(57)【要約】【課題】速度制御系と位置制御系の切り替えが安定、高速性を両立させ最適な条件で実施できる位置決め制御装置を提供する。【解決手段】目標位置近傍で速度制御系から位置制御系に切り替え、位置制御系での速度指令は移動距離指令値と実移動距離の偏差に位置制御ゲインを乗算して作成する電動機の位置決め制御装置において、位置制御系で作成した速度指令値に所定値を掛け合わせたものが、速度制御系での速度指令値あるいは、電動機の実速度以下になった時に、速度制御系から位置制御系に制御方式を切り替えるものである。【選択図】      図１
2005011004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動体を位置決めの目標位置近傍より手前では速度制御ループによる速度制御系で駆動し、目標位置近傍で前記速度ループを含む位置制御ループによる位置制御系に切り替え、位置制御系での速度指令は、移動距離指令値と実移動距離の偏差に位置制御ゲインを乗算して作成する電動機の位置決め制御装置において、
位置制御系で作成した速度指令値に所定値を掛け合わせたものが、速度制御系での速度指令値あるいは、電動機の実速度以下になったときに、前記速度制御系から前記位置制御系に制御方式を切り替え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】
前記速度制御系から位置制御系に切り替える際に用いる信号のうち、位置制御系で作成した速度指令値に掛け合わせる所定値を、位置制御系と速度制御系の指令応答時間の比とす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。
【請求項３】
前記速度制御系から位置制御系に一旦切り替えた後は、移動距離指令値が変更されない限り、速度制御系に切り替えずに前記位置制御系を保持す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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、搬送機等の可動体に用いられる電動機の位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生産性向上のために高速な位置決めが要求されている。これを実現するために、目標位置の近傍より手前では速度制御で駆動し、目標位置近傍で位置制御に切り替えて駆動するものが一般的である。図５は従来例である特許文献１に開示されている「移動テーブル制御装置」の概略ブロック図である。
まず、移動テーブル制御装置をＣＰＵ１０１のプログラムによりＳＷ１０２をコマンドライン１０３で速度制御モードに切り替える。その後ＣＰＵ１０１からデータライン１０４を介して、速度データがＤ／Ａ変換器１０５そしてデジタルアッテネータ１０６へと払い出される。ここでデジタルアッテネータ１０６の減衰率はＣＰＵ１０１により決定されデータライン１０７を通して送られる。デジタルアッテネータ１０６からの信号はアナログコンパレータ１０８に入り、速度発電機１０９からの信号との差が演算される。その差信号はデジタルアッテネータ１１０、アンプ１１１を介してＤＣモータ１１２へ送られる。ここでデジタルアッテネータ１１０の減衰率はＣＰＵ１０１により決定されデータライン１１４を介して送られる。一方、ＤＣモータ１１２の回転速度は速度発電機１０９により検出される。ＤＣモータ１１２の回転軸には送りネジが直結していて、ＤＣモータ１１２が等速回転運動をすれば送りネジによりステージ１１３が等速直線運動をするようになっている。
【０００３】
