(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の周期を持ったサンプリング信号を出力する発振器と、アナログ信号をディジタル信号に変換し速度指令を出力するＡ／Ｄ変換器と、速度指令を変換して速度指令１を出力する変換手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出器と、回転位置検出信号を計数して実速度信号を出力する実速度測定手段と、前記速度指令１と実速度信号を比較してモータの通電電流を制御するモータ制御手段とより成り、前記変換手段は制御パラメータを記憶したメモリと加速度設定手段と速度指令変換手段を含み、前記メモリは規定の速度Ｓｒに到達するに要する時間Ｔａと、規定の速度Ｓｒから停止するに要する時間Ｔｄと、サンプリング周期Ｔｓ毎に最大加速および最大減速において加速度指令が変化する時間Ｔ１とを備え、前記加速度設定手段はステップ数演算手段により最大ステップ数ＱｍをＱｍ＝Ｔ１／Ｔｓなる計算式で求め、第１の演算手段により加速時の加加速度指令ΔＡａをΔＡａ＝Ｓｒ／（Ｔａ×Ｑｍ）なる計算式で求め、第２の演算手段により減速時の加加速度指令ΔＡｄをΔＡｄ＝Ｓｒ／（Ｔｄ×Ｑｍ）なる計算式で求め、速度指令変換手段によりサンプリング周期毎に現在ステップ数Ｑ０に前記Ｑｍの制限のもとで０、＋１、−１を加算して３通りのステップ数Ｑｋを算出し、各々のＱｋについて加速度指令が０になる時点での到達速度指令を計算し、到達速度指令と速度指令入力との比較により次のサンプリング周期におけるステップ数Ｑｋおよび速度指令１を決定し出力するようにしたモータ制御装置。
【請求項２】
速度指令変換手段はサンプリング周期毎に新速度指令Ｖｋを現在速度指令Ｖ０を基準として加速時はＶｋ＝Ｖ０＋ΔＡａ×Ｑｋなる式で、減速時はＶｋ＝Ｖ０＋ΔＡｄ×｜Ｑｋ｜なる式で計算し出力するようにした請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
速度指令変換手段は到達速度指令Ｖｄを加速時はＶｄ＝Ｖ０＋ΔＡａ×Ｑｋ×（Ｑｋ＋１）／２なる式で、減速時はＶｄ＝Ｖ０＋ΔＡｄ×｜Ｑｋ｜×（｜Ｑｋ｜＋１）／２なる式で求めるようにした請求項１記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの速度を制御する制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータの速度を制御する制御装置では、例えば起動スイッチをＯＮ／ＯＦＦして加速あるいは減速時に速度指令が急激に変化するような場合においても速度指令を変換しないで与えたり、あるいは一定の加速度指令で制限を加えていわゆる台形の速度指令に変換して与えて、モータの実速度との偏差に応じてモータの通電電流を制御する構成であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のモータの速度を制御する制御装置では、例えば速度指令が変化するとその変化に応じたモータ電流が流れ、特に急激に速度指令が大きく加速または減速方向に変化した場合には最大の加速電流または減速電流が流れたり、あるいは速度指令が定常状態に移行する場合や逆に定常状態から加速あるいは減速状態に切り替わる時点においてモータ電流が急に変化し、従って負荷に対して過大なトルク変化を生じるという不具合があった。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するもので、簡単な構成および計算により速度指令入力の急激な変化に対し滑らかな速度指令と電流・トルク変化が得られるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明のモータ制御装置は、一定の周期のサンプリング周期毎に処理を行うディジタルモータ制御システムにおいて、速度指令入力と比較して台形の加速度指令を決定し、この加速度指令を基に速度指令を台形＋Ｓ字の速度指令として変換し出力する変換手段と、実速度との偏差に応じてモータへの通電電流を制御するモータ制御手段を備えている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、一定の周期を持ったサンプリング信号を