JP4889809B2

JP4889809B2 - 加減速制御装置

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Publication number: JP4889809B2
Application number: JP2010514299A
Authority: JP
Inventors: 清石前川; 祐子竹端; 悟史溝上; 正彦平野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: CN102047195B; US20110035028A1; CN102047195A; KR101144508B1; WO2009144805A1; DE112008003783T5; US8600527B2; JPWO2009144805A1; KR20100119570A; DE112008003783B4

Description

本発明は加減速制御装置に関し、特に、加速中に目標速度変更指令が入力された場合の加速度指令曲線の生成方法に関する。

ロボット制御などにおける加減速時の速度制御では、動きの滑らかさや棒体寿命などの観点から、Ｓ字曲線などの滑らかな曲線から速度指令を求めることが行われている。ここで、Ｓ字曲線などの多次元曲線からロボットの加減速中の速度指令を簡単かつ正確に求めることができるようにするため、理想加減速曲線をデータテーブルに記憶しておき、加減速時の速度差および加減速時間に応じてデータテーブルをスケーリングすることで、各時刻での速度指令を求める方法がある（特許文献１）。

特開平６−１８２６８２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、データテーブルに記憶されている理想加減速曲線と速度差及び加減速時間から速度指令が生成されるため、加速中に目標速度変更指令が入力された時に速度変更を即座に反映させると、加速度が不連続になり、振動が励起されることがあるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加速中に目標速度変更指令が入力された場合においても、加速度の連続性を維持しつつ、速度変更を反映させることが可能な加減速制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の加減速制御装置は、加速度指令曲線に従って目標速度に到達するように、加速度の指令値である指令加速度および速度の指令値である指令速度を生成する加減速制御装置において、前記指令加速度を与える加速度指令曲線を生成し、目標速度変更指令が加速中に入力された時に加速度減少曲線を生成する指令生成部と、前記指令生成部にて生成された加速度減少曲線に従って現在の指令加速度から加速度を０に減少させた時の速度増加量に対応する残速度を演算する残速度演算部と、前記目標速度と現在の指令速度の差に対応する差速度を算出する差速度演算部と、前記残速度が前記差速度以上となった時点に基づいて前記指令生成部に加速度減少曲線を生成させ、前記加速度減少曲線に従って前記指令加速度の減少を開始させる加速度減少開始タイミング決定部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、加速中に目標速度変更指令が入力された場合においても、加速度の連続性を維持しつつ、速度変更を反映させることが可能という効果を奏する。

図１は、本発明に係る加減速制御装置の実施例１の概略構成を示すブロック図である。図２は、図１の指令生成部にて生成される加速度指令曲線の一例を示す図である。図３は、図１の加減速制御装置における加速度減少開始決定処理を示すフローチャートである。図４−１は、加速度増加区間または等加速度区間において速度の増加方向に速度変更された時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。図４−２は、加速度減少区間において速度の増加方向に速度変更され、加速度０の時点で目標速度を超過する時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。図４−３は、加速度減少区間において速度の増加方向に速度変更され、加速度０の時点で目標速度を超過しない時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。図５−１は、加速度増加区間または等加速度区間において速度の減少方向に速度変更された時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。図５−２は、加速度減少区間において速度の減少方向に速度変更された時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。図６は、本発明に係る加減速制御装置の実施例２の概略構成を示すブロック図である。図７は、図６の加減速制御装置における減速停止開始決定処理を示すフローチャートである。図８は、図６の加減速制御装置における減速停止開始決定方法を示す図である。

符号の説明

１１、２１指令生成部
１２、２２残速度演算部
１３、２３差速度演算部
１４、２４加速度減少開始タイミング決定部
１５、２５モータ制御部
２６加速度連続残距離演算部
２７差距離演算部
２８減速開始加速度減少開始タイミング決定部

以下に、本発明に係る加減速制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明に係る加減速制御装置の実施例１の概略構成を示すブロック図である。図１において、加減速制御装置には、指令生成部１１、残速度演算部１２、差速度演算部１３および加速度減少開始タイミング決定部１４が設けられている。

ここで、指令生成部１１は、目標位置Ｌ０および目標速度ｖ０に到達するように指令位置Ｌｎ、指令速度ｖｎおよび指令加速度ａｎを生成し、モータ制御部１５に出力することができる。なお、指令位置Ｌｎは位置の指令値、指令速度ｖｎは速度の指令値、指令加速度ａｎは加速度の指令値である。また、指令生成部１１は、Ｓ字曲線などの滑らかな曲線により構成される加速度指令曲線を生成し、その加速度指令曲線から指令加速度ａｎを生成することができる。また、指令生成部１１は、目標速度変更指令（オーバーライド変更指令）ｏｒが入力された場合、加速度減少開始タイミング決定部１４にて決定される加速度減少開始タイミングに基づいて加速度減少曲線を生成し、その加速度減少曲線に従って指令加速度ａｎの減少を開始することができる。