つまり、ＣＰＵ１０１から一定値のデータを送るとステージ１１３が等速直線運動をする。ここでデジタルアッテネータ１１０は等速制御ループ内に組込まれているため、これにより速度制御ループのゲインをＣＰＵ１０１のデータにより微妙に調整できる。速度制御はＣＰＵ１０１のデータにより行う。Ｄ／Ａ変換器１０５の出力をデジタルアッテネータ１０６を用いてＣＰＵ１０１からのデータで変更する。このような速度制御によりステージ１１３を高速で移動させる。同時にステージ１１３の位置はレーザ干渉計１１５により常に観察されていて、測長データがＣＰＵ１０１に取り込まれている。ＣＰＵ１０１はその測長データと目標位置とを比較していて、目標位置との差がＤ／Ａ変換器１０５で表現できる範囲に入ったら、ＳＷ１０２を位置制御モードに切り替える。位置制御モードに入るとデータライン１１６を介してＣＰＵ１０１から目標値がデジタルコンパレータ１１７へ送られる。デジタルコンパレータ１１７へはレーザ干渉計１１５からのデジタル測長データが送られていて、目標位置との偏差位置が演算される。
このデータは前述の速度制御ループへと入力されて、全体として速度制御ループを含んだ位置制御ループが構成される。デジタルアッテネータ１０６は速度制御時においては、最大速度を可変するために用いていたが、位置制御ループにおいては位置制御ループのゲインを調整するために用いる。従って、速度制御モードと位置制御モードとで切り替える必要があり、更に位置制御モードの時には微妙な調整が必要となる。これはデータライン１０７を介してＣＰＵ１０１のデータを切り替えて送り込みを可能にしている。
【０００４】
【特許文献１】
特許２５１０９９４号公報（第２〜３頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の位置決め制御装置では、制御ループのゲインの微妙な調整が必要であること、また、速度制御系から位置制御系への切り替えがＤ／Ａ変換器１０５で表現できる範囲という条件で行われ、制御上の最適な切り替え条件が明確でないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、制御ループのゲインの調整が簡単で、速度制御系から位置制御系への切り替えが、制御安定性と高速性を両立させた最適な条件で行うことができる電動機の位置決め制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、可動体を位置決めの目標位置近傍より手前では速度制御ループによる速度制御系で駆動し、目標位置近傍で前記速度ループを含む位置制御ループによる位置制御系に切り替え、位置制御系での速度指令は、移動距離指令値と実移動距離の偏差に位置制御ゲインを乗算して作成する電動機の位置決め制御装置において、位置制御系で作成した速度指令値に所定値を掛け合わせたものが、速度制御系での速度指令値あるいは、電動機の実速度以下になったときに、前記速度制御系から前記位置制御系に制御方式を切り替えることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記速度制御系から位置制御系に切り替える際に用いる信号のうち、位置制御系で作成した速度指令値に掛け合わせる所定値を、位置制御系と速度制御系の指令応答時間の比とすることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記速度制御系から位置制御系に一旦切り替えた後は、移動距離指令値が変更されない限り、速度制御系に切り替えずに前記位置制御系を保持することを特徴としている。
【０００８】
この電動機の位置決め制御装置によれば、制御ループのゲイン調整が簡単になり、速度制御系から位置制御系への切り替えも、位置制御系で作成した速度指令値に所定値を乗算した値が、速度制御系での速度指令値あるいは電動機の実速度以下になった時に切り替えるので、最適な条件で行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る電動機の位置決め制御装置のブロック図である。
図２は図１に示す制御系切り替え器の詳細ブロック図である。
図１において、１は目標位置指令入力器で移動指令ｘｆを出力する。２は加算器で移動指令ｘｆと現在位置ｘｐを加算し偏差ｅｐを出力する。３は位置比例ゲイン乗算器であり、偏差ｅｐに比例ゲインＫｐを乗算して、位置制御ループの速度指令Ｖｒｅｆ１を出力する。
【００１０】
