(57)【要約】  【課題】  位置決めが完了した時点から上位システムが次の位置決め開始コマンドを出力するまでに時間をかけず、位置決めが完了したと同時に上位システムが次の位置決め開始コマンドを出力する位置制御装置と位置制御システムとその制御方法を提供する。【解決手段】  位置決め開始コマンドによって目標位置から位置指令を生成する位置指令部（８）と、位置指令に追従してモータを制御する位置制御部（９）と、位置決め完了予定時間を算出する位置決め完了予定時間演算部（１１）と、を備えた位置制御装置において、位置決め完了予定時間演算部（１１）は、位置指令部（８）が位置指令を出力し始めてから出力し終えるまでの位置指令出力時間と、位置指令が出力し終わってから位置制御部（９）の位置偏差の大きさが位置決め完了幅以内になるまでの整定時間とから、位置決め完了予定時間を算出し、位置決め開始コマンドに対して位置決め完了予定時間を返信するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位システムの位置決め開始コマンドによって目標位置から位置指令を生成する位置指令部と、前記位置指令に追従してモータを制御する位置制御部と、位置決め完了予定時間を算出する位置決め完了予定時間演算部と、を備えた位置制御装置において、
前記位置決め完了予定時間演算部は、前記位置指令部が前記位置指令を位置制御部へ出力し始めてから出力し終えるまでの位置指令出力時間ｔｒと、前記位置指令が出力し終わってから前記位置制御部の位置偏差の大きさが位置決め完了幅以内になるまでの整定時間ｔｓを加算して位置決め完了予定時間ｔｃとし、前記位置決め開始コマンドに対して前記位置決め完了予定時間ｔｃを前記上位システムへ返信することを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
前記位置指令時間ｔｒは、パルス換算の移動距離をｄ（パルス）、パルス換算の目標速度をＶｐ（パルス／ｓｅｃ）、パルス換算の加減速度をａ（パルス／ｓｅｃ２）を使用してｔｒ＝（ｄ／Ｖｐ）＋（Ｖｐ／ａ）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３】
前記整定時間ｔｓは、位置制御ゲインをＫｐ（１／ｓｅｃ）、位置決め完了幅をｐｃ（パルス）、目標速度をＶｐ（パルス／ｓｅｃ）、加減速度をａ（パルス／ｓｅｃ２）を使用して、ｔｓ＝（−１／Ｋｐ）ｌｏｇｅ（ｐｃ・Ｋｐ２・ａ／Ｖｐ）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４】
前記コマンドと前記返信はシリアル通信で行われ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】
上位システムの位置決め開始コマンドによって目標位置から位置指令を生成する位置指令部と、前記位置指令に追従してモータを制御する位置制御部と、位置決め完了予定時間を算出する位置決め完了予定時間演算部と、を備えた位置制御装置の制御方法において、
前記位置決め開始コマンドを受信するステップと、
前記位置決め開始コマンドのパルス換算の移動距離ｄ（パルス）とパルス換算の目標速度をＶｐ（パルス／ｓｅｃ）とパルス換算の加減速度をａ（パルス／ｓｅｃ２）から位置指令出力時間ｔｒを式ｔｒ＝（ｄ／Ｖｐ）＋（Ｖｐ／ａ）を使用して算出するステップと、
設定可能な制御定数の位置制御ゲインＫｐ（１／ｓｅｃ）と位置決め完了幅をｐｃ（パルス）と前記位置決め開始コマンドの目標速度をＶｐ（パルス／ｓｅｃ）と加減速度をａ（パルス／ｓｅｃ２）から整定時間ｔｓを式ｔｓ＝（−１／Ｋｐ）ｌｏｇｅ（ｐｃ・Ｋｐ２・ａ／Ｖｐ）を使用して算出するステップと、
位置決め完了予定時間ｔｃを式ｔｃ＝ｔｒ＋ｔｓから算出するステップと、
前記位置決め完了時間ｔｃを前記上位システムへ返信するステップと、
を備えることを特徴とする位置制御装置の制御方法。
【請求項６】
上位システムと、複数の位置制御装置と、前記上位システムと前記複数の位置制御装置を接続する通信部と、を備えた位置制御システムにおいて、
