(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のステップＡないしＦからなるシリンダ位置決め制御方法。
Ａ．シリンダの変位ｘと速度Ｖを取り込むステップ。
Ｂ．前回のオーバーラン距離ｙi-1 、前回のブレーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 、  今回の駆動中のシリンダ速度Ｖi 及び今回の無駄時間ｔlag を次式に入力して、
0003626234.tif 000008
今回のオーバーラン距離ｙi を演算するステップ。
Ｃ．ブレーキ信号を出力すべき条件を満たすときにブレーキ信号を出力するステップ。
Ｄ．ブレーキ信号出力時のシリンダの変位ｘbp及び速度Ｖbpを取り込むステップ。
Ｅ．停止したシリンダの変位ｘstopを取り込むステップ。
Ｆ．ブレーキ信号出力時のシリンダの変位ｘbp、速度Ｖbp及び停止したシリンダの変位  ｘstopから、次回の駆動の演算で使用する前回のオーバーラン距離ｙi-1 及び前回のブ  レーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 を演算するステップ。
【請求項２】
制御動作のスタート直後にシリンダが長時間停止しているか否かを判断し、長時間停止していると判断したときには、ブレーキ機構のオン・オフ作動を数回行わせるステップを備えた請求項１記載のシリンダ位置決め制御方法。
【請求項３】
駆動中のシリンダの変位ｘt 、直前に入力したシリンダの変位ｘt-1 、シリンダの停止目標変位ｘr 及び前記ステップＢで演算した今回のオーバーラン距離ｙi を次式１に入力し、
（３ｘt −ｘt-1 ）／２＞ｘr −ｙi     （式１）
前式１を満たしているとき、前記ステップＣのブレーキ信号を出力すべき条件み満たしているとなし、
前記ステップＦの演算に次式２及び次式３
ｙi-1 ＝ｘstop−ｘbp    （式２）
Ｖi-1 ＝Ｖbp            （式３）
を用いる請求項１又は２記載のシリンダ位置決め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、繰り返し動作するシリンダを、指定位置に停止させるシリンダ位置決め制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に、ピストンロッドを制動するブレーキ機構と、該ピストンロッドの位置を検出する位置センサを備え、制御装置から出力される電気信号に応じた圧縮空気を流出する駆動弁によってピストンロッドの移動を制御して指定位置にシリンダを停止させるシリンダの停止制御装置について出願した（特願平５−２９７５５３号）。この未公知のシリンダの停止制御装置においては、前回のオーバーラン距離分を次回のオーバーラン距離とし、そのオーバーラン距離分だけブレーキポイントを補正することにより位置決めを行うものである。しかし、この制御方法は速度変動が発生した場合には十分な精度が得られないという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
速度変動が発生しても十分な精度を得るためには、シリンダ速度を考慮した学習制御とすることが必要であることは明白である。
本発明は、オーバーラン距離のみでなくシリンダ速度をも入力し学習制御してシリンダの位置決めを行うことを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するために、シリンダ位置決め制御方法において、次のステップＡないしＦを備えることを構成とする。
Ａ．シリンダの変位ｘと速度Ｖを取り込むステップ。
Ｂ．前回のオーバーラン距離ｙi-1 、前回のブレーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 及  び今回の駆動中のシリンダ速度Ｖi 及び今回の無駄時間ｔlag を次式に入力して、
0003626234.tif 000002
今回のオーバーラン距離ｙi を演算するステップ。
Ｃ．ブレーキ信号を出力すべき条件を満たすか否かを判断し、前記条件を満たすときにブ  レーキ信号を出力するステップ。
Ｄ．ブレーキ信号出力時のシリンダの変位ｘbp及び速度Ｖbpを取り込むステップ。
Ｅ．停止したシリンダの変位ｘstopを取り込むステップ。
Ｆ．ブレーキ信号出力時のシリンダの変位ｘbp、速度Ｖbp及び停止したシリンダの変位  ｘstopから、次回の駆動の演算で使用する前回のオーバーラン距離  ｙi-1 及び前回のブレーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 を演算するステップ。
