DE19540106A1

DE19540106A1 - Kodierereinheit zum Schaffen eines Servomotor-Steuereinheit-Datenwerts, der eingestellt wird zum Berücksichtigen von Verarbeitungsverzögerungen

Info

Publication number: DE19540106A1
Application number: DE19540106A
Authority: DE
Inventors: Youji Tsutsumishita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2015-10-28
Also published as: JP3367260B2; US5721546A; FR2732109A1; JPH08261794A; DE19540106C2; FR2732109B1; CN1135038A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kodierereinheit zum Erfassen einer Position an einem Bearbeitungswerkzeug oder dergleichen und eine Servomotor-Steuereinheit zum Steuern eines Servormotors in Übereinstimmung mit Positionsdaten, die von der Kodierereinheit erhalten werden.

Zum Zwecke des Versehens der Kodierereinheit mit hoher Auflösung oder Erhalten einer Absolutwert-Kodierereinheit ist ein Verfahren, wie beispielsweise offenbart in der Patentpublikation Gazette HEI. 5-65827, bekannt, wodurch Analogsignale, wie zum Beispiel Sinuswellen und dreiecksförmige Wellen auszugeben sind in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel und Analogsignale mit einer spezifizierten Phasendifferenz von den Analogsignalen A-/D-konvertiert werden, und das Resultat der Konversion durch einen arithmetischen Betrieb interpoliert wird. Fig. 22 ist ein Konfigurationsdiagramm einer herkömmlichen Kodierer-Steuervorrichtung gemäß dem oben beschriebenen Verfahren. In Fig. 22 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Kodierereinheit, die auf einem Servormotor 3 oder einem beweglichen Teil einer Maschine installiert ist. Die Motorantriebseinheit 2 steuert den Servomotor 3 mit einem Positionsbefehl von einer externen Quelle und einer Ausgabe der Kodierereinheit 1.

Das folgende beschreibt die Details der Kodierereinheit 1 und der Motorantriebseinheit 2 von Fig. 22. Eine Menge von Licht, das emittiert wird von einer LED 4A, um Lichtempfangsvorrichtungen 6A und 6B, wie zum Beispiel Photodioden und Phototransistoren, zu erreichen, wird geändert durch eine Abschirmungsplatte 5, installiert auf einer Motorwelle oder einem beweglichen Teil einer Maschine, und die Licht empfangenden Vorrichtungen 6A und 6B erzeugen Signale proportional zur Lichtmenge. Diese Signale sind Analogsignale, wie zum Beispiel Sinuswellen oder dreiecksförmige Wellen, welche relativ zueinander um 90° phasenverschoben sind. Diese Analogsignale werden gleichzeitig gehalten durch Abtast- und Halte-Schaltungen 7A und 7B und eingegeben in A-/D-Konverter 8A und 8B. Daten, die digitalisiert sind durch den A-/D-Konverter, werden konvertiert in Positionsdaten durch eine Arithmetikeinheit 9 und ausgegeben an die Motorantriebseinheit 2. Die Arithmetikeinheit 9 umfaßt einen Teiler und eine ROM-Tabelle.

Ein Betrieb der Motorantriebseinheit 2 wird nachstehend beschrieben. Ein Subtrahierer 12 gibt eine Differenz aus zwischen einem Positionsbefehl und einer Ausgabe θ (T_n) der Kodierereinheit 1, und eine Positionssteuereinrichtung 13 erzeugt einen Geschwindigkeitsbefehlswert in Übereinstimmung mit dieser Differenz. Ein Subtrahierer 14 gibt eine Differenz aus zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitsrückkopplungswert, der erhalten wird durch Differenzieren von θ (T_n) in einem Differenzierer 19, und eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung 15 erzeugt einen Strombefehlswert in Übereinstimmung mit dieser Differenz. Ein Subtrahierer 16 gibt eine Differenz aus zwischen dem Strombefehlswert und dem Stromrückkopplungswert, und eine Stromsteuereinrichtung 17 erzeugt einen Spannungsbefehlswert in Übereinstimmung mit dieser Differenz. Eine 3-Phasen-PWM-Spannungs erzeugungseinrichtung 18 gibt eine 3-Phasen-Spannung ansprechend auf den Spannungsbefehl aus und steuert den Servomotor, welcher ein Synchronmotor ist. Insbesondere bestimmt die 3-Phasen-PWM-Spannungserzeugungseinrichtung eine Magnetpolposition des Motors aus der Ausgabe θ(T_n) des Kodierers, und gibt eine 3-Phasen-Spannung in Übereinstimmung mit der momentanen Magnetpolposition aus. In der Stromrückkopplungsschleife wird der 3-Phasen-Wechselstrom erfaßt durch die Stromdetektoren 31A und 31B, umgewandelt in einen Drehmomentkomponentenstrom an einem 3-Phasen-AC → d-q-Achsen konverter 20 und benutzt zum Steuern des Stroms. In diesem Fall bestimmt der 3-Phasen-AC → d-q-Achsenkonverter 20 die Magnetpolposition des Motors aus der Ausgabe θ(T_n) des Kodierers und führt eine Umwandlung aus in Übereinstimmung mit der momentanen Magnetpolposition.