前記上位システムは、前記位置決め完了予定時間が返信されたときから、待機時間だけ待機することをもってモータの位置決めが完了したと判定し、前記待機時間は、前記通信部の通信時間を前記位置決め完了予定時間から減じた時間とすることを特徴とする位置制御システム。
【請求項７】
上位システムと、複数の位置制御装置と、前記上位システムと前記複数の位置制御装置との通信部と、を備える位置制御システムの制御方法において、
前記上位システムは、
ある位置制御装置に位置決めコマンドを送信するステップと、
前記位置制御装置から位置決め完了予定時間の返信を受信するステップと、
位置決め完了予定時間から通信時間を減算し待機時間を算出するステップと、
前記待機時間の間待機するステップと、
前記待機時間経過後所定の位置制御装置に位置決めコマンドを送信するステップと、
前記所定の位置制御装置から位置決め完了時間の返信を受信するステップと、
位置決め完了予定時間から通信時間を減算し待機時間を算出するステップと、
前記待機時間の間待機するステップと、
を繰り返すことを特徴とする位置制御システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置制御装置と位置制御システムとその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は従来と本発明の位置制御システムの構成を表すブロック図である。図５において、１は上位システム，２及び５は位置制御装置，３及び６はモータ，４及び７は位置検出器である。
図６は従来の上位システム１の処理内容を表すフローチャートである。図６において、先ず、ステップＳＣ１で位置制御装置２へ位置決め開始コマンドを出力する。次に、ステップＳＣ２とステップＳＣ３で位置制御装置２の位置決め完了信号が入力されたかどうかを検査する。これを、位置制御装置２の位置決め完了信号が入力されるまで行う。次に、ステップＳＣ４で位置制御装置５へ位置決め開始コマンドを出力する。次に、ステップＳＣ５とステップＳＣ６で位置制御装置５の位置決め完了信号が入力されたかどうかを検査する。これを、位置制御装置５の位置決め完了信号が入力されるまで行う。そして終了する。
【０００３】
図７は従来の位置決めシステムの処理内容を表すタイムチャートである。図７において、先ず、上位システム１が位置制御装置２へ位置決め開始コマンドを出力する。位置制御装置２は、位置決め開始コマンドを入力すると、モータを駆動し位置決めを開始する。位置決めが完了すると位置制御装置２が上位システム１へ位置決め完了信号を出力する。上位システム１は位置制御装置２からの位置決め完了信号を入力する。このとき、位置制御装置２が位置決め完了信号を出力してから、上位システム１が位置決め完了信号を入力するまでに、上位システム１と位置制御装置２とを接続する通信手段の通信時間がかかる。上位システム１が位置制御装置２からの位置決め完了信号を入力すると、上位システム１が位置制御装置５へ位置決め開始コマンドを出力する。位置制御装置５は、位置決め開始コマンドを入力すると、モータを駆動し位置決めを開始する。位置決めが完了すると位置制御装置５が上位システム１へ位置決め完了信号を出力する。上位システム１は位置制御装置５からの位置決め完了信号を入力する。このとき、位置制御装置５が位置決め完了信号を出力してから、上位システム１が位置決め完了信号を入力するまでに、上位システム１と位置制御装置５とを接続する通信手段の通信時間がかかる。そして終了する。
【０００４】
図８は従来の位置制御装置２及び５の構成を表すブロック図である。図８において、８は位置指令部，９は位置制御部，１０は位置比較部である。
図９は従来と本発明の位置指令部８の処理内容を表すフローチャートである。図９において、先ず、ステップＳＤ１で目標位置を入力する。目標位置は上位システム１からの位置決め開始コマンドで与えられる。次に、ステップＳＤ２で移動距離ｄを算出する。移動距離ｄ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。現在位置は前回位置決めを行った時の目標位置である。次に、ステップＳＤ３で位置指令パターンを生成する。次に、ステップＳＤ４とステップＳＤ５で位置指令パターンに従って、指令周期毎に位置指令を位置制御部９へ出力する。これを、位置指令パターンを全て出力し終えるまで行う。そして終了する。
