(57)【要約】【課題】  加速する場合は加速度ａ以内、減速する場合は減速度ｂ以内におさめた位置制御装置および位置指令装置とその方法を提供する。【解決手段】  位置決めコマンドから位置指令周期ごとに指令位置を生成する位置指令部（１）と、指令位置とモータ位置から指令速度を生成する位置制御部（２）と、指令速度とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部（３）と、トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部（４）と、を備えた位置制御装置において、位置指令部は、位置決めコマンドの加速度、減速度、移動距離からピーク速度を生成するピーク速度生成部（１３）と、ピーク速度から指令位置の基本パターンを生成する基本パターン生成部（１２）と、基本パターンと移動距離から補正パルスを生成する補正パルス生成部（１３）と、補正パルスと基本パターンから指令速度パターンを生成する指令速度パターン生成部（１４）とを備えた。【選択図】図１
2008282142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決めコマンドから位置指令周期ごとに指令位置を生成する位置指令部と、前記指令位置とモータ位置から指令速度を生成する位置制御部と、前記指令速度とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備えた位置制御装置において、
前記位置指令部は、前記位置決めコマンドの加速度、減速度、移動距離からピーク速度を生成するピーク速度生成部と、前記ピーク速度から指令位置の基本パターンを生成する基本パターン生成部と、前記基本パターンと前記移動距離から補正パルスを生成する補正パルス生成部と、前記補正パルスと前記基本パターンから指令速度パターンを生成する指令速度パターン生成部と、を備えることを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
前記ピーク速度生成部は、（１）式に基づいてピーク速度を生成することを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
2008282142.tif 000007
ただし、ｓ    移動距離    （パルス）
ａ    加速度      （パルス／Ｔｓ２）
ｂ    減速度      （パルス／Ｔｓ２）
ｖｐ  ピーク速度  （パルス／Ｔｓ）
Ｔｓ  位置指令周期  （ｓ）
【請求項３】
前記基本パターン生成部は、前記加速度の整数倍で前記ピーク速度以下の最大値である加速ピーク速度と、前記減速度の整数倍で前記ピーク速度以下の最大値である減速ピーク速度を使用して基本パターンを生成することを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項４】
前記補正パルス生成部は、補正パルスを前記移動距離と前記基本パターンの移動距離である基本パターン移動距離の差とすることを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項５】
前記指令速度パターン生成部は、補正パルスを加速ピーク速度で除し、商に相当する位置指令周期分前記加速ピーク速度を追加し、余りに相当するパルスを減速パターンの単調性を保てる部分に挿入することを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項６】
位置決めコマンドの加速度、減速度、移動距離からピーク速度を生成するピーク速度生成部と、前記ピーク速度から指令位置の基本パターンを生成する基本パターン生成部と、前記基本パターンと前記移動距離から補正パルスを生成する補正パルス生成部と、前記補正パルスと前記基本パターンから指令速度パターンを生成する指令速度パターン生成部と、を備えることを特徴とする位置指令装置。
【請求項７】
位置制御装置に位置指令を与える位置指令装置の位置指令生成方法において、
位置決めコマンドの加速度、減速度、移動距離からピーク速度を生成するステップと、
前記ピーク速度から指令位置の基本パターンを生成するステップと、
前記基本パターンと前記移動距離から補正パルスを生成するステップと、
前記補正パルスと前記基本パターンから指令速度パターンを生成するステップと、