Ein Datenverarbeitungs-Zeitablaufplan der herkömmlichen Kodierereinheit ist in Fig. 23 gezeigt. Ein Halten durch Abtast- und Halte-Schaltungen 7A und 7B ist im allgemeinen zyklisches Verhalten gemäß einem Anforderungssignal, das ausgegeben wird durch die Motorantriebseinheit 2. Wenn ein Signal gehalten wird, starten die A-/D-Konverter 8A und 8B die A-/D-Umwandlung. Nach Vervollständigung der A-/D-Um wandlung werden die Daten arithmetisch verarbeitet durch die Arithmetikeinheit 9, und Winkeldaten θ(T_n) zu einer Zeit T_n werden ausgegeben zur Zeit T_n + T_d. Die Motorantriebseinheit 2 führt die Steuerung von der Zeit T_n + T_d aus. Diese Winkeldaten werden in dem meisten Fällen als serielle Signale ausgegeben.

Wie oben beschrieben, wird eine lange Verzögerungszeit bei der A-/D-Konversion, der arithmetischen Verarbeitung und der seriellen Kommunikation vom Halten der Analogsignale bis zum Datentransfer zur Motorantriebseinheit 2 gebraucht.

Als ein Geschwindigkeitserfassungsverfahren mit einer Kompensation der Verzögerungszeit ist ein Verfahren, wie beispielsweise offenbart in der Patentanmeldungsoffenbarung Gazette SHO. 62-260574, bekannt zum Vorhersagen V_(n+1) aus einer zuvor erfaßten Geschwindigkeit V_(n-1) und einer momentan erfaßten Geschwindigkeit V_n. In diesem Fall wird die Beziehung durch die folgende arithmetische Gleichung dargestellt:

V_(n+1) = 2V_(n) - V_(n-1)

Dieses Kompensationsverfahren ist beabsichtigt zum Implementieren einer linearen Extrapolation für einen linearen Anstieg oder eine Abnahme, wie gezeigt in Fig. 24. Ein Konzeptdiagramm zum Anwenden dieses Kompensationsverfahrens auf eine Positionserfassung der Kodierereinheit zum Vorhersagen und Kompensieren des Abtastzyklus T0 (wobei T0 = T_n - T_n-1) und der Verzögerungszeit T_d ist in Fig. 26 gezeigt, und ein Blockdiagramm der Kompensationseinheit ist in Fig. 28 gezeigt.

Ein Verfahren für kurvenlineare Extrapolation basierend auf der Annahme, daß eine Variationskomponente im Abtastzyklus ansteigt oder abnimmt unter einem spezifizierten Inkrement oder Dekrement, wie gezeigt in Fig. 20, wird ebenfalls leicht betrachtet. In diesem Fall wird die Beziehung repräsentiert durch die folgende arithmetische Gleichung:

V_(n+1) = 3V_(n) - 3V_(n-1) + V_(n-2)

Ein Konzeptdiagramm zum Anwenden dieses Verfahrens auf eine Positionserfassung der Kodierereinheit zum Vorhersagen und Kompensieren des Abtastzyklus T0 und der Verzögerungszeit T_d ist in Fig. 27 gezeigt, und ein Blockdiagramm der Kompensationseinheit ist in Fig. 29 gezeigt.