図１０は従来と本発明の位置指令パターンである。位置指令パターンは高さをＶｐ，下底の両端の角度をａ，面積をdとする等脚台形である。ただし、Vpは目標速度[パルス/sec]，ａは加減速度［パルス／ｓｅｃ２］，ｄは移動距離［パルス］である。目標速度Ｖｐと加減速度ａは予め何らかの手段で設定されている。
図１１は従来と本発明の、指令周期毎に分割した位置指令パターンである。図１１において、Ｔｓは指令周期［ｓｅｃ］である。速度は、先ず、ゼロから目標速度Ｖｐ・Ｔｓ未満の間、指令周期Ｔｓ毎に、加減速度ａ・Ｔｓづつ加速する。目標速度Ｖｐ・Ｔｓに達する直前が加速の最後である。次に、目標速度Ｖｐ・Ｔｓを維持する。維持する時間は移動距離ｄに応じて決まる。次に、加速の最後と同じ大きさから、指令周期Ｔｓ毎に、加減速度ａ・Ｔｓづつ減速してゼロに達する。指令周期Ｔｓ毎の速度を全て加算すると移動距離ｄと一致する。指令周期Ｔｓ毎の速度は、指令周期Ｔｓ毎に位置制御部９へ入力する位置指令である。
【０００５】
図１２は従来と本発明の位置制御部９とモータ３又は６と位置検出器４又は７で構成される位置制御系を表すブロック線図である。図８において、Ｋｐは位置制御部比例ゲイン，ｓはラプラス演算子である。Ｋｐは制御定数として予め設定されている。位置指令をｐｒ（パルス），位置偏差をｐｅ（パルス），モータ位置をｐｆ（パルス），位置制御部比例ゲインをＫｐ（１／ｓｅｃ）とするとき、位置制御系の伝達関数は（１）式で表される。
Ｇ（ｓ）＝Ｋｐ／（ｓ＋Ｋｐ）                    （１）
また、モータ位置ｐｆ（パルス）のラプラス変換Ｐｆ（ｓ）は、（２）式で表される。
Ｐｆ（ｓ）＝Ｇ（ｓ）・Ｐｒ（ｓ）                  （２）
ここで、Ｐｒ（ｓ）は位置指令ｐｒ（パルス）のラプラス変換である。
また、位置偏差ｐｅ（パルス）のラプラス変換Ｐｅ（ｓ）は（３）式で表される。
Ｐｅ（ｓ）＝（１−Ｇ（ｓ））・Ｐｒ（ｓ）            （３）
【０００６】
図１３は図８で示した従来の位置制御装置の位置比較部１０の処理内容を表すフローチャートである。図１３において、先ず、ステップＳＥ１で目標位置を入力する。目標位置は上位システム１の位置決め開始コマンドで与えられる。次に、ステップＳＥ２でモータ位置を算出する。モータ位置の算出は、位置検出器４又は７が出力するパルス数をカウントすることによって行う。次に、ステップＳＥ３で残距離を算出する。残距離の算出は、目標位置からモータ位置を減ずることによって行う。次に、ステップＳＥ４で残距離の大きさと位置決め完了幅の比較を行う。位置決め完了幅は予めパラメータとして設定されている。残距離の大きさが位置決め完了幅を超えている場合はステップＳＥ２のモータ位置算出に戻る。残距離の大きさが位置決め完了幅以内の場合、位置決め完了信号を出力し終了するというものだった。
【０００７】
特許文献１に開示されているガルバノスキャナ装置は、スキャナミラーの移動角度などの要因に関係なく少ない加工誤差でかつ高いスループットで穴あけ加工などをするもので、デジタル計算器は、メモリに保存した待機時間テーブルに基づいて、スキャナミラーの駆動完了までの待機時間を切り替えている。ここには、スキャナミラーの駆動を指示する上位コントローラからの指示信号に応じて、待機時間テーブルから駆動角度の大きさに応じて読み出した待機時間経過後、位置決め完了信号を上位コントローラに出力することが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−０９０９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の位置制御システムは、位置決めが完了した後に位置制御装置が上位システムへ位置決め完了信号を出力するので位置決めが完了した時点から上位システムが次の位置決め開始コマンドを出力するまでに通信時間の分だけ時間がかかるという問題があった。
