(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度制御回路５５およびトルク制御回路５６を有するサーボモータ３と、速度制御回路５５に与える速度指令を発生する速度パターン発生回路３１と、トルク制御回路５６に与えるトルク指令を発生するトルクパターン発生回路３２と、速度パターン発生回路３１およびトルクパターン発生回路３２にタイミング信号を与える基準時間発生回路３３と、前記サーボモータの制御回路の状態を速度制御またはトルク制御に切り替える指令を出力する速度・トルク切替回路４２とを設け、
スタート信号を受けると速度・トルク切替回路４２はトルク制御から速度制御に切り替える指令を出力してサーボモータの制御回路を速度制御に切り替え、同時に基準時間発生回路３３を作動させて、速度パターン発生回路３１およびトルクパターン発生回路３２にタイミング信号を入力し、速度パターン発生回路３１が出力する速度指令信号を速度制御回路５５に与え、速度・トルク切替回路４２により基準時間発生回路３３のタイミング信号をカウントして目標位置の直前で速度制御からトルク制御への切替指令を出力してサーボモータの制御回路をトルク制御に切り替え、トルクパターン発生回路３２の発生するトルク指令信号をトルク制御回路５６に与えることにより前記サーボモータ３をトルク制御してストッパーにぶっつけ停止させることを特徴とする位置制御ループを持たないサーボモータのぶっつけ停止による位置制御方法。
【請求項２】
トルク制御回路７２を有するサーボモータ３と、トルク制御回路７２に与えるトルク指令を発生するトルクパターン発生回路６１と、トルクパターン発生回路６１にタイミング信号を与える基準時間発生回路６２とを設け、
スタート信号を受けると基準時間発生回路６２を作動させて、トルクパターン発生回路６１にタイミング信号を入力して、予め設定されたパターンのトルク指令を発生させ、前記サーボモータを前記トルク指令に追従させることによって、サーボモータを目標位置に接近させてストッパーにぶっつけ停止させ、目標位置に到達後は目標位置に常に接するに必要なトルクを発生させることを特徴とする位置制御ループを持たないサーボモータのぶっつけ停止による位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速搬送機械他の高速簡易位置制御に適用されるぶっつけ停止位置決め方法に関し、特に短時間の移動でぶっつけ停止を行う必要がある位置制御ループを持たないサーボモータのぶっつけ停止による位置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この簡易位置制御は図２に示すようになっている。
図２において、１はコントローラ、２はサーボドライバ、３はサーボモータ、４はパルスゼネレータ、５はギア機構、６は負荷、７・８はストッパ、１１は
ディジタル出力回路（以下ＤＯ回路）、２１はトルク制御回路、２２はトルク指令設定部、２３はトルク指令１・２を切り替えるセレクタＳＷ、２４はディジタル入力回路（以下ＤＩ回路）である。
図２の例では、トルク指令設定部２２が発生するトルク指令を、サーボドライバ２のトルク制御回路２１によりトルク制御を行う。この方法では、サーボドライバ２はトルク制御のみで、サーボドライバ３に与えるトルク指令を正側移動時はトルク指令１、逆側移動時はトルク指令２に切り替えて、サーボモータ３をストッパ７または８に衝突させて止める、いわゆるぶっつけ停止による位置制御を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、数ミリ秒の短時間に移動してぶっつけ停止させる場合、ストッパにかなりの速度で衝突、停止させることになり、精度の低下は勿論、機械、モータの機械的耐久性の面で問題があった。
この解決方法として、サーボモータの制御ループに位置ループを設けて位置制御する方法があるが、コストが高くなるばかりでなく、数ミリ秒という非常に短い時間での位置制御では、位置ループを追加することによる制御の遅れが問題になってくる。