残速度演算部１２は、指令生成部１１にて生成された指令加速度ａｎに基づいて残速度ｖｚを演算することができる。なお、残速度ｖｚは、指令生成部１１にて生成された加速度減少曲線に従って現在の指令加速度ａｎから加速度を０に減少させた時の速度増加量に対応させることができる。

差速度演算部１３は、外部から与えられた目標速度ｖ０と指令生成部１１にて生成された指令速度ｖｎに基づいて差速度ｖｓを演算することができる。なお、差速度ｖｓは、目標速度ｖ０と現在の指令速度ｖｎの差に対応させることができる。

加速度減少開始タイミング決定部１４は、指令生成部１１にて生成された加速度減少曲線に従って指令加速度ａｎの減少を開始させる加速度減少開始タイミングを決定することができる。なお、加速度減少開始タイミングとしては、残速度ｖｚが差速度ｖｓ以上となった時点とすることができる。

図２は、図１の指令生成部にて生成される加速度指令曲線の一例を示す図である。図２において、指令加速度ａｎを与える加速度指令曲線には、加速区間Ｋ１、等速区間Ｋ２および減速区間Ｋ３が設けられている。そして、加速区間Ｋ１には、加速度増加区間Ｒ１、等加速度区間Ｒ２および加速度減少区間Ｒ３の３区間が設けられ、減速区間Ｋ３には、加速度減少区間Ｒ４、等加速度区間Ｒ５および加速度増加区間Ｒ６の３区間が設けられている。なお、加速度増加区間Ｒ１、Ｒ６および加速度減少区間Ｒ３、Ｒ４は、それぞれ互いに独立に設定することができる。

また、加速度指令曲線のパラメータとして、加速区間Ｋ１における加速度増加時間ａｔ、加速区間Ｋ１における加速度減少時間ｂｔ、減速区間Ｋ３における加速度減少時間ｃｔ、減速区間Ｋ３における加速度増加時間ｄｔ、最大加速度ａｋ、最小加速度ａｇ、加速度増加が開始されてから加速度減少が開始されるまでの時間ｋｔ２、加速度減少が開始されてから加速度増加が開始されるまでの時間ｇｔ２、加速が開始されてから減速が開始されるまでの時間ｔｇｓを用いることができる。

なお、加速度増加時間ａｔは、加速度０から最大加速度ａｋまで加速するのに要する時間、加速度減少時間ｂｔは、最大加速度ａｋから加速度０まで減速するのに要する時間、加速度減少時間ｃｔは、加速度０から最小加速度ａｇまで減速するのに要する時間、加速度増加時間ｄｔは、最小加速度ａｇから加速度０まで加速するのに要する時間である。

ここで、加速度増加区間Ｒ１、Ｒ６における加速度増加曲線および加速度減少区間Ｒ３、Ｒ４における加速度減少曲線は、いずれも三角関数、多項式などの滑らかな曲線で表現することができる。例えば、このような加速度指令曲線としては、ユニバーサルカム曲線（例えば、機械設計１９８９年３月号Ｐ６４〜９２に記載）などを用いることができる。

図３は、図１の加減速制御装置における加速度減少開始決定処理を示すフローチャートである。図３において、図１の指令生成部１１は、目標位置Ｌ０および目標速度ｖ０が入力されると、図２に示すような加速度指令曲線を生成することで、指令加速度ａｎおよび指令速度ｖｎを指令生成周期ごとに算出するとともに（ステップＳ１１）、加速度減少時間ｂｔを算出し（ステップＳ１２）、指令加速度ａｎおよび加速度減少時間ｂｔを残速度演算部１２に出力するとともに、指令速度ｖｎを差速度演算部１３に出力する。

そして、残速度演算部１２は、図２の加速度減少区間Ｋ３の加速度減少曲線に従って現在の指令加速度ａｎから加速度を０に減少させた場合の速度の増加量に対応した残速度ｖｚを算出し（ステップＳ１３）、加速度減少開始タイミング決定部１４に出力する。

例えば、指令生成部１１にて生成される指令加速度ａｎが図２の加速度指令曲線で与えられ、加速度減少曲線ａがユニバーサルカム曲線で表現されるものとすると、加速度減少曲線ａは以下の（１）式で与えることができる。
ａ＝ａｋ＊ｃｏｓ（π＊ｔ／２／ｂｔ）（１）
ただし、ｔは加速度減少開始からの経過時間である。