特許文献１に開示されたスキャナ装置の待機時間はあらかじめ膨大な実験をして駆動角度の大きさに応じた待機時間をメモリに記憶しておかなければならず膨大な工数が必要であった。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、位置決めが完了した時点から上位システムが次の位置決め開始コマンドを出力するまでに時間をかけず、位置決めが完了したと同時に上位システムが次の位置決め開始コマンドを出力できるようにする位置制御装置と位置制御システムとその制御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】
【０００９】
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記載の発明は、上位システムの位置決め開始コマンドによって目標位置から位置指令を生成する位置指令部と、前記位置指令に追従してモータを制御する位置制御部と、位置決め完了予定時間を算出する位置決め完了予定時間演算部と、を備えた位置制御装置において、前記位置決め完了予定時間演算部は、前記位置指令部が前記位置指令を位置制御部へ出力し始めてから出力し終えるまでの位置指令出力時間ｔｒと、前記位置指令が出力し終わってから前記位置制御部の位置偏差の大きさが位置決め完了幅以内になるまでの整定時間ｔｓを加算して位置決め完了予定時間ｔｃとし、前記位置決め開始コマンドに対して前記位置決め完了予定時間ｔｃを前記上位システムへ返信することを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記位置指令時間ｔｒは、パルス換算の移動距離をｄ（パルス）、パルス換算の目標速度をＶｐ（パルス／ｓｅｃ）、パルス換算の加減速度をａ（パルス／ｓｅｃ２）を使用してｔｒ＝（ｄ／Ｖｐ）＋（Ｖｐ／ａ）とすることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記整定時間ｔｓは、位置制御ゲインをＫｐ（１／ｓｅｃ）、位置決め完了幅をｐｃ（パルス）、目標速度をＶｐ（パルス／ｓｅｃ）、加減速度をａ（パルス／ｓｅｃ２）を使用して、ｔｓ＝（−１／Ｋｐ）ｌｏｇｅ（ｐｃ・Ｋｐ２・ａ／Ｖｐ）とすることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記コマンドと前記返信はシリアル通信で行われることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５記載の発明は、上位システムの位置決め開始コマンドによって目標位置から位置指令を生成する位置指令部と、前記位置指令に追従してモータを制御する位置制御部と、位置決め完了予定時間を算出する位置決め完了予定時間演算部と、を備えた位置制御装置の制御方法において、前記位置決め開始コマンドを受信するステップと、前記位置決め開始コマンドのパルス換算の移動距離ｄ（パルス）とパルス換算の目標速度をＶｐ（パルス／ｓｅｃ）とパルス換算の加減速度をａ（パルス／ｓｅｃ２）から位置指令出力時間ｔｒを式ｔｒ＝（ｄ／Ｖｐ）＋（Ｖｐ／ａ）を使用して算出するステップと、設定可能な制御定数の位置制御ゲインＫｐ（１／ｓｅｃ）と位置決め完了幅をｐｃ（パルス）と前記位置決め開始コマンドの目標速度をＶｐ（パルス／ｓｅｃ）と加減速度をａ（パルス／ｓｅｃ２）から整定時間ｔｓを式ｔｓ＝（−１／Ｋｐ）ｌｏｇｅ（ｐｃ・Ｋｐ２・ａ／Ｖｐ）を使用して算出するステップと、位置決め完了予定時間ｔｃを式ｔｃ＝ｔｒ＋ｔｓから算出するステップと、前記位置決め完了時間ｔｃを前記上位システムへ返信するステップと、
を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項６記載の発明は、上位システムと複数の位置制御装置と前記上位システムと前記複数の位置制御装置を接続する通信部とを備えた位置制御システムにおいて、前記上位システムは、前記位置決め完了予定時間が返信されたときから、待機時間だけ待機することをもってモータの位置決めが完了したと判定し、前記待機時間は、前記通信部の通信時間を前記位置決め完了予定時間から減じた時間とすることを特徴とするものである。