そこで、本発明は、位置ループを使用せず移動中もサーボモータを制御することによりスムーズに負荷を停止させるようにしたぶっつけ停止による位置制御方法を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の第１のぶっつけ停止による位置制御方法は、速度制御回路５５およびトルク制御回路５６を有するサーボモータ３と、速度制御回路５５に与える速度指令を発生する速度パターン発生回路３１と、トルク制御回路５６に与えるトルク指令を発生するトルクパターン発生回路３２と、速度パターン発生回路３１およびトルクパターン発生回路３２にタイミング信号を与える基準時間発生回路３３と、前記サーボモータの制御回路の状態を速度制御またはトルク制御に切り替える指令を出力する速度・トルク切替回路４２とを設け、
スタート信号を受けると速度・トルク切替回路４２はトルク制御から速度制御に切り替える指令を出力してサーボモータの制御回路を速度制御に切り替え、同時に基準時間発生回路３３を作動させて、速度パターン発生回路３１およびトルクパターン発生回路３２にタイミング信号を入力し、速度パターン発生回路３１が出力する速度指令信号を速度制御回路５５に与え、速度・トルク切替回路４２により基準時間発生回路３３のタイミング信号をカウントして目標位置の直前で速度制御からトルク制御への切替指令を出力してサーボモータの制御回路をトルク制御に切り替え、トルクパターン発生回路３２の発生するトルク指令信号をトルク制御回路５６に与えることにより前記サーボモータ３をトルク制御してストッパーにぶっつけ停止させるものである。
また、本発明の第２のぶっつけ停止による位置制御方法は、トルク制御回路７２を有するサーボモータ３と、トルク制御回路７２に与えるトルク指令を発生するトルクパターン発生回路６１と、トルクパターン発生回路６１にタイミング信号を与える基準時間発生回路６２を設け、スタート信号６７出されると、基準時間発生回路６２が作動して、その基準時間に応じてトルクパターン発生回路６１からトルク指令が出力され、トルク指令リミッタ６３、アナログ出力回路６４、アナログ入力回路７１を介して、サーボモータ３のトルク制御回路７２にトルク指令信号を与えるものである。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の原理を説明する。サーボモータを選定する際は、あるイナーシャの負荷を、目標とする位置に決められた時間内に到達可能なトルクおよび速度が発生可能かどうかを検討する。
また負荷外乱、機械的ロス、効率等の大きさも検討する。もし、サーボモータの機械系は機械的なロスも少ない効率の良い機械で、移動中に負荷外乱はなく、上記条件を満足できるトルクおよび速度を発生可能ならば、サーボモータは与えられた速度指令、トルク指令に追従可能と判断できる。また、サーボモータの速度応答性は優れており、速度制御系の積分時間をクリティカルに調整すれば、サーボモータは速度指令に十分追従して動作するとみなすことができる。
次に、本発明の第１のぶっつけ停止による位置制御方法について説明する。前述のように調整されたサーボモータシステムでは、移動距離は速度指令の積分値と等価のため、目標となる移動距離（位置）に相当する速度指令のパターンを予め決定しておき、そのパターンに従って決められた時間毎に速度指令を出力すれば、位置フィードバックなしの簡易位置制御が実現可能である。目標位置まで移動後はトルク制御に切り換えて、ストッパに接する位置に負荷を保持することが可能となる。
次に、本発明の第２のぶっつけ停止による位置制御方法について説明する。
第１の方法を使用して制御する際に、速度パターンを決定する計算で移動するために必要なトルクは演算できる。本発明の第２のぶっつけ停止による位置制御方法では、その演算されたトルクをトルク指令パターンとして使用することにより、トルク制御によるぶっつけ停止による位置制御が可能となる。目標位置まで移動後の制御は第１の方法と同様である。
また、計算で算出しなくても、第１の方法で制御した場合のトルクをモニタし、それをトルク指令パターンとして使用してもよい。
上記第１、第２のぶっつけ停止による位置制御方法の手段により、数ミリ秒という非常に短い時間での移動でもスムーズに負荷を加減速して、ストッパに接触停止させることができるので、ストッパにぶつかる場合の衝撃をやわらげることができる。