Da die herkömmliche Kodierereinheit wie oben beschrieben konstruiert ist, tritt eine Verzögerungszeit auf, bevor die Positionsdaten ausgegeben werden ansprechend auf eine Anforderung von einem Servoverstärker. Die Positionsdaten, die ausgegeben werden, sind deshalb nicht koinzident mit einem wahren Winkel und beinhalten eine Verzögerungszeit. Die Motorantriebseinheit 2 steuert den Motor gemäß den Positionsdaten mit solch einer Verzögerung. Obwohl die Positionssteuereinrichtung 13 im allgemeinen eine niedrige Schleifenverstärkung des Steuersystems gehabt hat und kaum beeinflußt wird durch die Verzögerungszeit, hat die Geschwindigkeitssteuereinrichtung 15 eine hohe Schleifenverstärkung und muß hochfrequente Antworten schaffen; somit resultiert die Verzögerungszeit in der Kodiererausgabe, welche eine gleiche Verzögerungszeit in der Geschwindigkeitssteuerung verursacht, in einer Verschlechterung der Steuerfunktionstüchtigkeit.

Wenn ein Synchronmotor benutzt wird als der Servomotor, ist der Magnetpolpositionsdatenwert des Motors erforderlich für die 3-Phasen-PWM-Spannungserzeugungseinrichtung 18 und den 3-Phasen-AC → d-q-Achsenkonverter 20, wie oben beschrieben.

Jedoch gibt es das Problem, daß, falls der Kodiererausgabedatenwert eine Verzögerung enthält, ein Fehler der Magnetpolerfassung, insbesondere bei einer Hochgeschwindigkeitsrotation des Motors, groß wird und das Motorausgabedrehmoment stark reduziert wird.

Die obigen Probleme können erleichtert werden durch Erhöhen der Geschwindigkeit der A-/D-Konversion und des Arithmetikbetriebs. Jedoch ist diese Lösung nachteilhaft insofern, als daß als Hochgeschwindigkeits-A-/D-Konverter und eine Arithmetikverarbeitungseinheit, welche sehr teuer sind, benutzt werden müssen.

Zusätzlich ist die Zuverlässigkeit der Hochgeschwindig keits-Seriellkommunikation begrenzt.

Das folgende beschreibt die Probleme, die herrühren aus der Benutzung des in Fig. 28 und 29 gezeigten Kompensationsverfahrens zum Vorhersagen und Berechnen einer Positionsänderung, die während der Erfassungsverzögerung auftritt. Beispielsweise wird, wie in Fig. 30 und 31 gezeigt, angenommen, daß der Motor an einer Position θ0 nahe der Grenzlinie von θ0 und θ1 zur Zeit T_n-1 steht, dann in den Bereich der Position θ1 über die Grenzlinie zur Zeit T_n sich bewegt und zur ursprünglichen Position zur Zeit T_n+1 zurückkehrt. In diesem Fall ist die (Verzögerungszeit T_d) = (Abtastzyklus T0) der Bequemlichkeit halber angenommen. Im
Fall einer Kompensation durch lineare Extrapolation sind die Gleichungen folgende.

θ(T_n+1) = 2θ(T_n) - θ(T_n-1) = 2
θ(T_n+2) = 2θ(T_n+1) - θ(T_n) = -1

Die Kodiererausgabe fluktuiert in einer Breite von drei Impulsen, obwohl ein tatsächliches Verhalten des Motors so klein ist wie weniger als die Minimaleinheit der Erfassung.

Diese Fluktuation wird zurückgekoppelt an die Motorantriebseinheit 2, um in einer Erhöhung der Vibration zu resultieren, wenn der Motor gestoppt wird.

Im Falle einer Kompensation durch kurvenlineare Extrapolation, wie gezeigt in Fig. 29, sind die Gleichungen wie nachstehend gegeben.

θ(T_n+1) = 3θ(T_n) - 3θ(T_n-1) + θ(T_n-2) = 3
θ(T_n+2) = 3θ(T_n+1) - θ(T_n) = -3

Wie in Fig. 32 gezeigt, fluktuiert die Kodiererausgabe in einer Breite von sechs Impulsen, um einer weiteren Erhöhung der Vibration zu resultieren, wenn der Motor gestoppt wird.

Die Position des Motors kann nicht leicht erfaßt werden, sogar bei Niedriggeschwindigkeitsbewegung des Motors für eine Relation zur Minimaleinheit der Erfassung der Kodierereinheit und, falls eine Kompensation, wie gezeigt in Fig. 28 und 29, ausgeführt wird, wird ein Fehler geringer als die Minimaleinheit der Erfassung verstärkt und ausgegeben zum Erhöhen einer Ungleichmäßigkeit der Rotation. Dieses Phänomen ist in Fig. 33 gezeigt. In Fig. 33 ist ein Betrieb zum Beschleunigen in einer Umkehrrichtung, nachdem die Geschwindigkeit auf Null reduziert worden ist, als ein Beispiel gezeigt. Vertikale Skalen bezeichnen die Erfassungsgrenzen des Kodierers, und die horizontalen Skalen bezeichnen die Abtastzeit.