請求項７記載の発明は、上位システムと複数の位置制御装置と前記上位システムを前記複数の位置制御装置との通信部とを備える位置制御システムの制御方法において、前記上位システムは、ある位置制御装置に位置決めコマンドを送信するステップと、前記位置制御装置から位置決め完了予定時間の返信を受信するステップと、位置決め完了予定時間から通信時間を減算し待機時間を算出するステップと、前記待機時間の間待機するステップと、前記待機時間経過後所定の位置制御装置に位置決めコマンドを送信するステップと、前記所定の位置制御装置から位置決め完了時間の返信を受信するステップと、位置決め完了予定時間から通信時間を減算し待機時間を算出するステップと、前記待機時間の間待機するステップと、を繰り返す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、位置決めが完了した時点から上位システムが次の位置決め開始コマンドを出力するまでに時間をかけず、位置決めが完了したと同時に上位システムが次の位置決め開始コマンドを出力する位置制御装置と位置制御システムとその制御方法を提供することができる。
【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２は図５に示した本発明の位置制御システムの上位システム１の処理を表すフローチャートである。図２において、先ず、ステップＳＡ１で位置制御装置２へ位置決め開始コマンドを出力する。次に、ステップＳＡ２で位置制御装置２の位置決め完了予定時間を入力する。次に、ステップＳＡ３で待機時間を算出する。待機時間は、位置制御装置２の位置決め完了予定時間から通信時間を減ずることで算出する。通信時間は、上位システム１と位置制御装置２とを接続する通信部の通信時間であり、位置制御装置２が位置決め完了予定時間を出力してから上位システム１が位置決め完了予定時間を入力するまでの時間である。次に、ステップＳＡ４で待機時間だけ待機する。次に、ステップＳＡ５で位置制御装置５へ位置決め開始コマンドを出力する。次に、ステップＳＡ６で位置制御装置５の位置決め完了予定時間を入力する。次に、ステップＳＡ７で待機時間を算出する。待機時間は、位置制御装置５の位置決め完了予定時間から通信時間を減ずることで算出する。通信時間は、上位システム１と位置制御装置５とを接続する通信手段の通信時間であり、位置制御装置５が位置決め完了予定時間を出力してから上位システム１が位置決め完了予定時間を入力するまでの時間である。最後にステップＳＡ８で待機時間だけ待機する。以上のことを繰り返す。
【００１５】
図３は本発明の位置制御システムの処理内容を表すタイムチャートである。図３において、先ず、上位システム１が位置制御装置２へ位置決め開始コマンドを出力する。位置制御装置２は、位置決め開始コマンドを入力すると、モータを駆動し位置決めを開始する。それと同時に位置決め完了予定時間を上位システム１へ出力する。上位システム１は位置制御装置２からの位置決め完了予定時間を入力する。このとき、位置制御装置２が位置決め完了予定時間を出力してから、上位システム１が位置決め完了予定時間を入力するまでに、上位システム１と位置制御装置２とを接続する通信手段の通信時間がかかる。上位システム１が位置制御装置２からの位置決め完了予定時間を入力すると、上位システム１は、待機時間を算出し待機時間だけ待機する。待機が終わると、上位システム１が位置制御装置５へ位置決め開始コマンドを出力する。位置制御装置５は、位置決め開始コマンドを入力すると、モータを駆動し位置決めを開始する。それと同時に位置決め完了予定時間を上位システム１へ出力する。上位システム１は位置制御装置５からの位置決め完了予定時間を入力する。このとき、位置制御装置５が位置決め完了予定時間を出力してから、上位システム１が位置決め完了予定時間を入力するまでに、上位システム１と位置制御装置５とを接続する通信手段の通信時間がかかる。上位システム１が位置制御装置５からの位置決め完了予定時間を入力すると、上位システム１は、待機時間を算出し待機時間だけ待機する。待機が終わると終了する。