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は、本発明の第１のぶっつけ停止による位置制御方法の実施例を示す制御ブロック図である。図において、３０はプログラマブルコントローラ（以下コントローラ）、５０はサーボドライバである。また、３はサーボモータ、４はパルスゼネレータで、その他のギヤ機構５、ストッパー７等は図２と同じであるので図示を省略している。
コントローラ３０の内部の構成を説明すると、３１は速度パターン発生回路、３２はトルクパターン発生回路、３３は基準時間発生回路、３４は速度指令リミッタ、３５はトルク指令リミッタ、３６・３７はアナログ出力回路（以下Ａ／Ｏ）、３８・３９はディジタル出力回路（以下ＤＯ）、４０はパルスゼネレータのパルス信号を計数するカウンタ、４１は位置モニタ、４２は基準時間発生回路の信号に基づいて速度制御とトルク制御を切り替える指令を出す速度・トルク切替回路である。さらに、４３はサーボモータの始動開始指令と同時にオンする接点信号、４４・４５はそれぞれ速度制御選択リレー・トルク制御選択リレーで、接点４４ａ、４５ｂはそれぞれのリレー接点である。
サーボドライバ５０の内部構成を説明すると、５１・５２はアナログ入力回路（以下Ａ／Ｉ）、５３・５４はディジタル入力回路（以下ＤＩ）、５５は速度制御回路、５６はトルク制御回路、５７は速度制御選択リレー、５８はトルク制御選択リレーである。
以下、図１に基づいて作用を説明する。始動開始まで（図の速度パターン発生回路３１、トルクパターン発生回路３２における指令パターングラフのｔ0 −ｔ1 の間）は、ストッパーに押しつけて停止状態を維持している。この間トルク制御の状態であるので接点４５ｂ・５８ｂは閉じているが、時間ｔ1 からはスタート信号接点４３が閉じると同時に、速度・トルク切替回路４２がリレー４４をオンして速度制御選択指令を出し、それにより接点４４ａ・５７ａが閉じて速度制御が選択される。
基準時間発生回路３３が出力するタイミング信号に基づいて速度パターン発生回路３１はパターンに沿った速度指令を順次発生する。この速度指令信号はリミッタ３４、Ａ／Ｏ３６、Ａ／Ｉ５１を介して速度制御回路５５に与えられる。速度制御回路５５は、パルスゼネレータ４で検出された速度信号との偏差に応じてトルク指令を発生し、接点５７ａを介してトルク制御回路５６にトルク指令を与える。サーボモータ３はトルク制御回路５６の発生する電流指令に基づいて回転する。このようにして駆動されるサーボモータ３は、速度パターン発生回路３１の発生する速度指令のパターンに従って加減速を行う。サーボモータの移動距離が時間的に終点ｔ2 に接近すると、適当なタイミングで速度制御からトルク制御に切り替える必要がある。その方法はつぎのようにして行われる。
すなわち、速度パターン発生回路３１が出力した速度指令の積分値が位置すなわち移動距離を表しているので、目標位置に接近したか否かは基準時間発生回路３３のタイミング信号をカウントすることにより判断できる。したがって、このカウント値が目標位置の直前に達したときにそれを検出して速度・トルク切替回路４２により、サーボドライバ５０に出力する指令をトルク指令３２に切替え、同時にサーボドライバ５０の制御を速度制御からトルク制御に切り替える。
この方法によれば、目標位置の直前では、速度指令を停止寸前の値まで下げることができるため、ストッパ接触時の衝撃は軽減され、トルクパターン発生回路３２のパターンを変えることにより、衝突時の跳ね返りを適度に抑制することができる。
図２は、本発明の第２のぶっつけ停止による位置制御方法の実施例を示す制御ブロック図である。図において、６０はプログラマブルコントローラ（以下コントローラ）、７０はサーボドライバである。また、３はサーボモータ、４はパルスゼネレータで、その他のギヤ機構５、ストッパー７等は図２と同じであるので図示を省略している。
コントローラ６０の内部の構成を説明すると、６１はトルクパターン発生回路、６２は基準時間発生回路、６３はトルク指令リミッタ、６４はアナログ出力回路（以下Ａ／Ｏ）、６５はパルスゼネレータのパルス信号を計数するカウンタ、６６は位置モニタ、６７はサーボモータの始動開始指令と同時にオンするスタート信号用の接点信号である。
サーボドライバ７０の内部構成を説明すると、７１はアナログ入力回路（以下Ａ／Ｉ）、７２はトルク制御回路である。