Wie oben beschrieben kann das herkömmliche Verfahren zum Vorhersagen und Kompensieren der Verzögerungszeit nicht direkt auf die Kodierereinheit angewendet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorher erwähnten Probleme zu lösen, nämlich durch Schaffen einer Kodierereinheit, die in der Lage ist, Positionsdaten auszugeben frei von einer Zeitverzögerung und eine genaue Positionserfassung durchzuführen; sowie eine Servomotor steuereinheit, die in der Lage ist sehr präzise den Servomotor zu steuern gemäß Positionsdaten, die von der Kodierereinheit empfangen werden.

Zum Überwinden der vorher erwähnten Probleme umfaßt die hierin beschriebene Servormotor-Steuereinheit eine Kodierereinheit, die eine Kodierer ausgabe-Kompensationseinrichtung umfaßt, die die Positionsdaten benutzt, die erhalten werden vom momentane Abtasten und vorhergehenden Abtastungen, um eine Positionsänderung eines erfaßten Objekts vorherzusagen (zum Beispiel eines Servormotors) während einer Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Ausgeben von Positionsdaten von den abgetasteten Analogerfassungssignalen. Die Kodierer ausgabe-Kompensationseinrichtung gibt eine vorhergesagte Positionsänderung aus, die auftritt während der Verzögerungszeit, sowie vorhergesagte Positionsdaten, erhalten durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zu momentan abgetasteten Positionsdaten.

Die Servormotor-Steuereinheit beinhaltet weiterhin eine Motorantriebseinheit, umfassend: eine Positionssteuereinrichtung zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes ansprechend auf eine Differenz zwischen einem Positionsbefehl und den momentan abgetasteten Positionsdaten; eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung zum Erzeugen eines Strombefehlswertes ansprechend auf eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehl und einem Geschwindigkeitsrückkopplungswert, erhalten von der geänderten vorhergesagten Position; eine Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln eines 3-Phasen-Wechsel stroms, erfaßt vom Servomotor auf einen Drehmomentkomponentenstrom und zum Durchführen einer Konversion in Übereinstimmung mit einer momentanen Magnetpolposition, wobei der Servormotor ein Synchronmotor ist; eine Stromsteuereinrichtung zum Erzeugen eines Spannungsbefehls ansprechend auf eine Differenz zwischen dem Strombefehlswert und einem Stromrückkopplungswert, erzeugt durch die Umwandlungseinrichtung; und eine Spannungserzeugungseinrichtung zum Ausgeben einer 3-Phasen-Spannung ansprechend auf eine momentane Magnetpolposition aus den vorhergesagten Positionsdaten.

Gemäß einer ersten Ausführungsform berechnet die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung, die auftritt während der Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben von Positionsdaten, nämlich durch Auswählen des kleineren von: des Absolutwerts der Positionsänderung im momentanen Abtastzyklus; und des Absolutwerts der Positionsänderung im vorhergehenden Abtastzyklus, nämlich unter Benutzung der Annahme, daß die Positionsänderung während des Abtastzyklus sich linear oder kurvenlinear ändert bezüglich der Position in Übereinstimmung mit der ausgewählten Positionsänderung, und zum Kompensieren von Ausgabepositionsdaten.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform berechnet die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung, die auftritt während der Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben von Positionsdaten, nämlich durch Wählen: 1) des kleineren des Absolutwerts der Positionsänderung in dem laufenden Abtastzyklus und des Absolutwerts der Positionsänderung in dem vorhergehenden Abtastzyklus; und 2) des kleineren von: einer Differenz zwischen der Positionsänderung im momentanen Abtastzyklus und der Positionsänderung im vorhergehenden Abtastzyklus, und einer Differenz zwischen der Positionsänderung im vorhergehenden Abtastzyklus und der Positionsänderung im Abtastzyklus, der auftritt vor dem vorhergehenden Abtastzyklus, und unter Benutzung der Annahme, daß die Positionsänderung in dem Abtastzyklus sich linear oder kurvenlinear ändert in Übereinstimmung mit einer Summe der ausgewählten Positionsänderung und der ausgewählten Positionsänderungsdifferenz.

Gemäß einer dritten Ausführungsform berechnet die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung, die auftritt während der Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben von Positionsdaten, nämlich unter der Annahme, daß eine Positionsänderung während des Abtastzyklus sich linear oder kurvenlinear ändert in Übereinstimmung mit einem Mittelwert der Positionsänderung während des laufenden Abtastzyklus und der Positionsänderung während des vorhergehenden Abtastzyklus.