４は速度指令入力器で速度指令Ｖｆを出力する。５は加速レート作成器であって、速度指令ＶｆをＶｒｅｆ２に加工する。６は制御系切り替え器であってＶｒｅｆ１とＶｒｅｆ２を切り替えて出力する。７は加算器で制御系切り替え器３の出力指令Ｖｒｅｆと現在速度ｘｖを加算する。８は速度制御装置で加算器７からの偏差値を比例・積分制御する。９は速度アンプで速度制御装置８の信号により電動機１０を駆動制御する。１１は機械等の負荷であり、１２はエンコーダで、１３はエンコーダ１２の信号から現在位置ｘｐを演算する位置演算器であり、１４は現在速度ｘｖを演算する速度演算器である。
図２において、２０はＶｒｅｆ１とＶｒｅｆ２を切り替えるスイッチ回路で、２１はＶｒｅｆ１に設定値を乗算する係数器である。２２、２３は絶対値回路であり、２４は絶対値回路２２、２３の出力を比較する比較器で、２５はラッチ回路である。
【００１１】
つぎに図１、２を参照して動作について説明する。
先ず、目標位置指令入力器１から位置ｘｆへの移動指令値が加算器２に与えられると、加算器２ではエンコーダ１２のパルス信号を位置演算器１３で変換した現在位置ｘｐがフィードバックされて加算器２に入力する。このとき、現在位置ｘｐは負号を付けられ、加算器２内で次式に示す位置偏差ｅｐが出力される。
ｅｐ＝ｘｆ−ｘｐ
位置制御系は、位置比例ゲイン乗算器３で次式のように位置偏差ｅｐに位置偏差比例ゲインＫｐを掛けて、速度指令Ｖｒｅｆ１を出力し、制御系切り替え器６に信号ａとして入力する。
Ｖｒｅｆ１＝Ｋｐ×ｅｐ
【００１２】
一方、速度制御系では、速度指令入力器４から入力される速度指令Ｖｆが加速レート作成器５に与えられると、加速レート作成器５では滑らかなレートで加速するべく速度指令がＶｒｅｆ２に加工され、制御系切り替え器６に信号ｂとして入力する。
制御系切り替え器６の処理は、図２に示すように、入力された信号ａ（Ｖｒｅｆ１）と、信号ｂ（Ｖｒｅｆ２）は、スイッチ２０の端子ａ、ｂにそれぞれ入力する。また、信号ａ（Ｖｒｅｆ１）に係数器２１の設定値を乗算した値と、現在速度ｘｖは、それぞれ絶対値回路２２、２３へ送られ、絶対値を取った後、比較器２４へ送られる。比較器２４では入力値の大小関係を比較し、次式（１）式の関係が成立しない場合はＬ信号を出力し、スイッチ２０の端子ｃにＬ信号が送られて、スイッチ２０は信号ｂ（Ｖｒｅｆ２）を選択し、速度制御系による速度指令Ｖｒｅｆ２が速度指令Ｖｒｅｆとして端子ｄから加算器７へ送られる。
｜Ｖｒｅｆ１｜×係数器２１設定値＜｜ｘｖ｜  …（１）
【００１３】
また、比較器２４の大小比較で、（１）式の関係が成立すると、比較器２４はＨ信号を出力し、ラッチ回路２５ではＨ信号がラッチされて、スイッチ２０の端子ｃにＨ信号が送られ、スイッチ２０は信号ａ（Ｖｒｅｆ１）を選択して、位置制御系で作成されたＶｒｅｆ１が速度指令Ｖｒｅｆとして端子ｄから加算器７へ送られる。これによって、速度制御系から位置制御系への切り替えが最適な条件で行われる。（なお、以上の図２の説明では、絶対値回路２３へ送る速度情報を現在速度ｘｖを用いるように説明したが、加速レート作成器５が出力する速度指令Ｖｒｅｆ２を用いても同様に実現できる）。
【００１４】
このようにして得られた速度指令Ｖｒｅｆは、図１に示す、加算器７へ入力されエンコーダ１２の信号を基に速度演算器１４で算出された現在速度ｘｖに負号を付けたものと加算されて、速度制御装置８により比例・積分制御が行われた後速度アンプ９へ信号が送られる。速度アンプ９はこの信号に基づいて電動機１０を制御し、負荷（可動体）１１の移動を行う。この時の運動の状態をエンコーダ１２が検出し、位置演算器１３、速度演算器１４に信号を送る。
位置演算器１３、速度演算器１４は、それぞれ、加算器２に現在位置ｘｐを、加算器７に現在速度ｘｖをフィードバック信号として送る。更に、速度フィードバック信号は制御系切り替え器６にも入力される。
【００１５】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、図２に示した係数器２１の設定値の設定方法を示すものであって、この場合は、設定値を位置制御系と速度制御系の指令応答時間の比で決めるものである。
これによって、係数器２１の出力は、位置比例ゲイン乗算器３の値を係数器２１の設定値倍したもの、つまり、速度制御系で制御した時と同じ大きさに整定される。