ここで、（１）式の加速度減少曲線ａと相似形の曲線で現在の指令加速度ａｎから加速度を０まで減少させる場合、加速度が０になるまでの時間がｂｔ＊ａｎ／ａｋであるので、加速度が０になるまでの速度の増加量である残速度ｖｚは、以下の（２）式にて算出することができる。

ｖｚ＝２＊ｂｔ＊ａｎ＊ａｎ／ａｋ／π （２）
なお、曲線間の相似とは、曲線が横方向または縦方向に縮小または拡大した関係にあることを言う。

次に、差速度演算部１３は、目標速度ｖ０と指令生成周期ごとの現在の指令速度ｖｎとの差である差速度ｖｓ＝ｖ０−ｖｎを演算し（ステップＳ１４）、加速度減少開始タイミング決定部１４に出力する。

次に、加速度減少開始タイミング決定部１４は、残速度ｖｚと差速度ｖｓを指令生成周期ごとに比較することで、加速度減少を開始するかどうかを判別し（ステップＳ１５）、加速度減少開始を指示する加速度減少開始信号を指令生成部１１に出力する。ここで、加速度減少開始タイミング決定部１４は、ｖｚ≧ｖｓが成り立つ場合に、加速度減少の開始を決定し、指令生成部１１にて生成された加速度減少曲線に従って指令加速度ａｎの減少を開始させることができる。

なお、目標速度ｖ０が、加減速に関するパラメータ（図２のａｔ、ｂｔ、ｃｔ、ｄｔ、ｋｔ２、ｇｔ２）を算出した時と同一であれば、加速開始後に加速度増加時間ａｔだけ経過するまでは指令加速度ａｎが増加し、加速度増加時間ａｔが経過してから加速度減少を開始するまでは等加速度で指令加速度ａｎの生成が行われ、加速開始からおよそｋｔ２だけ経過した時点で指令加速度ａｎは減少を開始する。

また、モータ制御部１５での制御が速度制御の場合（制御対象の速度を制御する場合）、減速停止位置の監視は行われず、例えば、図示しない上位の制御装置から減速開始指令が入力された時点で減速を開始することができる。

次に、目標速度変更指令ｏｒが動作中に入力された場合（目標速度ｖ０が動作中に変更された場合すなわちオーバーライドが変更された場合）の指令加速度ａｎの生成方法について説明する。

目標速度変更指令ｏｒが動作中に入力された場合、指令生成部１１は、現在の指令加速度ａｎが、図２の加速区間Ｋ１か等速区間Ｋ２か減速区間Ｋ３かを判別する。

そして、現在の指令加速度ａｎが減速区間Ｋ３にある場合、目標速度変更指令ｏｒは次回生成される指令加速度ａｎから反映させ、今回生成される指令加速度ａｎでは無視する。現在の指令加速度ａｎが等速区間Ｋ２にある場合、図２に示す加速度指令曲線と相似形となる加速度指令曲線にて、現在の指令速度ｖｎから目標速度変更指令ｏｒにて変更された目標速度ｖ０までの指令加速度ｖｎを生成する。

現在の指令加速度ａｎが加速区間Ｋ１にある場合、速度変更が増加方向であるか、それとも減少方向であるか、さらには加速区間Ｋ１のどこであるか（加速度増加区間Ｒ１、等加速度区間Ｒ２、加速度減少区間Ｒ３のどこであるか）に応じて場合分けして、指令加速度ａｎを生成する。

速度が増加する方向に目標速度変更指令ｏｒが実施された場合、現在の指令加速度ａｎが加速度増加区間Ｒ１もしくは等加速度区間Ｒ２にあれば、現在の指令加速度ａｎをそのまま継続する。そして、残速度ｖｚが差速度ｖｓ以上となった時点で加速度減少曲線を生成して加速度減少を開始する。ここで、差速度ｖｓを算出する際の目標速度は、目標速度変更指令ｏｒにより変更された目標速度ｖ０である。

一方、現在の指令加速度ａｎが加速度減少区間Ｒ３にある場合において、現在の指令加速度ａｎから新規に加速度減少曲線を生成すると、加速度０の時点で目標速度ｖ０を超過する場合、現在の加速度減少曲線をそのまま継続して使用する。そして、加速度０の時点に達すると、図２の加速区間Ｋ１の加速度指令曲線と相似形になるように、目標速度ｖ０までの加速曲線を再度生成する。

また、現在の指令加速度ａｎが加速度減少区間Ｒ３にある場合において、現在の指令加速度ａｎから新規に加速度減少曲線を生成しても、加速度が０の地点で目標速度ｖ０を超過しない場合、現在の指令加速度ａｎから上限加速度（あらかじめ制御対象毎に定められている加速度の上限値）まで、図２の加速区間Ｋ１の加速度増加曲線と相似形となるように加速度増加曲線を生成する。そして、上限加速度に達したら、等加速度の指令加速度を生成する。そして、加速度増加区間Ｒ１または等加速度区間Ｒ２で残速度ｖｚが差速度ｖｓ以上となった時点で、現在の指令加速度ａｎから加速度を０まで減少させる加速度減少曲線を生成する。