を備えることを特徴とする位置指令生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決めシステムに使用される位置制御装置および位置指令装置と位置指令生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は位置決めシステムの構成を表すブロック図である。図２において、１は位置指令部、２は位置制御部、３は速度制御部、４はトルク制御部、５はモータ速度生成部である。また、６はモータ、７は位置検出器、１は上位システムである。上位システム１の位置決めコマンドの加速度ａ、減速度ｂ、移動距離ｓによって位置指令部１は指令速度パターンを生成する。位置制御部２は位置指令とモータ位置から速度指令を生成し、速度制御部３は速度指令とモータ速度からトルク指令を生成する。モータ駆動部４はトルク指令に基づいてモータに電流を供給し駆動する。検出器７はモータに結合されておりモータ位置を生成する。モータ速度生成部５はモータ位置の差分をとりモータ速度を生成する。
【０００３】
図３は位置指令部１の処理内容を表すフローチャートである。図１において、先ず、ステップＳＴ１で目標位置を入力する。次に、ステップＳＴ２で移動距離ｓを算出する。移動距離ｓは、現在位置から目標位置までの距離であり、目標位置から現在位置を減ずることによって算出する。次に、ステップＳＴ３で指令速度パターンを生成する。指令速度パターンは、位置制御部へ出力する指令速度ｖの指令周期毎の値を時系列に並べたものであり、指令周期毎の指令速度ｖを全て加算すると移動距離ｓと一致するように生成する。
指令速度パターンを生成したら、それに従って、ステップＳＴ４で指令周期毎に指令速度ｖを位置制御部へ出力する。位置制御部への指令速度ｖの出力は、指令速度パターンを出力し終えるまでサンプリング時間毎に行う。ステップＳＴ５で指令速度パターンを出力し終えると終了となる。指令周期毎の指令速度ｖを全て加算すると移動距離ｓとなるので、モータの位置は目標位置と一致する。
【０００４】
位置指令部１は、予め何らかの手段で設定された加速度ａ及び減速度ｂを保持している。加速度ａは、指令速度ｖが指令周期ごとに増加するつまり加速する時の増分値であり、減速度ｂは、指令速度ｖが減少するつまり減速する時の減少分の値である。
図４は指令速度パターンを生成する手順を表したフローチャートである。図において、先ず、ステップＳＴ１１でピーク速度ｖｐを算出する。従来の方法では、ピーク速度ｖｐの算出は（１）式によって行う。
【０００５】
【数１】
2008282142.tif 000003
ここで
ｖｐ   ：  ピーク速度  （パルス／Ｔｓ）
ｓ    ：  移動距離    （パルス）
ａ    ：  加速度      （パルス／Ｔｓ２）
ｂ    ：  減速度      （パルス／Ｔｓ２）
【０００６】
図５は（１）式を導出する指令速度パターンである。図５において、指令速度ｖは、先ず、ゼロからピーク速度ｖｐに達するまで、指令周期Ｔｓ毎に、加速度ａづつ加速する。ピーク速度ｖｐが加速の終わりである。次に、ピーク速度ｖｐより減速度ｂだけ小さい速度からゼロに達するまで、指令周期Ｔｓ毎に、減速度ｂづつ減速する。ピーク速度ｖｐより減速度ｂだけ小さい速度が減速の始まりである。
図４において、ピーク速度ｖｐ算出の次に、ステップＳＴ１２で加速ピーク速度ｖａ及び減速ピーク速度ｖｂを算出する。加速ピーク速度ｖａは、ピーク速度ｖｐ以下で最大となる加速度ａの整数倍の値とする。減速ピーク速度ｖｂは、ピーク速度ｖｐから減速度ｂを減じた値以下で最大となる減速度ｂの整数倍の値とする。次に、ステップＳＴ１３で余りを除く指令速度パターンを生成する。余りを除く指令速度パターンは、指令速度ｖについて、ゼロから加速ピーク速度ｖａまで、サンプリング時間ｔｓ毎に、加速度ａづつ加速させ、続いて、減速ピーク速度ｖｂからゼロまで、指令周期Ｔｓ毎に、減速度ｂづつ減速させることによって生成する。次にステップＳＴ１４で余りｒを算出する。余りｒは、移動距離ｓから、余りを除く指令速度パターンの指令周期毎の指令速度ｖを全て加算した値を減じた値とする。最後に、ステップＳＴ１５で指令速度パターンを生成する。
指令速度パターンは、余りを除く指令速度パターンに、余りｒを分割して挿入することによって生成する。図５は従来の方法で生成した余りを除く指令速度パターンに、余りｒを分割して挿入した指令速度パターンである。余りｒを加速ピーク速度ｖｐで割った商をｎ、剰余をｍとし、余りｒをｒ１、ｒ２、・・・ｒｎ及びｒｎ＋１に分割する。ｒ１、ｒ２、・・・ｒｎにはｖｐの値を代入しｒｎ＋１にはｍの値を代入する。ｒ１ｋ、ｒ２、・・・ｒｎは、余りを除く指令速度パターンの中の、加速の終わりと減速の始まりの間に挿入する。ｒｎ＋１は、余りを除く指令速度パターンの中の、指令周期の指令速度ｖ以下となりかつ次指令周期の指令速度ｖより大きくなる所に挿入する。