従って、位置制御系に切り替えた直後の速度指令値の大きさは、指令応答時間から見たゲイン設定上、段差は生じない。
【００１６】
図３および図４は本発明の第２の実施の形態に係る電動機の位置決め制御装置の制御系切り替え時のチャート例を示す図である。
図３は、速度指令Ｖｒｅｆが速度制御系の速度指令入力器４から入力される速度指令Ｖｆに達してからの切り替えを示し、図４は、速度指令ＶｒｅｆがＶｆに達する前の切り替えであるが、両者ともに速度制御系から位置制御系へ、スムースに切り替えられ整定の早い制御が実現できている。
【００１７】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、位置制御系と速度制御系の不要な切り替えを禁止するもので、図１に示す目標位置指令入力器１から位置指令ｘｆが変更されると、目標位置指令入力器１は図２に示すような、ラッチ回路２５へリセット信号（Ｒｅｓｅｔ）を送る。ラッチ回路２５はこのＲｅｓｅｔ信号でラッチを解除し、ラッチ回路２５は先の（１）式の関係が成立しているか否かによって、スイッチ２０の端子ｃにＬあるいはＨ信号を送る。
（１）式の条件が満足されていなければ、制御系切り替え器６は制御系を位置制御系より速度制御系に切り替える。このようにして、不必要な速度制御系と位置制御系の切り替えを防止できる。
【００１８】
このように、本発明では、（１）式に示すように制御系の切り替え条件を明確に示したので、最適な切り替え条件で実施できるようになった。
また、切り替え時の速度に段差が発生しないように制御系を切り替えたので、機械的なショックが発生するようなことは無く、更に、移動指令が変更されない限り不必要な切り替え制御は禁止されているので、安定性と高速性を両立できる切り替え制御が可能になる。
なお、ここまでは速度検出器用エンコーダが接続された制御方法での適用例を説明したが、これに止どまらず、近年、速度検出器無しでも位相（位置）制御が行えるようになってきているので、本発明は、このような制御方法と組合わせることによって、速度検出器の無い制御方式にも適用可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、速度制御ループと位置制御ループで構成し、位置制御系で作成した速度指令値に係数器の設定値を乗算した値が、速度制御系の速度指令値あるいは電動機の実速度以下になった時に、切り替えるようにしたので、制御ループのゲインの調整が非常に簡単に行え、速度制御系から位置制御系への切り替えが最適な条件で行える位置決め制御装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電動機の位置決め制御装置のブロック図である。
【図２】図１に示す制御系切り替え器の詳細ブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る電動機の位置決め制御装置の制御系切り替え時のチャート例で、速度指令Ｖｒｅｆが速度制御系の速度指令入力器から入力される速度指令Ｖｆに達してからの切り替えを示している。
【図４】図３と同じであるが、ただし速度指令Ｖｒｅｆが速度制御系の速度指令入力器から入力される速度指令Ｖｆに達する前の切り替えを示している。
【図５】従来の移動テーブル制御装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１  目標位置指令入力器
２、７  加算器
３  位置比例ゲイン乗算器
４  速度制御系の速度指令入力器
５  加速レート作成器
６  制御系切り替え器
７  加算器
８  速度制御装置
９  速度アンプ
１０  電動機
１１  負荷
１２  エンコーダ
１３  位置演算器
１４  速度演算器
２０  スイッチ回路
２１  係数器
２２、２３  絶対値回路
２４  比較器
２５  ラッチ回路
【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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