また、本発明は、前記のシリンダ位置決め制御方法において、制御動作のスタート直後にシリンダが長時間停止しているか否かを判断し、長時間停止していると判断したときには、ブレーキ機構のオン・オフ作動を数回行わせる手段を備えたことをも構成とする。
本発明は、前記のシリンダ位置決め制御方法において、駆動中のシリンダの変位ｘt 、直前に入力したシリンダの変位ｘt-1 、シリンダの停止目標変位ｘr 及び前記ステップＢで演算した今回のオーバーラン距離ｙi を次式１に入力し、
（３ｘt −ｘt-1 ）／２＞ｘr −ｙi   （式１）
前式１を満たしているとき、前記ステップＣのブレーキ信号を出力すべき条件をみたしているとなし、
前記ステップＦの演算に次式２及び次式３
ｙi-1 ＝ｘstop−ｘbp    （式２）
Ｖi-1 ＝Ｖbp            （式３）
を用いることをも構成とする。
【０００５】
【作用】
本発明では、前回のオーバーラン距離ｙi-1 、前回のブレーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 及び今回の駆動中のシリンダ速度Ｖi から、今回のオーバーラン距離ｙi を演算し、今回のオーバーラン距離ｙi を考慮してブレーキを作動させる。そして、ブレーキ信号出力時のシリンダの変位ｘbp・速度Ｖbp及び停止したシリンダの変位ｘstopから、次回の駆動の演算で使用する前回のオーバーラン距離ｙi-1 及び前回のブレーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 を演算する。このように学習を繰り返して、より精度の高いオーバーラン距離ｙi を得ることができる。
【０００６】
【実施例】
図１は本発明をエアシリンダに適用した実施例を示す。図１において、シリンダチューブ４の左端にはヘッドカバー２が、そしてシリンダチューブ４の右端にはロッドカバー１がそれぞれ連設される。ロッドカバー１の右端にはカバー３が連設され、ロッドカバー１内にロッドカバー室５が、ロッドカバー１・カバー３内にカバー室６がそれぞれ形成される。ピストンロッド７がロッドカバー１及びカバー３の中央孔に摺動自在に挿通され、ピストンロッド７の左端部にピストン８が固定され、ピストン８はシリンダチューブ４内に摺動自在に嵌合される。ロッドカバー室５内において、位置検出センサ９がピストンロッド７の磁気目盛に対向した位置に配設され、位置検出センサ９によって検出された信号は、不図示のケーブルを通って制御装置に伝送される。
【０００７】
カバー室６内にブレーキ機構が配設され、カバー室６の大径部にブレーキピストン10が摺動可能に嵌合され、ブレーキピストン10はブレーキスプリング11の弾発力によって右方に付勢される。カバー室６の右端には、アームホルダー12が固定され、複数個のブレーキアーム13の右端部がアームホルダー12によって揺動可能に支持される。ブレーキアーム13の右端近傍の内側に凹部が形成され、この凹部にブレーキシューホルダー14が嵌入され、ブレーキシューホルダー14の内側にブレーキシュー15が固定され、ブレーキシュー15の内側はピストンロッド７の表面に対向する。ブレーキアーム13の左端部のピン16にローラ17が回転自在に取着され、ブレーキピストン10の右端部の内面には截頭円錐状（右端部が最大内径）のカム面が形成され、このカム面にローラ17が係合される。ブレーキスプリング11の弾発力によってブレーキピストン10が右方に付勢されると、ブレーキアーム13が内方に揺動し、ブレーキシュー15がピストンロッド７の表面に圧接され、制動力が発生する。ブレーキピストン10の右側のブレーキ室18にエアが供給されると、ブレーキピストン10が左方に移動し制動力が解除される。
【０００８】
ヘッドカバー２にはヘッド側室に連通するヘッド側ポート19が配設され、ロッドカバー１にはロッド側室に連通するロッド側ポート20が配設される。ヘッド側ポート19は配管によって駆動用電磁弁21のＡポートに連通され、同様にロッド側ポート20は駆動用電磁弁21のＢポートに連通される。駆動用電磁弁21のＰ１ポートは圧力調整弁23の流出側ポートに連通され、駆動用電磁弁21のＰ２ポートは圧力調整弁24の流出側ポートに連通される。カバー３のブレーキ室18は配管を介してブレーキ作動用のブレーキ用電磁弁22のＡポートに連通され、ブレーキ用電磁弁22のＰポートは圧力調整弁24の流出側ポートに連通される。  図１に示す位置において、ブレーキ室18内のエアはブレーキ用電磁弁22のＡポート・Ｒポートを通って大気に排気され、他方室内の空気圧及びブレーキスプリング11の弾発力によってブレーキが制動作動（オン）される。エアシリンダのヘッド側室には空気圧源25からの圧縮空気が圧力調整弁23、駆動用電磁弁21のＰ１ポート・Ａポートを通って流入し、エアシリンダのロッド側室には空気圧源25からの圧縮空気が圧力調整弁24、駆動用電磁弁21のＰ２ポート・Ｂポートを通って流入する。このとき、ピストン８は停止され、ピストン８の両側に作用する力は、概ね等しくされている。
