を備えた位置制御系
【図５】（９）式と（１０）式の比較
【図６】（１２）式と（１５）式の比較
１０１、２０１ モーション制御命解読手段 １０２、２０２ 位置指令演算手段 １０３、２０３ 加減速演算手段 １１０ 加減速パラメータ演算手段 １２０、２２０位置制御装置 １３０、２３０ 電動機 １４０ 位置指令生成装置 ２４０ 従来の位置指令生成装置
Claims (2)
- 【請求項１】 加減速演算を備えた電動機の位置決め制
御装置において、前記電動機を駆動する位置制御手段
と、 加減速パラメータωに応じた指数加減速がかかった位置
指令を出力する加減速演算手段と、 前記加減速演算手段に位置指令を出力する位置指令演算
手段と、 送り速度と位置決め距離とを前記位置指令演算手段に出
力するモーション制御命令解読手段とを備え、 前記送り速度Fとあらかじめ設定した電動機の最大加速
度ａ max と前記位置制御装置の位置ループゲインKpとを
定数と指数関数を用いた数式に用いて、前記加減速パラ
メータωを位置ループゲインKpで割った値x（x＝ω／K
p）を計算し、 前記xに前記Kpをかけることで前記加減速パラメータω
をもとめる ことを特徴とする電動機の位置決め制御装
置。 - 【請求項２】加減速演算を備えた電動機の位置決め制御
装置において、 前記送り速度Fとあらかじめ設定した電動機の最大加速
度ａ max と前記位置制御装置の位置ループゲインKpとを2
次までの多項式となる数式に用いて、前記加減速パラメ
ータωを位置ループゲインKpで割った値x（x＝ω／Kp）
を計算し、 前記xに前記Kpをかけることで前記加減速パラメータω
をもとめることを特徴とする請求項１記載の電動機の位
置決め制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25412292A JP3173530B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 電動機の位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25412292A JP3173530B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 電動機の位置決め制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0683454A JPH0683454A (ja) | 1994-03-25 |
| JP3173530B2 true JP3173530B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=17260535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25412292A Expired - Fee Related JP3173530B2 (ja) | 1992-08-28 | 1992-08-28 | 電動機の位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3173530B2 (ja) |
-
1992
- 1992-08-28 JP JP25412292A patent/JP3173530B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0683454A (ja) | 1994-03-25 |
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