Gemäß einer vierten Ausführungsform berechnet die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung, die auftritt während der Verzögerungszeit, die erforderlich zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben von Positionsdaten, nämlich durch Annahme, daß die Positionsänderung während des Abtastzyklus sich linear oder kurvenlinear ändert in Übereinstimmung mit einer Summe eines Mittelwertes der Positionsänderungen, die erhalten werden aus der Positionsänderung im laufenden Abtastzyklus und der Positionsänderung im Abtastzyklus, der vor dem vorhergehenden Abtastzyklus auftritt, und einem Mittelwert der Differenzen zwischen der Positionsänderung im vorhergehenden Abtastzyklus und der Positionsänderung im Abtastzyklus, der vor dem vorhergehenden Abtastzyklus auftritt.

Gemäß einer fünften Ausführungsform berechnet die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung eine vorhergesagte Positionsänderung von Positionsdaten, die erhalten werden beim momentanen Abtasten und vorhergehenden Abtastungen, und beinhaltet einen variablen Multiplizierer zum Reduzieren der vorhergesagten Positionsänderung, wenn die Positionsänderung in dem momentanen Abtastzyklus klein ist.

Gemäß einer sechsten Ausführungsform entwickelt die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung im voraus eine Beziehung zwischen einem momentanen Wert, der auszugeben ist von der Motorantriebseinheit, und einem Variationsgrad in der Positionsänderung im Abtastzyklus und berechnet die vorhergesagte Positionsänderung, die während der Verzögerungszeit auftritt, und zwar basierend auf der entwickelten Beziehung und den momentan abgetasteten Positionsdaten.

Gemäß einer siebten Ausführungsform ist geschaffen: eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignalen entsprechend einem Drehwinkel einer Drehwelle; eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und zum Umwandeln derselben in digitale Daten; eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Erhalten eines Rotationswinkels der Drehwelle von umgewandelten digitalen Daten; eine Impulssignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Impulsen der Phasen, welche phasenverschoben sind um 90° relativ zueinander; ein Zähler zum Zählen der Anzahl der Impulse; und eine Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung zum Ausgeben einer Summe von 1) einem Rotationswinkel, gemessen durch den Zähler vom Abtasten der Ausgangssignale zur Vervollständigung einer Berechnung des Rotationswinkels und 2) eines Rotationswinkels, berechnet aus den Ausgangssignalen als ein momentaner Winkel.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Kodierereinheit und der Servomotor steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Zeitablaufplan zum Zeigen des Betriebs der in Fig. 1 gezeigten Kodierereinheit;

Fig. 3 eine Illustration zum Zeigen des Betriebs der Speichereinheit der Kodierereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Kodierereinheit und der Servomotor steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 einen Flußplan zum Zeigen des Betriebs der Schalter der Kodierereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine Darstellung zum Zeigen des Betriebs bei einer Position nahe der Erfassungsgrenze der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der ersten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine Darstellung zum Zeigen des Betriebs an einer Position nahe der Erfassungsgrenze der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Darstellung zum Zeigen des Betriebs der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Darstellung zum Zeigen des Betriebs der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Ausgabekompensationseinheit der Kodierereinheit gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine Darstellung zum Zeigen eines Betriebsbeispiels des variablen Multiplizierers der Ausgabekompensationseinheit, die in Fig. 14 gezeigt ist;

Fig. 16 eine Darstellung zum Zeigen eines weiteren Betriebsbeispiels des variablen Multiplizierers der Ausgabekompensationseinheit, die in Fig. 14 gezeigt ist;

Fig. 17 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Kodierereinheit und der Servomotor steuereinheit gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 eine Darstellung zum Illustrieren der Funktionsschätzeinheit der in Fig. 17 gezeigten Kodierereinheit;

Fig. 19 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Kodierereinheit gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 20 eine Illustration zum Zeigen der Abschirmungsplatte der Kodierereinheit, die in Fig. 19 gezeigt ist;

Fig. 21 einen Zeitablaufplan zum Zeigen des Betriebs der in Fig. 19 gezeigten Kodierereinheit;

Fig. 22 ein Blockdiagramm zum Zeigen der herkömmlichen Kodierereinheit und Servomotor-Steuereinheit;

Fig. 23 einen Zeitablaufplan zum Zeigen des Betriebs der herkömmlichen Kodierereinheit;