ここで、従来の方法によると、加速の終わりから減速の始まりに移る時の指令速度ｖの変化が、設定された減速度ｂを超えることがある。
【０００７】
図６は、移動距離ｓ＝１０８，加速度ａ＝５，減速度ｂ＝３とした場合の、従来の方法の具体的実施例の指令速度パターンである。
式２より、ピーク速度ｖｐは、（２）式になる。
【０００８】
【数２】
2008282142.tif 000004
加速ピーク速度ｖａは、ピーク速度ｖｐ＝２０以下で最大となる加速度ａ＝５の整数倍の値であるので、ｖａ＝２０となる。減速ピーク速度ｖｂは、ピーク速度ｖｐ＝２０から減速度ｂ＝３を減じた値以下で最大となる減速度ｂ＝３の整数倍の値であるので、ｖｂ＝１５となる。余りを除く指令速度パターンは、指令速度ｖについて、ゼロから加速ピーク速度ｖａ＝２０まで、指令周期Ｔｓ毎に、加速度ａ＝５づつ加速させ、続いて、減速ピーク速度ｖｂ＝１５からゼロまで、指令周期Ｔｓ毎に、減速度ｂ＝３づつ減速させた形となる。余りｒは、移動距離ｓ＝１０８から、余りを除く指令速度パターンのサンプリング時間毎の指令速度ｖを全て加算した値を減じた値であるので、（３）式になる。
ｒ＝１０８−（５＋１０＋１５＋２０＋１５＋１２＋９＋６＋３）＝１３    （３）                                                                                  余りｒを加速ピーク速度ｖｐで割った商ｎ及び剰余ｍは、（５）式になる
ｎ＝ｔ／Ｖｐ＝１３／２０＝０                  （４）
ｍ＝ｒ−ｎ×Ｖａ＝１３−０×２０＝１３        （５）
ｒ１＝１３が指令周期の指令速度ｖ以下となりかつ次指令周期の指令速度ｖより大きくなる所は、ｖ＝１５とｖ＝１２の間であるので、ｖ＝１５とｖ＝１２の間にｒ１＝１３を挿入する。
結果、本実施例において、加速の終わりであるｖ＝２０から減速の始まりであるｖ＝１５に移る時の減速度は５となり、設定された減速度ｂ＝３を超える。
以上のように、従来の指令速度パターン作成方法は、ピーク速度ｖｐを式２により算出し、加速ピーク速度ｖａを、ピーク速度ｖｐ以下で最大となる加速度ａの整数倍の値とし、減速ピーク速度ｖｂを、ピーク速度ｖｐから減速度ｂを減じた値以下で最大となる減速度ｂの整数倍の値とする、というものだった。
【非特許文献１】「プログラマブルコントローラＳＹＳＭＡＣ  ＣＰシリーズ  ＣＰ１Ｈ  ＣＰＵユニット  ユーザーズマニュアル  Ｍａｎ．Ｎｏ．ＳＢＣＡ−３４０Ｂ」オムロン株式会社  ２００６年４月  Ｐ．５−５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の、ピーク速度ｖｐを（１）式により算出し、加速ピーク速度ｖａを、ピーク速度ｖｐ以下で最大となる加速度ａの整数倍の値とし、減速ピーク速度ｖｂを、ピーク速度ｖｐから減速度ｂを減じた値以下で最大となる減速度ｂの整数倍の値とする方法では、加速ピーク速度ｖａと減速ピーク速度ｖｂの関係についてｖａ−ｖｂが減速度ｂ以内になるという保証がない為、加速の終わりから減速の始まりに移る時の指令速度ｖの変化が、設定された減速度ｂを超えることがある、という問題があった。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、加速ピーク速度ｖａと減速ピーク速度ｖｂの関係について、ｖａ≦ｖｂの場合はｖｂ−ｖａが加速度ａ以内、  ｖａ≧ｖｂの場合はｖａ−ｖｂが減速度ｂ以内になるという保証を与え、加速の終わりから減速の始まりに移る時の指令速度ｖの変化を、加速する場合は加速度ａ以内、減速する場合は減速度ｂ以内におさめた位置制御装置および位置指令装置とその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、位置決めコマンドから位置指令周期ごとに指令位置を生成する位置指令部と、前記指令位置とモータ位置から指令速度を生成する位置制御部と、前記指令速度とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、を備えた位置制御装置において、前記位置指令部は、前記位置決めコマンドの加速度、減速度、移動距離からピーク速度を生成するピーク速度生成部と、前記ピーク速度から指令位置の基本パターンを生成する基本パターン生成部と、前記基本パターンと前記移動距離から補正パルスを生成する補正パルス生成部と、前記補正パルスと前記基本パターンから指令速度パターンを生成する指令速度パターン生成部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記ピーク速度生成部は、（１）式に基づいてピーク速度を生成することを特徴とするものである。