図４−１は、加速度増加区間または等加速度区間において速度の増加方向に速度変更された時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。なお、Ａ１は加速度指令曲線、Ａ２、Ａ３は加速度減少曲線を示し、Ｂ１は加速度指令曲線Ａ１に対応した速度曲線、Ｂ２、Ｂ３は加速度減少曲線Ａ２、Ａ３に対応した速度曲線を示す。

図４−１において、時刻ｔ１に目標速度変更指令ｏｒが入力され、現在の指令加速度ａｎが加速度指令曲線Ａ１の加速度増加区間Ｒ１もしくは等加速度区間Ｒ２にある場合、指令生成部１１は、現在の指令加速度ａｎをそのまま継続する。

一方、残速度演算部１２は、指令生成部１１にて生成された加速度減少曲線Ａ２に従って現在の指令加速度ａｎから加速度を０に減少させた時の速度増加量である残速度ｖｚを算出する。また、差速度演算部１３は、目標速度ｖ０と現在の指令速度ｖｎの差である差速度ｖｓを算出する。そして、加速度減少開始タイミング決定部１４は、残速度ｖｚと差速度ｖｓとを比較し、時刻ｔ２においてｖｚ≧ｖｓが成り立つものとすると、加速度減少曲線Ａ３を生成させ加速度減少を開始させる。

図４−２は、加速度減少区間において速度の増加方向に速度変更され、加速度０の時点で目標速度を超過する時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。なお、Ａ１１は加速度指令曲線、Ａ１２は加速曲線を示し、Ｂ１１は加速度指令曲線Ａ１１に対応した速度曲線、Ｂ１２は加速曲線Ａ１２に対応した速度曲線を示す。

図４−２において、時刻ｔ１１に目標速度変更指令ｏｒが入力され、現在の指令加速度ａｎが加速度指令曲線Ａ１１の加速度減少区間Ｒ１にある場合、指令生成部１１は、現在の指令加速度ａｎから新規に加速度減少曲線を生成すると、加速度０の時点で目標速度ｖ０を超過する場合には、現在の加速度指令曲線Ａ１１の加速度減少曲線をそのまま使用することで、指令加速度ａｎを生成する。そして、指令生成部１１は、加速度指令曲線Ａ１１上の指令加速度ａｎが加速度０の時点ｔ１２に達すると、図２の加速区間Ｋ１の加速度指令曲線と相似形になるように、目標速度ｖ０までの加速曲線Ａ１２を再度生成し、その加速曲線Ａ１２に従って指令加速度ａｎを生成する。

図４−３は、加速度減少区間において速度の増加方向に速度変更され、加速度０の時点で目標速度を超過しない時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。なお、Ａ２１は加速度指令曲線、Ａ２２は加速度増加曲線、Ａ２２´は等加速度曲線、Ａ２２´´は加速度減少曲線を示し、Ｂ２１は加速度指令曲線Ａ２１に対応した速度曲線、Ｂ２２は加速度増加曲線Ａ２２に対応した速度曲線、Ｂ２２´は等加速度曲線Ａ２２´に対応した速度曲線、Ｂ２２´´は加速度減少曲線Ａ２２´´に対応した速度曲線を示す。

図４−３において、時刻ｔ２１に目標速度変更指令ｏｒが入力され、現在の指令加速度ａｎが加速度指令曲線Ａ２１の加速度減少区間Ｒ１にある場合、指令生成部１１は、現在の指令加速度ａｎから新規に加速度減少曲線を生成すると、加速度０の時点で目標速度ｖ０を超過しない場合には、現在の指令加速度ａｎから上限加速度ａｍまで、図２の加速区間Ｋ１の加速度増加曲線と相似形となるように加速度増加曲線Ａ２２を生成し、その加速度増加曲線Ａ２２に従って指令加速度ａｎを生成する。そして、上限加速度ａｍに達したら、等加速度曲線Ａ２２´を生成し、その等加速度曲線Ａ２２´に従って指令加速度ａｎを生成する。そして、加速度増加曲線Ａ２２または等加速度曲線Ａ２２´で残速度ｖｚが差速度ｖｓ以上となった時点ｔ２２で、現在の指令加速度ａｎから加速度を０まで減少させる加速度減少曲線Ａ２２´´を生成する。