以下、図２に基づいて本発明の第２のぶっつけ停止による位置制御方法の実施例の作用を説明する。サーボモータが移動開始するまでは、サーボモータの押しつけトルクにより負荷をストッパーに押しつけて停止状態を維持している（図のトルクパターン発生回路６１における指令パターングラフの保持ｔの間）。スタート信号６７が閉じて、基準時間発生回路６２からタイミング信号が出力されると、このタイミング信号に基づいてトルクパターン発生回路６１は予め設定されたパターンに沿って加速、減速に必要なトルク指令信号を順次発生する。
このトルク指令信号はリミッタ６３、Ａ／Ｏ６４，Ａ／Ｉ７１を介してトルク制御回路７２にトルク指令を与える。サーボモータ３はトルク制御回路７２の発生する電流指令に基づいて回転する。このようにして駆動されるサーボモータ３は、トルク指令パターン発生回路６１の発生するトルク指令のパターンにしたがって加減速を行う。サーボモータの移動距離が時間的にｔ１に達すると、パターンに従って減速し、終点ｔ２に接近すると、適当なタイミングでトルク指令をパターンに従って０とし、保持トルク指令に切り換える。
この方法によれば、目標位置の直前では、速度を停止寸前の値まで下げることができるため、ストッパ接触時の衝撃は緩和され、第１の方法と同様に、トルクパターン発生回路６１のパターンを変えることにより、衝突時の跳ね返りを適度に抑制することができる。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、以下のような効果がある。
すなわち、請求項１記載の発明については、予めパターン化した速度指令・トルク指令を発生させておき、始動開始と同時に速度指令のパターンによって速度制御しながら負荷を移動させ、停止直前までには十分低い速度指令を与えるようにしておき、停止直前に到達したときに速度指令をトルク指令に切り替えるようにしたので、停止時に衝撃が少なくストッパに接触し、負荷をストッパと接する位置に保持することができる。
請求項２記載の発明については、予めパターン化したトルク指令を発生させておき、始動開始と同時にトルク指令のパターンによってトルク制御しながら負荷を移動させ、停止直前までには十分低いトルク指令を与えるようにしておき、停止時には衝撃が少なくストッパーに接触し、負荷をストッパと接する位置に保持することができる。第１の方法との違いは、切替回路が必要ないこと、速度ループがないため制御が単純なこと、剛性のない機械に対しても、速度ループのゲイン等を調整する必要がないため、機械設備への適用が容易である。
また、前記いづれの発明においても、停止後は跳ね返りを抑えるに必要な適度なトルクで負荷をストッパと接する位置に保持することができる。さらに、位置制御ループを使用しないので、追加に伴う制御応答遅れもなく、位置制御用のカウンタも必要ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１のぶっつけ停止による位置制御方法の実施例
【図２】本発明による第２のぶっつけ停止による位置制御方法の実施例
【図３】従来のぶっつけ停止による位置制御方法の例
【符号の説明】
１  従来技術のコントローラ
２  従来技術のサーボドライバ
３  サーボモータ
４  パルスゼネレータ
５  ギア機構
６  負荷
７、８  ストッパ
２１  トルク制御回路
２２  トルク指令設定部
２３  トルク指令切替ＳＷ
３０  第１の発明のコントローラ
５０  第１の発明のサーボドライバ
３１  速度パターン発生回路
３２  トルクパターン発生回路
３３  基準時間発生回路
３４  速度指令リミッタ
３５  トルク指令リミッタ
４２  速度・トルク切替回路
４３  スタート信号
５５  速度制御回路
５６  トルク制御回路
５７、５７ａ  速度制御選択リレー、およびその接点
５８、５８ａ  トルク制御選択リレー、およびその接点
６０  第２の発明のコントローラ
７０  第２の発明のサーボドライバ
６１  トルクパターン発生回路
６２  基準時間発生回路
６７  スタート信号
７２  トルク制御回路
【図１】
0003680874.tif 000002
【図２】
0003680874.tif 000003
【図３】
0003680874.tif 000004