【００１１】
【数３】
2008282142.tif 000005
ただし、ｓ    移動距離    （パルス）
ａ    加速度      （パルス／Ｔｓ２）
ｂ    減速度      （パルス／Ｔｓ２）
ｖｐ  ピーク速度  （パルス／Ｔｓ）
Ｔｓ  位置指令周期  （ｓ）
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記基本パターン生成部は、前記加速度の整数倍で前記ピーク速度以下の最大値である加速ピーク速度と、前記減速度の整数倍で前記ピーク速度以下の最大値である減速ピーク速度を使用して基本パターンを生成することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記補正パルス生成部は、補正パルスを前記移動距離と前記基本パターンの移動距離である基本パターン移動距離の差とすることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記指令速度パターン生成部は、補正パルスを加速ピーク速度で除し、商に相当する位置指令周期分前記加速ピーク速度を追加し、余りに相当するパルスを減速パターンの単調性を保てる部分に挿入することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、位置決めコマンドの加速度、減速度、移動距離からピーク速度を生成するピーク速度生成部と、前記ピーク速度から指令位置の基本パターンを生成する基本パターン生成部と、前記基本パターンと前記移動距離から補正パルスを生成する補正パルス生成部と、前記補正パルスと前記基本パターンから指令速度パターンを生成する指令速度パターン生成部と、を備えることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、位置制御装置に位置指令を与える位置指令装置の位置指令生成方法において、位置決めコマンドの加速度、減速度、移動距離からピーク速度を生成するステップと、前記ピーク速度から指令位置の基本パターンを生成するステップと、前記基本パターンと前記移動距離から補正パルスを生成するステップと、前記補正パルスと前記基本パターンから指令速度パターンを生成するステップと、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、加速ピーク速度ｖａと減速ピーク速度ｖｂの関係について、ｖａ≦ｖｂの場合はｖｂ−ｖａが加速度ａ以内、ｖａ≧ｖｂの場合はｖａ−ｖｂが減速度ｂ以内になるという保証が与えられる。その為、加速の終わりから減速の始まりに移る時の指令速度ｖの変化を、加速する場合は加速度ａ以内、減速する場合は減速度ｂ以内におさめることができる位置制御装置および位置指令装置とその制御方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は本発明の位置制御装置の位置指令部の構成を示すブロック図である。図１において、１１はピーク速度生成部、１２は基本パターン生成部、１３は補正パルス生成部、１４は指令速度パターン生成部である。ピーク速度生成部は、上位システム８の位置決めコマンドの加速度、減速度、移動距離から（６）式にもとづいてピーク速度を生成する。基本パターン生成部１２は、加速度の整数倍でーク速度以下の最大値である加速ピーク速度と、減速度の整数倍でピーク速度以下の最大値である減速ピーク速度を使用して基本パターンを生成する。補正パルス生成部１３は、補正パルスを移動距離と基本パターンの移動距離である基本パターン移動距離の差とする。指令パターン生成部１４は、補正パルスを加速ピーク速度で除し、商に相当する位置指令周期分、加速ピーク速度を追加し、余りに相当するパルスを減速パターンの単調性を保てる部分に挿入する。
図８は（６）式を導出する指令速度パターンである。図８において、指令速度ｖは、先ず、ゼロからピーク速度ｖｐに達するまで、指令周期Ｔｓ毎に、加速度ａづつ加速する。ピーク速度ｖｐが加速の終わりである。次に、ピーク速度ｖｐからゼロに達するまで、サンプリング時間ｔｓ毎に、減速度ｂづつ減速する。ピーク速度ｖｐが減速の始まりである。