次に、速度が減少する方向に目標速度変更指令ｏｒが実施された場合、現在の指令加速度ａｎが加速度増加区間Ｒ１もしくは等加速度区間Ｒ２にある場合は、現在の指令加速度ａｎをそのまま継続する。そして、残速度ｖｚが差速度ｖｓ以上となった時点で加速度減少曲線を生成して加速度減少を開始する。

一方、速度が減少する方向に目標速度変更指令ｏｒが実施された場合、既に加速度減少区間Ｒ３にあれば、現在の加速度減少曲線をそのまま継続して使用する。そして、加速度が０になった時点で目標速度ｖ０を超過していれば、図２の減速区間Ｋ３の加速度指令曲線と相似形になるように、その時点の速度から目標速度ｖ０までの減速曲線を生成する。

図５−１は、加速度増加区間または等加速度区間において速度の減少方向に速度変更された時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。なお、Ａ３１は加速度指令曲線、Ａ３２、Ａ３３は加速度減少曲線を示し、Ｂ３１は加速度指令曲線Ａ３１に対応した速度曲線、Ｂ３２、Ｂ３３は加速度減少曲線Ａ３２、Ａ３３に対応した速度曲線を示す。

図５−１において、時刻ｔ３１に目標速度変更指令ｏｒが入力され、現在の指令加速度ａｎが加速度指令曲線Ａ３１の加速度増加区間Ｒ１もしくは等加速度区間Ｒ２にある場合、指令生成部１１は、現在の指令加速度ａｎをそのまま継続する。

一方、残速度演算部１２は、指令生成部１１にて生成された加速度減少曲線Ａ３２に従って現在の指令加速度ａｎから加速度を０に減少させた時の速度増加量である残速度ｖｚを算出する。また、差速度演算部１３は、目標速度ｖ０と現在の指令速度ｖｎの差である差速度ｖｓを算出する。そして、加速度減少開始タイミング決定部１４は、残速度ｖｚと差速度ｖｓとを比較し、時刻ｔ３２においてｖｚ≧ｖｓが成り立つものとすると、加速度減少曲線Ａ３３を生成して加速度減少を開始する。

図５−２は、加速度減少区間において速度の減少方向に速度変更された時の加速度指令曲線の生成方法を示す図である。なお、Ａ４１は加速度指令曲線、Ａ４２は減速曲線を示し、Ｂ４１は加速度指令曲線Ａ４１に対応した速度曲線、Ｂ４２は減速曲線Ａ４２に対応した速度曲線を示す。

図５−２において、時刻ｔ４１に目標速度変更指令ｏｒが入力され、現在の指令加速度ａｎが加速度指令曲線Ａ４１の加速度減少区間Ｒ１にある場合、指令生成部１１は、現在の指令加速度ａｎから新規に加速度減少曲線を生成すると、加速度０の時点で目標速度ｖ０を超過する場合には、現在の加速度指令曲線Ａ４１の加速度減少曲線をそのまま使用することで、指令加速度ａｎを生成する。そして、指令生成部１１は、加速度指令曲線Ａ４１上の指令加速度ａｎが加速度０の時点ｔ４２に達すると、図２の減速区間Ｋ３の加速度指令曲線と相似形になるように、その時点の速度から目標速度ｖ０までの減速曲線Ａ４２を再度生成し、その減速曲線Ａ４２に従って指令加速度ａｎを生成する。

このように、上述した実施例１によれば、残速度ｖｚが差速度ｖｓ以上となった時点に基づいて加速度減少曲線を生成することで、現在の加速度指令曲線との連続性を保ちつつ、目標速度変更指令ｏｒにて変更された目標速度ｖ０を実現する加速度減少曲線を生成することができる。このため、加速中に目標速度変更指令ｏｒが入力された場合においても、加速度の連続性を保ちつつ滑らかな動作を実現することができ、振動が励起されることを防止できる効果がある。

なお、上述した実施例１では、加速度指令曲線としてユニバーサルカム曲線を用いる方法について説明したが、加速区間および減速区間が加速度増加区間、等加速度区間および加速度減少区間の３区間にそれぞれ分けられるならば、多項式などで表現される他の形状を加速度指令曲線として用いるようにしてもよい。

また、指令生成部１１、残速度演算部１２、差速度演算部１３および加速度減少開始タイミング決定部１４の機能は、これらの各部で行われる処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをコンピュータに実行させることにより実現することができる。ここで、指令生成部１１、残速度演算部１２、差速度演算部１３および加速度減少開始タイミング決定部１４で行われる処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをコンピュータに実行させる場合、スタンドアロン型コンピュータで実行させるようにしてもよく、ネットワークに接続された複数のコンピュータに分散処理させるようにしてもよい。