ブレーキ用電磁弁22を位置IIに切り換えると、空気圧源25からの圧縮空気が圧力調整弁24、ブレーキ用電磁弁22のＰポート・Ａポートを通ってブレーキ室18に流入し、ブレーキが制動解除（オフ）される。駆動用電磁弁21を位置IIに切り換えると、圧力調整弁23からの圧縮空気がヘッド側室に流入し、駆動用電磁弁21を位置IIに切り換えると、圧力調整弁24からの圧縮空気がロッド側室に流入し、ピストン８が右方又は左方に移動する。
【０００９】
図２は、本発明のシリンダ位置決め制御方法の制御手法を示すフローチャートである。まず、フローチャートのステップで行われる動作の幾つかについて説明する。
最初にオーバーラン距離の推定について説明する。ブレーキ信号出力時を基準としてシリンダ（のピストン）のオーバーラン距離ｙについて、ブレーキ作動信号の出力時から制動が開始される（ブレーキが利き始める）時までのブレーキ無駄時間におけるオーバーラン距離ｙ1 と、制動が開始された後のオーバーラン距離ｙ2 とに分けることができる。
ブレーキ信号出力時のシリンダ速度をＶとし、ブレーキ無駄時間をｔlag とすると、無駄時間におけるオーバーラン距離ｙ1 は、次式(1) となる。
ｙ1 ＝ｔlag Ｖ    ───(1)
制動が開始された後のオーバーラン距離ｙ2 は、ブレーキ力をＦとし、負荷をＭとし、シリンダの運動エネルギーのすべてをブレーキが吸収すると考え、エネルギー保存式より次式(2) となる。
Ｆｙ2 ＝ＭＶ2 ／２    即ち  ｙ2 ＝ＭＶ2 ／２Ｆ  ───(2)
従って、全体のオーバーラン距離ｙは、(1),(2) 式より
ｙ＝ｙ1 ＋ｙ2 ＝ｔlag Ｖ＋ＭＶ2 ／２Ｆ  ───(3)
と推定することができる。
【００１０】
速度を考慮したオーバーラン距離の決定について説明する。
シリンダは繰り返して駆動（走行）されるので、前回の（駆動の）オーバーラン距離ｙi-1 と、前回の（駆動の）ブレーキ信号出力時の速度Ｖi-1 と、その速度に対する速度変動とを考慮して、今回のオーバーラン距離を決定することとする。オーバーラン距離ｙi は、テイラー展開の２次の項まで考慮すると、次のようになる。
0003626234.tif 000003
式(3) のオーバーラン距離ｙを用いると、式(4) は次式(5) となる。
0003626234.tif 000004
また、前回のオーバーラン距離ｙi-1 は式(3) を満たすので、式(6) が得られる。
0003626234.tif 000005
式(6) を式(5) に代入すると次式(7) となる。
0003626234.tif 000006
式(7) により、オーバーラン距離ｙi を求めることができる。
【００１１】
ブレーキポイントの決定について説明する。
ブレーキポイント（ブレーキ信号を出力する変位・位置）ｂp は、停止目標変位（位置）をｘr とし、式(7) のオーバーラン距離ｙi を用いると、次式(8) のとおりとなる。
ｂp ＝ｘr −ｙi   ───(8)
式(8) から分かるとおり、シリンダ変位ｘがブレーキポイントｂp と等しくなったところで、ブレーキ信号を出力すればよいこととなる。しかし、カウンタ値は一定のサンプリングタイムで取り込んでいるので、実際に取り込むことのできる変位ｂp に対して、サンプリングタイムをｔs とすると、ｔs Ｖi の誤差が生ずる。
この誤差を変位ｂp を中心にばらつかせるため、ブレーキ信号の出力は、次式(9) を満たしたときに行う。
0003626234.tif 000007
ここで、ｘt は現在取り込んだ変位であり、ｘt-1 は直前に取り込んだ変位である。シリンダが等速運動をしていると仮定すると、直後に取り込む変位ｘt*1 は、次式(10)であると予想することができる。
ｘt*1 ＝ｘt ＋（ｘt −ｘt-1 ）  ────(10)
そして、変位ｘt は変位ｘt*1 よりも変位ｂp に近いことが必要であるので、次式(11)を満たすことが必要である。
ｘt*1 −ｂp ＞ｂp −ｘt     ────(11)
式(10),(11) を用い整理すると式(9) となる。