出力する発振器と、アナログ信号をディジタル信号に変換し速度指令を出力するＡ／Ｄ変換器と、速度指令を変換して速度指令１を出力する変換手段と、モータの回転位置を検出する回転位置検出器と、回転位置検出信号を計数して実速度信号を出力する実速度測定手段と、前記速度指令１と実速度信号を比較してモータの通電電流を制御するモータ制御手段とより成り、前記変換手段は制御パラメータを記憶したメモリと加速度設定手段と速度指令変換手段を含み、前記メモリは規定の速度Ｓｒに到達するに要する時間Ｔａと、規定の速度Ｓｒから停止するに要する時間Ｔｄと、サンプリング周期Ｔｓ毎に最大加速および最大減速において加速度指令が変化する時間Ｔ１とを備え、前記加速度設定手段はステップ数演算手段により最大ステップ数ＱｍをＱｍ＝Ｔ１／Ｔｓなる計算式で求め、第１の演算手段により加速時の加加速度指令ΔＡａをΔＡａ＝Ｓｒ／（Ｔａ×Ｑｍ）なる計算式で求め、第２の演算手段により減速時の加加速度指令ΔＡｄをΔＡｄ＝Ｓｒ／（Ｔｄ×Ｑｍ）なる計算式で求め、速度指令変換手段によりサンプリング周期毎に現在ステップ数Ｑ０に前記Ｑｍの制限のもとで０、＋１、−１を加算して３通りのステップ数Ｑｋを算出し、各々のＱｋについて加速度指令が０になる時点での到達速度指令を計算し、到達速度指令と速度指令入力との比較により次のサンプリング周期におけるステップ数Ｑｋおよび速度指令１を決定し出力するよう構成されており、加速時と減速時の加加速度指令を独立して演算して設定された通りのＳ字時間幅と加速度を備えた台形＋Ｓ字の速度指令が得られるようになり、滑らかな速度指令に基づく電流制御が行われるディジタルモータ制御システムを構築することが可能となる。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の発明は、速度指令変換手段はサンプリング周期毎に新速度指令Ｖｋを現在速度指令Ｖ０を基準として加速時はＶｋ＝Ｖ０＋ΔＡａ×Ｑｋなる式で、減速時はＶｋ＝Ｖ０＋ΔＡｄ×｜Ｑｋ｜なる式で計算し出力するようにした構成であり、比較的簡単な計算式により加加速度指令とステップ数から速度指令に変換されるようになる。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の発明は、速度指令変換手段は到達速度指令Ｖｄを加速時はＶｄ＝Ｖ０＋ΔＡａ×Ｑｋ×（Ｑｋ＋１）／２なる式で、減速時はＶｄ＝Ｖ０＋ΔＡｄ×｜Ｑｋ｜×（｜Ｑｋ｜＋１）／２なる式で求めるようにした構成であり、加速時と減速時と別の加加速度に従って簡単な計算式で最短時間で加速度が０になる時点の到達速度を計算することが可能となる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図１を用いて説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施例におけるブロック図を示すものである。
【００１１】
１は速度指令を設定するボリュームであり０Ｖ〜Ｖｃの速度指令電圧をＡ／Ｄ変換器２に入力する。３はモータ４の駆動・停止を指令するスイッチであり、ＯＮにすると速度指令電圧を０Ｖに固定し停止を指令し、ＯＦＦにすると起動を指令する。５はＡ／Ｄ変換器からのディジタルに変換された速度指令を受けて発振器６からの一定の周期Ｔｓを持ったパルス状のサンプリング信号に同期してサンプリング周期Ｔｓ間の速度指令に変換して速度指令１を出力する変換手段を示し、７はモータ４への通電電流を制御するモータ制御手段であり、８はモータ軸の回転位置を検出する回転位置検出器９からのパルス状の回転位置信号を前記サンプリング周期間計数してモータの実速度信号を出力する速度測定手段を示し、上記変換手段５、モータ制御手段７の制御部および速度測定手段８は通常マイクロコンピュータによって制御される。
【００１２】
上記のように構成された本発明の動作について図２のタイムチャートを参照して以下に述べる。
【００１３】