図６は、本発明に係る加減速制御装置の実施例２の概略構成を示すブロック図である。図６において、加減速制御装置には、指令生成部２１、残速度演算部２２、差速度演算部２３、加速度減少開始タイミング決定部２４、加速度連続残距離演算部２６、差距離演算部２７および減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８が設けられている。なお、指令生成部２１、残速度演算部２２、差速度演算部２３および加速度減少開始タイミング決定部２４は、図１の指令生成部１１、残速度演算部１２、差速度演算部１３および加速度減少開始タイミング決定部１４と同様の動作を行うことができる。

ここで、加速度連続残距離演算部２６は、加速中に減速停止する場合、指令生成部２１にて生成された指令加速度ａｎに基づいて残距離Ｌｚを算出することができる。なお、残距離Ｌｚは、指令生成部２１にて生成された加速度減少曲線に従って現在の指令加速度ｖｎから加速度を０に減少させ、加速度が０になった時点で指令生成部２１にて生成された減速停止曲線に従って減速停止させるまでの移動距離に対応させることができる。

差距離演算部２７は、外部から与えられた目標位置Ｌ０と指令生成部２１にて生成された指令位置Ｌｎに基づいて差距離Ｌｓを演算することができる。なお、差距離Ｌｓは、目標位置Ｌｎと現在の指令位置Ｌｎの差に対応させることができる。

減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８は、指令生成部２１にて生成された加速度減少曲線に従って指令加速度ａｎの減少を開始させる加速度減少開始タイミングを決定することができる。なお、加速度減少開始タイミングとしては、残距離Ｌｚが差距離Ｌｓ以上となった時点および残速度ｖｚが差速度ｖｓ以上となった時点のいずれか早い方の時点とすることができる。

そして、この加減速制御装置では、モータ制御として位置制御が行われ、減速停止したときの位置がちょうど目標位置となるようにモータ制御を行うことができる。ここで、加速中に減速停止を開始すると、加速度が不連続になり振動を励起する場合がある。このため、加速中は現在の指令加速度ａｎを０まで減少させ、加速度が０になった地点で減速停止曲線を生成しても、減速停止位置が目標位置Ｌ０を超過しないかどうかを判別する（残距離判別）。そして、残距離判別の条件を満たした時点と、実施例１で述べた残速度判別（残速度ｖｚが差速度ｖｓ以上となるかどうか）の条件を満たした時点のいずれか早い方の時点で加速度減少を開始する。なお、残速度判別に関しては、実施例１と同様の方法を用いることができる。

図７は、図６の加減速制御装置における減速停止開始決定処理を示すフローチャートである。図７において、図６の指令生成部２１は、目標位置Ｌ０および目標速度ｖ０が入力されると、図２に示すような加速度指令曲線を生成することで、指令加速度ａｎ、指令速度ｖｎおよび指令位置Ｌｎを指令生成周期ごとに算出するとともに（ステップＳ２１）、加速度減少時間ｂｔを算出し（ステップＳ２２）、指令加速度ａｎおよび加速度減少時間ｂｔを残速度演算部２２および加速度連続残距離演算部２６に出力し、指令速度ｖｎを差速度演算部２３に出力し、指令位置Ｌｎを差距離演算部２７に出力する。

そして、残速度演算部２２は、図２の加速度減少区間Ｋ３の加速度減少曲線に従って現在の指令加速度ａｎから加速度を０に減少させた場合の速度の増加量に対応した残速度ｖｚを算出し（ステップＳ２３）、加速度減少開始タイミング決定部２４に出力する。

次に、差速度演算部２３は、目標速度ｖ０と指令生成周期ごとの現在の指令速度ｖｎとの差である差速度ｖｓ＝ｖ０−ｖｎを演算し（ステップＳ２４）、加速度減少開始タイミング決定部２４に出力する。

一方、加速度連続残距離演算部２６は、現在の指令加速度ａｎから加速度０までの加速度減少曲線を生成させた時に加速度０となる地点までの移動距離Ｌｚ１と、加速度０となる地点までの速度増加量ｖｚ１を算出する。なお、この速度増加量ｖｚ１は、残速度演算部２２にて算出される残速度ｖｚと同一であるため、残速度演算部２２にて算出された残速度ｖｚをそのまま使用するようにしてもよい。さらに、加速度連続残距離演算部２６は、加速度０になった地点（現在の指令速度がｖｎであるとすると、速度がｖｎ＋ｖｚ１となる地点）から速度０まで減速停止させる場合の移動距離Ｌｚ２を算出する（ステップＳ２５）。なお、この減速停止曲線は、図２の減速区間Ｋ３の加速度指令曲線と相似形とすることができる。