【００１２】
次に図２のフローチャートを参照してシリンダ位置決め制御方法の制御について説明する。
制御のプログラムがスタートすると、ステップＳ１において、エアシリンダが長時間停止しているか否かを判断する。連休等で工場が休みとなりエアシリンダが長時間停止すると、ブレーキ機構のブレーキ特性が変化して、エアシリンダの停止精度が悪化する。そして、エアシリンダの長時間停止によるブレーキ特性の変化を予測することは困難であるが、ブレーキ機構のオン・オフ作動を数回（５〜６回）繰り返すことにより、ブレーキの特性が長時間停止前の特性に回復することが明らかになった。そこで、エアシリンダの長時間停止による停止精度の悪化を改善するため、ステップＳ１において、エアシリンダが長時間停止しているか否かを判断する。
エアシリンダが長時間停止していないときはステップＳ３に進み、長時間停止したときはステップＳ２でブレーキ機構のオン・オフ作動を数回行い、その後にステップＳ３に進む。
【００１３】
ステップＳ３で駆動用電磁弁がオンとなり、例えば駆動用電磁弁21が位置III に切り換えられて、ピストン８が右方への移動を開始する。
ステップＳ４において、位置検出センサ９からの入力信号からエアシリンダのピストン８の位置Ｘと速度Ｖを演算しコンピュータに入力する。
ステップＳ５において、前記式(7) を用い、前回の駆動時のオーバーラン距離ｙi-1 、前回駆動時のブレーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 、今回の駆動中のシリンダ速度Ｖi 及びブレーキ無駄時間ｔlag からオーバーラン距離ｙi の演算を行う。
ステップＳ６において、駆動中のシリンダ変位ｘt 、直前に入力したシリンダの変位ｘt-1 、シリンダの停止目標変位ｘr 及びステップＳ５で演算したオーバーラン距離ｙi を用い、ブレーキ条件に関する前記式(9) を満たしているか否かについて判断する。式(9) を満たしていないときはステップＳ４へ戻り、満たしているときはステップＳ７へ移る。
【００１４】
ステップＳ７において、ブレーキ信号を出力する。このとき、ブレーキ用電磁弁22が位置IIに切り換えられ、制動が開始される。また、駆動用電磁弁21を位置IIに戻す。
ステップＳ８において、ブレーキ信号出力時のシリンダの変位ｘbp及び速度Ｖbpを取り込む。
ステップＳ９において、ブレーキ機構の制動によりシリンダが停止したか否かを判断し、停止したときにはステップＳ１０へ移る。
ステップＳ１０において、停止したシリンダの変位ｘstopを取り込む。
ステップＳ１１において、ステップＳ８及びステップＳ１０で取り込んだデータを用いて、式ｙi-1 ＝ｘstop−ｘbp  及び式Ｖi-1 ＝Ｖbp  の演算を行う。
ステップＳ１１で演算された結果を、次回のオーバーランの演算（ステップＳ５）において、前回のオーバーラン距離ｙi-1 、前回のブレーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 として用い、このように学習を繰り返し、速度変動をも考慮してオーバーラン距離が決定される。
【００１５】
ステップＳ１２において、後退信号が出力される。このとき、駆動用電磁弁21が位置Ｉに切り換えられ、ブレーキ用電磁弁22が位置IIに切り換えられる。圧縮空気が圧力調整弁24から駆動用電磁弁21のＰ２ポート・Ｂポート、ロッド側ポート20を通ってロッド側室に流入し、また圧縮空気が圧力調整弁24からブレーキ用電磁弁22のＰポート・Ａポートを通ってブレーキ室18に流入する。ブレーキ機構の制動が解除され、ピストン８は左方へ移動する。
ステップＳ１３において、変位ｘ＝０の出発点に戻ったか否かを判断する。出発点に戻ったと判断されるとステップＳ１４へ移る。
ステップＳ１４において、終了か否かを判断し、終了と判断したときは終了し、そうではないときはステップＳ３に戻る。
【００１６】
【発明の効果】
本発明では、前回のオーバーラン距離ｙi-1 、前回のブレーキ信号出力時のシリンダ速度Ｖi-1 及び今回の駆動中のシリンダ速度Ｖi を用いて今回のオーバーラン距離ｙi を演算する。従って、オーバーラン距離のみでなくシリンダ速度をも取り込む学習制御でシリンダの位置決めを行うこととなり、シリンダの停止精度が大きく向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をエアシリンダに適用した実施例を示す。
【図２】本発明の制御手法を示すフローチャートである。
【図１】
0003626234.tif 000009
【図２】
0003626234.tif 000010