まず、作業者によりスイッチ３がＯＦＦにされるとモータ４はボリューム１で設定された速度指令入力Ｓｍに向かって起動される。変換手段５は台形の加速度指令で近似される加速度指令をもとに速度指令入力Ｓｍと比較してサンプリング周期Ｔｓ毎の速度指令１に変換し出力する。すなわち、サンプリング周期Ｔｓ毎に許容される加速度指令の変化値を所定の単位ステップの加加速度として規定しかつ最大加速度指令を加加速度指令の倍数のステップ数として規定して、加速度指令が０になる時点の到達速度指令を演算し、この演算結果と速度指令入力Ｓｍとの比較により次のサンプリング周期間の加速度指令を決定し、この加速度指令を基に速度指令１を演算し出力するように処理され、上記単位ステップの加加速度指令がサンプリング周期毎に変化している加速度指令の区間がＳ字速度指令となり、最大加速度指令で制限されている区間が台形速度指令の脚部に相当する速度指令となる。このようにして、Ｓ字→台形（脚部）→Ｓ字→台形（Ｓｍ）の加速における速度指令パターンが速度指令１として変換器５により変換されて出力され、モータ制御手段７は速度指令信号１と速度測定手段８からの実速度信号との偏差に応じてモータ４への通電電流を制御し速度指令１に略等しい実速度パターンが得られるように動作が行われる。一方、スイッチ１がＯＮされると速度指令入力Ｓｍは０となるので加速度は負となり、前記と同様にして速度０に向けてＳ字→台形（脚部）→Ｓ字→速度０の減速における速度指令パターンが得られる。
【００１４】
ここで、上記変換手段５は図３に示すようにメモリ１０および加速度設定手段１１および速度指令変換手段１２とで構成されており、以下に図３について説明する。
【００１５】
メモリ１０は通常電源をオフしてもデータが消えないような不揮発性のメモリが使用され、制御パラメータとして図２のタイムチャートにも示されるようにＳ字速度指令時間Ｔ１、加速時間Ｔａ、減速時間Ｔｄがオペレータにより設定される。ここで加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄは、図２においては速度指令入力Ｓｍと停止間の時間として表されているが通常上記速度指令入力Ｓｍではなく規定の速度Ｓｒとしてメモリ１０の制御パラメータに含められた値が用いられ、即ち加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄは加速度を表す制御パラメータに相当するものとしている。
【００１６】
次に加速度設定手段１１の動作について図４のブロック図を参照して述べる。
【００１７】
オペレータにより、負荷の加減速特性に合わせてその滑らかさがＳ字区間の速度指令時間Ｔ１として設定されるとシステムのサンプリング周期Ｔｓとにより、ステップ数演算手段１３で最大ステップ数ＱｍがＱｍ＝Ｔ１／Ｔｓにより計算され出力される。ここで最大ステップ数Ｑｍは後述する量子化された加加速度指令ΔＡのステップ数として整数値に丸められる。一方、制御パラメータの一つである規定の速度Ｓｒまでの加速時間Ｔａが設定されると、第１の加加速度演算手段１４により加速時の加加速度指令ΔＡａはΔＡａ＝Ｓｒ／（Ｔａ×Ｑｍ）で計算され出力される。即ち加速時の加加速度指令ΔＡａは、サンプリング周期Ｔｓ毎に加速度指令が変化し得る値を示すものである。また同様にして、第２の加加速度演算手段１５により減速時の加加速度指令ΔＡｄはΔＡｄ＝Ｓｒ／（Ｔｄ×Ｑｍ）で計算され出力される。
【００１８】
以上のようにして、最大ステップ数Ｑｍ、加速時の加加速度指令ΔＡａおよび減速時の加加速度指令ΔＡｄが決定され、ステップ数確定手段１６により速度指令入力Ｓｍとの比較においてステップ数Ｑｋが決定されることになるがこの点について以下に図５（ａ）、（ｂ）および図６を用いて説明を加える。
【００１９】
図５は速度指令変換手段の速度指令への変換処理を示すタイムチャートであり（ａ）は加速時、（ｂ）は減速時を示しており、同様に図６はフローチャートを示す。
【００２０】
図５において、加速度指令は量子化された加速時の加加速度指令ΔＡａを単位ステップとして階段状に表されており、サンプリング周期Ｔｓ毎の変化は単位ステップに相当する加加速度指令ΔＡａで制限されて更新され、また現在のステップ数をＱ０としている。なお、ｙ軸の加速度指令は単位ステップに相当する加速時の加加速度指令ΔＡａ（正の値）にステップ数Ｑの絶対値を乗じた値となり正の領域となる。一方、速度指令はサンプリング周期Ｔｓ毎に上記加速度指令を現在速度指令Ｖ０に加えることにより得られる。ここで、サンプリング周期Ｔｓ毎の加速度指令の変化は単位ステップの加加速度指令ΔＡとして制限されているため現在加速度ステップ数Ｑ０を基準とすれば新加速度ステップ数ＱｋはＱ０＋１，Ｑ０，Ｑ０−１のいずれかとなり、また新速度指令Ｖｋは、