そして、これらの移動距離Ｌｚ１、Ｌｚ２を用いることで、現在の指令加速度ａｎから加速度を０に減少させ、さらに減速停止する場合に速度０となるまでの移動距離である残距離Ｌｚ＝Ｌｚ１＋Ｌｚ２を算出し（ステップＳ２６）、減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８に出力する。なお、等加速度区間では既に加速度が０であるため、常にＬｚ１＝０となる。

次に、差距離演算部２７は、目標位置Ｌ０と指令生成周期ごとの現在の指令位置Ｌｎとの差である差距離Ｌｓ＝Ｌ０−Ｌｎを演算し（ステップＳ２７）、減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８に出力する。

そして、加速度減少開始タイミング決定部２４は、残速度ｖｚと差速度ｖｓを指令生成周期ごとに比較することで、加速度減少を開始するかどうかの残速度判別を行い（ステップＳ２８）、加速度減少開始を指示する加速度減少開始信号を指令生成部２１に出力する。ここで、加速度減少開始タイミング決定部２４は、ｖｚ≧ｖｓが成り立つ場合に、加速度減少の開始を決定し、指令生成部２１にて生成された加速度減少曲線に従って指令加速度ａｎの減少を開始させることができる。

また、減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８は、残距離Ｌｚと差距離Ｌｓを指令生成周期ごとに比較することで、加速度減少を開始するかどうかの残距離判別を行い（ステップＳ２８）、加速度減少開始を指示する加速度減少開始信号を指令生成部２１に出力する。ここで、減速開始加速度減少タイミング決定部２８は、Ｌｚ≧Ｌｓが成り立つ場合に、加速度減少の開始を決定し、指令生成部２１にて生成された加速度減少曲線に従って指令加速度ａｎの減少を開始させることができる。

そして、指令生成部２１は、加速度減少開始タイミング決定部２４もしくは減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８から加速度減少開始信号が送信されると、加速度減少を開始する。

ここで、加速度減少開始タイミング決定部２４からの加速度減少開始信号の方が早く送信された場合、指令生成部２１は、加速度減少曲線に従って加速度減少を開始するとともに、減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８での処理は継続させ、Ｌｚ≧Ｌｓとなった時点で減速停止曲線の生成を開始する。

一方、減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８からの加速度減少開始信号の方が早く送信された場合、指令生成部２１は、加速度減少曲線に従って加速度減少を開始するとともに、加速度０となった時点で減速停止曲線の生成を開始する。

図８は、図６の加減速制御装置における減速停止開始決定方法を示す図である。なお、Ａ５１は加速度指令曲線、Ａ５２は加速度減少曲線、Ａ５３は減速停止曲線を示し、Ｂ５１は加速度指令曲線Ａ５１に対応した速度曲線、Ｂ５２は加速度減少曲線Ａ５２に対応した速度曲線、Ｂ５３は減速停止曲線Ａ５３に対応した速度曲線、Ｃ５１は加速度指令曲線Ａ５１に対応した移動距離曲線、Ｃ５２は加速度減少曲線Ａ５２に対応した移動距離曲線、Ｃ５３は減速停止曲線Ａ５３に対応した移動距離曲線を示す。

図８において、時刻ｔ５１に目標速度変更指令ｏｒが入力されると、残速度演算部２２は、指令生成部２１にて生成された加速度減少曲線Ａ５２に従って現在の指令加速度ａｎから加速度を０に減少させた時の速度増加量である残速度ｖｚを算出する。また、差速度演算部２３は、目標速度ｖ０と現在の指令速度ｖｎの差である差速度ｖｓを算出する。そして、加速度減少開始タイミング決定部２４は、残速度ｖｚと差速度ｖｓとを比較し、ｖｚ≧ｖｓが成り立った時点で加速度減少開始信号を指令生成部２１に送信する。

また、時刻ｔ５１に目標速度変更指令ｏｒが入力されると、加速度連続残距離演算部２６は、現在の指令加速度ａｎから加速度０までの加速度減少曲線を生成させた時に加速度０となる地点までの移動距離Ｌｚ１と、加速度０となる地点までの速度増加量ｖｚ１を算出するとともに、加速度０になった地点から速度０まで減速停止させる場合の移動距離Ｌｚ２を算出することで、残距離Ｌｚ＝Ｌｚ１＋Ｌｚ２を算出する。また、差速度演算部２３は、目標位置Ｌ０と現在の指令位置Ｌｎの差である差距離Ｌｓを算出する。そして、減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８は、残距離Ｌｚと差距離Ｌｓとを比較し、Ｌｚ≧Ｌｓが成り立った時点で加速度減少開始信号を指令生成部２１に送信する。

このように、上述した実施例２によれば、残距離Ｌｚが差距離Ｌ以上となった時点に基づいて加速度減少を開始することで、動作中に速度変更を実施した場合に加速中に減速停止する必要が生じた場合においても、加速度を連続にし、メカニカルシステムの振動が励起されることを防止できる効果がある。