【００１６】
図１は本発明の位置制御装置の構成を表すブロック図である。図１において、８は位置指令部，９は位置制御部，１１は位置決め完了予定時間演算部である。位置指令部８と位置制御部９は従来の位置制御装置と同じである。
図４は本発明の位置制御装置の位置決め完了予定時間演算部の処理内容を表すフローチャートである。図４において、先ず、ステップＳＢ１でパラメータ入力を行う。パラメータ入力では、位置指令部８から移動距離，目標速度，加減速度を入力し、位置制御部９から位置制御部比例ゲインＫｐを入力する。次に、ステップＳＢ２で位置指令出力時間を算出する。位置指令出力時間は、位置指令部８が位置指令を出力し始めてから位置指令を出力し終えるまでの時間である。位置指令出力時間の算出は、（４）式によって行う。
ｔｒ＝ｄ／Ｖｐ＋Ｖｐ／ａ                  （４）
ここで、ｔｒは位置指令出力時間（ｓｅｃ）、ｄは移動距離（パルス）、Ｖｐは目標速度（パルス／ｓｅｃ）、ａは加減速度（パルス／ｓｅｃ２である。
次に、ステップＳＢ３で整定時間を算出する。整定時間は、位置指令が出力し終わってから位置制御部９の位置偏差の大きさが位置決め完了幅以内になるまでの時間である。整定時間の算出は、（５）式によって行う。位置決め完了幅は予め何らかの手段で設定されている。
ｔｓ＝（−１／Ｋｐ）ｌｏｇｅ（ｐｃ・Ｋｐ２・ａ／Ｖｐ）      （５）
ここで、ｔｓは整定時間（ｓｅｃ）、Ｋｐは位置制御部比例ゲイン（１／ｓｅｃ）、ｐｃは位置決め完了幅（パルス）、Ｖｐは目標速度（パルス／ｓｅｃ）、ａは 加減速度（パルス／ｓｅｃ２）である。
次に、ステップＳＢ４で位置決め完了予定時間ｔｃ（ｓｅｃ）を算出する。位置決め完了予定時間の算出は、（６）式によって行う。
ｔｃ＝ｔｒ＋ｔｓ              （６）
次に、ステップＳＢ５で位置決め完了予定時間を出力する。位置決め完了予定時間を出力する方法は、上位システム１と位置制御装置２及び５とを接続する通信部の規約に従って決定される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の位置制御装置の構成を表すブロック図
【図２】本発明の上位システムの処理内容を表すフローチャート
【図３】本発明の位置決めシステムの処理内容を表すタイムチャート
【図４】本発明の位置決め完了予定時間演算部の処理内容を表すフローチャート
【図５】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６】従来の上位システムの処理内容を表すフローチャート
【図７】従来の位置決めシステムの処理内容を表すタイムチャート
【図８】従来の位置制御装置の構成を表すブロック図
【図９】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１０】従来と本発明の位置指令パターン
【図１１】従来と本発明の指令周期毎に分割した位置指令パターン
【図１２】従来と本発明の位置制御部とモータと位置検出器で構成される位置制御系を表すブロック線図
【図１３】従来と本発明の位置比較部の処理内容を表すフローチャート
【符号の説明】
【００１８】
１   上位システム
２、５   位置制御装置
３、６   モータ
４、７   位置検出器
８   位置指令部
９   位置制御部
１０   位置比較部
１１   位置決め完了予定時間演算部
【図１】
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【図２】
2009086827.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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