Ｖｋ＝Ｖ０＋ΔＡａ×Ｑｋ                            ―――（１）となり、さらに引き続き最短時間で加速度指令が０に至るまでの加速度指令パターンおよび速度指令パターンを同図に示している。ここで加速度指令が０に至る時点での到達速度指令Ｖｄは、現在速度指令Ｖ０に加速度指令の積分値として表される変化速度指令Ｖｃを加算することにより得られ、即ち新加速度ステップ数をＱｋとすれば、
Ｖｄ＝Ｖ０＋ΔＡａ×Ｑｋ×（Ｑｋ＋１）／２          ―――（２）となる。
【００２１】
上述した３通りの新加速度について（２）式に代入し、到達速度指令Ｖｄを算出して速度指令入力Ｖｔと比較し、加速時には最大加速度指令パターンでまた減速時は最小加速度指令パターンでＶｔに最も近くかつＶｔ≧Ｖｄなる条件を満足する１つの新加速度指令Ｑｋを決定する。図５の実施例において決定される新加速度指令ステップ数Ｑｋの結果は、加速時・減速時ともＱｋ＝Ｑ０となる。
【００２２】
ここで、減速時の動作についても上述した加速時の動作と同様であるが、減速時の加加速度指令ΔＡｄは負の値でありステップ数は絶対値として計算され、加速度指令は負となり到達速度指令Ｖｄは（３）式により、新速度指令Ｖｋは（４）式により計算される。
【００２３】
Ｖｄ＝Ｖ０＋ΔＡｄ×｜Ｑｋ｜×（｜Ｑｋ｜＋１）／２  ―――（３）
Ｖｋ＝Ｖ０＋ΔＡｄ×｜Ｑｋ｜                        ―――（４）
上述のようにして決定された新加速度ステップ数Ｑｋを基に加速時は（１）式に、減速時には（４）式に代入して新速度指令Ｖｋを算出し速度指令１として出力する。
【００２４】
上述した動作を図６のフローチャートに加速時と減速時に分けて記述しているが、特に新ステップ数Ｑｋが０の場合は速度指令は一定の定常状態となるが上記に述べた制御では速度指令入力と速度指令出力との間にディジタル化に伴う量子化誤差、すなわち加加速度指令ΔＡａおよびΔＡｄ以下の速度指令の変化には対応できないものとなる。そこで、本願発明では同図に示すように加速度指令が０（ステップ数が０）の場合には速度指令入力Ｓｍをそのまま出力する処理を行い、定常状態における速度指令誤差を０にしている。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明のモータ制御装置は、一定の周期のサンプリング周期毎に処理を行うディジタルモータ制御システムにおいて、台形の加速度指令で制限を加えて速度指令入力を台形＋Ｓ字の速度指令に変換する変換手段と、実速度との偏差に応じてモータへの通電電流を制御するモータ制御手段を備えており、本発明によれば簡単な構成および計算により速度指令入力の急激な変化に対し滑らかな速度指令に基づく電流制御が得られるようになる。
【００２６】
また、本発明によれば定常状態においてディジタル制御の量子化に伴う誤差を軽減し、速度指令に忠実な速度指令が得られるようになる。
【００２７】
さらに本発明によれば、加速時と減速時の加加速度指令を独立して演算するので設定された通りのＳ字字間幅と加速度指令を備えた台形＋Ｓ字の速度指令が得られるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例におけるモータ制御装置のブロック図
【図２】  本発明の動作を示すタイムチャート
【図３】  変換手段のブロック図
【図４】  加速度設定手段処理を示すブロック図
【図５】  （ａ）加速時の速度指令変換手段の動作を示すタイムチャート
（ｂ）減速時の速度指令変換手段の動作を示すタイムチャート
【図６】  速度指令変換手段の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１  ボリューム
２  Ａ／Ｄ変換器
３  スイッチ
４  モータ
５  変換手段
６  発振器
７  モータ制御手段
８  速度測定手段
９  回転位置検出器
１０  メモリ
１１  加速度設定手段
１２  速度指令変換手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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