なお、指令生成部２１、残速度演算部２２、差速度演算部２３、加速度減少開始タイミング決定部２４、加速度連続残距離演算部２６、差距離演算部２７および減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８の機能は、これらの各部で行われる処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをコンピュータに実行させることにより実現することができる。ここで、指令生成部２１、残速度演算部２２、差速度演算部２３、加速度減少開始タイミング決定部２４、加速度連続残距離演算部２６、差距離演算部２７および減速開始加速度減少開始タイミング決定部２８で行われる処理を遂行させる命令が記述されたプログラムをコンピュータに実行させる場合、スタンドアロン型コンピュータで実行させるようにしてもよく、ネットワークに接続された複数のコンピュータに分散処理させるようにしてもよい。

以上のように本発明に係る加減速制御装置は、実装機、半導体製造装置、射出成形機、ロボット、工作機械、包装機械、印刷機械、輸送機械などのメカニカルシステムの位置もしくは速度を制御する方法に適している。

Claims

加速度指令曲線に従って目標速度に到達するように、加速度の指令値である指令加速度および速度の指令値である指令速度を生成する加減速制御装置において、
前記指令加速度を与える加速度指令曲線を生成し、目標速度変更指令が加速中に入力された時に加速度減少曲線を生成する指令生成部と、
前記指令生成部にて生成された加速度減少曲線に従って現在の指令加速度から加速度を０に減少させた時の速度増加量に対応する残速度を演算する残速度演算部と、
前記目標速度と現在の指令速度の差に対応する差速度を算出する差速度演算部と、
前記残速度が前記差速度以上となった時点に基づいて前記指令生成部に加速度減少曲線を生成させ、前記加速度減少曲線に従って前記指令加速度の減少を開始させる加速度減少開始タイミング決定部とを備えることを特徴とする加減速制御装置。
加速中に減速停止する場合、前記指令生成部にて生成された加速度減少曲線に従って現在の指令加速度から加速度を０に減少させ、前記加速度が０になった時点で前記指令生成部にて生成された減速停止曲線に従って減速停止させるまでの移動距離に対応した残距離を算出する加速度連続残距離演算部と、
目標位置と現在の指令位置の差に対応する差距離を算出する差距離演算部と、
前記残距離が前記差距離以上となった時点および前記残速度が前記差速度以上となった時点のいずれか早い方の時点に基づいて、前記指令生成部に加速度減少曲線を生成させ、前記加速度減少曲線に従って前記指令加速度の減少を開始させる減速開始加速度減少開始タイミング決定部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の加減速制御装置。
前記指令生成部は、前記残速度が前記差速度以上となった時点の方が、前記残距離が前記差距離以上となった時点よりも早い場合、前記加速度減少曲線に従って前記指令加速度の加速度減少を開始した上で、前記残距離が前記差距離以上となった時点で減速停止曲線の生成を開始し、
前記残距離が前記差距離以上となった時点の方が、前記残速度が前記差速度以上となった時点よりも早い場合、前記加速度減少曲線に従って前記加速度指令の加速度減少を開始した上で、前記加速度が０となった時点で減速停止曲線の生成を開始することを特徴とする請求項２に記載の加減速制御装置。
前記加速度指令曲線には、加速区間および減速区間が設けられ、前記加速区間および前記減速区間には、加速度増加区間、等加速度区間および加速度減少区間の３区間がそれぞれ設けられ、前記加速度増加区間および前記加速度減少区間は、それぞれ互いに独立に設定可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加減速制御装置。
前記指令生成部は、前記加速度増加区間または前記等加速度区間において速度の増加方向に速度変更された場合、前記残速度が前記差速度以上となった時点で加速度減少曲線を生成して加速度減少を開始し、
前記加速度減少区間において速度の増加方向に速度変更され、加速度が０の時点で目標速度を超過する場合、前記加速度が０の時点で目標速度までの加速曲線を生成し、
前記加速度減少区間において速度の増加方向に速度変更され、加速度が０の時点で目標速度を超過しない場合、現在の加速度から上限加速度までの加速度増加曲線を生成し、前記残速度が前記差速度以上となった時点で、現在の加速度から加速度を０まで減少させる加速度減少曲線を生成し、
前記加速度増加区間または等加速度区間において速度の減少方向に速度変更された場合、前記残速度が前記差速度以上となった時点で加速度減少曲線を生成して加速度減少を開始し、
前記加速度減少区間において速度の減少方向に速度変更され、加速度が０の時点で目標速度を超過する場合、前記加速度が０の時点で目標速度までの減速曲線を生成することを特徴とする請求項４に記載の加減速制御装置。