図９は本発明の方法で生成した余りを除く指令速度パターンに、余りｒを分割して挿入した指令速度パターンである。余りｒを加速ピーク速度ｖｐで割った商をｎ，剰余をｍとし、余りｒをｒ１、ｒ２、・・・ｒｎ及びｒｎ＋１に分割する。ｒ１、ｒ２、・・・ｒｎにはｖｐの値を代入しｒｎ＋１にはｍの値を代入する。ｒ１、ｒ２、・・・ｒｎは、余りを除く指令速度パターンの中の、加速の終わりと減速の始まりの間に挿入する。ｒｎ＋１は、余りを除く指令速度パターンの中の、前サンプリング時間の指令速度ｖ以下となりかつ次サンプリング時間の指令速度ｖより大きくなる所に挿入する。
図１０は、移動距離ｓ＝１０８，加速度ａ＝５，減速度ｂ＝３とした場合の、本発明の方法の具体的実施例の指令速度パターンである。
（６）式より、ピーク速度ｖｐは、（７）式になる。
2008282142.tif 000006
加速ピーク速度ｖａは、ピーク速度ｖｐ＝１８以下で最大となる加速度ａ＝５の整数倍の値であるので、ｖａ＝１５となる。減速ピーク速度ｖｂは、ピーク速度ｖｐ＝１８以下で最大となる減速度ｂ＝３の整数倍の値であるので、ｖｂ＝１８となる。余りを除く指令速度パターンは、指令速度ｖについて、ゼロから加速ピーク速度ｖａ＝１５まで、指令周期Ｔｓ毎に、加速度ａ＝５づつ加速させ、続いて、減速ピーク速度ｖｂ＝１８からゼロまで、指令周期Ｔｓ毎に、減速度ｂ＝３づつ減速させた形となる。余りｒは、移動距離ｓ＝１０８から、余りを除く指令速度パターンの毎の指令速度ｖを全て加算した値を減じた値であるので、（８）式になる。
ｒ＝１０８−（５＋１０＋１５＋１８＋１５＋１２＋９＋６＋３）＝１５    （８）
余りｒを加速ピーク速度ｖｐで割った商ｎ及び剰余ｍは、（１０）式になる。
ｎ＝ｒ／Ｖｐ＝１５／１８＝０                            （９）
ｍ＝ｒ−ｎ×ｖａ＝１５−０×１８＝１５                （１０）
ｒ１＝１５が前指令周期の指令速度ｖ以下となりかつ次指令周期の指令速度ｖより大きくなる所は、ｖ＝１５とｖ＝１２の間であるので、ｖ＝１５とｖ＝１２の間にｒ１＝１５を挿入する。
結果、本実施例において、加速の終わりであるｖ＝１５から減速の始まりであるｖ＝１８に移る時に、加速度３での加速となり、設定された加速度ａ＝５を超えない。また、減速度ｂ＝３を超えた減速もしない。
以上のように、本発明によれば、ピーク速度ｖｐの算出を式１によって行い、加速ピーク速度ｖａを、ピーク速度ｖｐ以下で最大となる加速度ａの整数倍の値とし、減速ピーク速度ｖｂを、ピーク速度ｖｐ以下で最大となる減速度ｂの整数倍の値とするとするので、加速ピーク速度ｖａと減速ピーク速度ｖｂの関係について、ｖａ≦ｖｂの場合はｖｂ−ｖａが加速度ａ以内，  ｖａ≧ｖｂの場合はｖａ−ｖｂが減速度ｂ以内になるという保証が与えられ、その為、加速の終わりから減速の始まりに移る時の指令速度ｖの変化を、加速する場合は加速度ａ以内，  減速する場合は減速度ｂ以内におさめることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の位置指令部の構成を示すブロック図
【図２】従来と本発明の位置決めシステムの構成を表すブロック図
【図３】従来と本発明の位置指令部の処理内容を表すフローチャート
【図４】従来と本発明の指令速度パターンを生成する手順を表すフローチャート
【図５】従来の式２を導出する指令速度パターン
【図６】従来の方法で生成した余りを除く指令速度パターンに余りｒを分割して挿入した指令速度パターン
【図７】従来の方法の具体的実施例の指令速度パターン
【図８】本発明の式１を導出する指令速度パターン
【図９】本発明の方法で生成した余りを除く指令速度パターンに余りｒを分割して挿入した指令速度パターン
【図１０】本発明の方法の具体的実施例の指令速度パターン
【符号の説明】
【００１６】
１  位置指令部
２  位置制御部
３  速度制御部
４  モータ駆動部
５  モータ速度生成部
６  モータ
７  検出器
８  上位システム
１１  ピーク速度検出部
１２  基本パターン生成部
１３  補正パルス生成部
１４  指令パターン生成部
【図１】
2008282142.tif 000008
【図２】
2008282142.tif 000009
【図３】
2008282142.tif 000010
【図４】
2008282142.tif 000011
【図５】
2008282142.tif 000012
【図６】
2008282142.tif 000013
【図７】
2008282142.tif 000014
【図８】
2008282142.tif 000015
【図９】
2008282142.tif 000016
【図１０】
2008282142.tif 000017