Fig. 24 eine Darstellung zum Illustrieren des herkömmlichen Beispiels der Verzögerungszeitkompensation bei einer Geschwindigkeitserfassung;

Fig. 25 eine Darstellung zum Illustrieren des herkömmlichen Beispiels der Verzögerungszeitkompensation bei der Geschwindigkeitserfassung;

Fig. 26 eine Darstellung zum Illustrieren des Kompensationsbetriebs, wenn die herkömmliche Verzögerungszeitkompensation auf die Kodierereinheit angewendet wird;

Fig. 27 eine Darstellung zum Illustrieren des Kompensationsbetriebs, wenn die herkömmliche Verzögerungszeitkompensation auf die Kodierereinheit angewendet wird;

Fig. 28 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Konfiguration, wenn die herkömmliche Verzögerungszeitkompensation auf die Kodierereinheit angewendet wird;

Fig. 29 ein Blockdiagramm zum Zeigen der Konfiguration, wenn die herkömmliche Verzögerungszeitkompensation auf die Kodierereinheit angewendet wird;

Fig. 30 ein Diagramm zum Illustrieren des Problems bei der herkömmlichen Verzögerungszeitkompensation;

Fig. 31 eine Darstellung zum Illustrieren des Problems bei der herkömmlichen Verzögerungszeitkompensation;

Fig. 32 eine Darstellung zum Illustrieren des Problems bei der herkömmlichen Verzögerungszeitkompensation; und

Fig. 33 eine Darstellung zum Illustrieren des Betriebs der herkömmlichen Verzögerungszeitkompensation.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detailliert beschrieben. Fig. 1 ist eine Konfiguration einer Kodierereinheit und einer Servomotor steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 tragen die Elemente entsprechend denselben Elementen, die in Fig. 22 gezeigt sind, die gleichen Bezugszeichen, und die Beschreibung davon ist ausgelassen. Eine Ausgabe θ(T_n) einer Arithmetikeinheit 9 (welches eine Arithmetikbetriebseinrichtung ist) wird ausgegeben an eine Motorantriebseinheit 2 und eine Kodierer ausgabe-Kompensationseinheit (im weiteren bezeichnet als die Ausgabekompensationseinheit 11, welche die Ausgabekompensationseinrichtung ist) und gespeichert in einer Speichereinheit 10. Die Speichereinheit 10 speichert die n letzten Positionsdaten, wie gezeigt in Fig. 3, und gibt gespeicherte Positionsdaten aus gemäß einer Anforderung der Ausgabekompensationseinheit 11. Die Ausgabekompensationseinheit 11 gibt vorhergesagte Positionsdaten θ(T_n + T_d) zu einer Zeit T_n + T_d aus, die kompensiert sind bezüglich einer Verzögerung gleich einer Verzögerungszeit T_d im arithmetischen Betrieb und eine vorhergesagte Positionsänderung Δθ(T_n + T_d) im Abtastzyklus zur Zeit T_n + T_d, und zwar basierend auf vergangenen Abtastpositionsdaten θ(T_n-1), θ(T_n-2), . . . und den momentanen Positionsdaten θ(T_n). Die Ausgabekompensationseinheit 11 ist eine Verzögerungszeit-Kompensationseinheit des in Fig. 28 und 29 gezeigten Typs oder eine Ausgabekompensationseinheit, die bei der ersten bis sechsten Ausführungsform gezeigt ist.

Eine Schleifenverstärkung bei der Positionssteuerung ist im allgemeinen klein (etwa 30 rad/s) und kaum beeinflußt durch eine Zeitverzögerung der Erfassung. Falls ungenaue Daten zurückgekoppelt werden wie bei der Beschreibung der herkömmlichen Verzögerungszeitkompensation, erhöht der Rückkopplungsdatenwert eine Ungleichmäßigkeit der Vibration und der Geschwindigkeit. Deshalb werden die momentanen Positionsdaten θ(T_n) eingegeben in einen Subtrahierer 12 der Motorantriebseinheit 2 und benutzt zur Positionssteuerung.

Ein Geschwindigkeitsrückkopplungswert wird erzeugt durch Teilen der vorhergesagten Positionsänderung Δθ(T_n + T_d) im Abtastzyklus zur Zeit T_n + T_d durch den Abtastzyklus T0 in einem Teiler 31 und wird zur Geschwindigkeitssteuerung benutzt. Somit wird ein Datenwert, der frei ist von der Verzögerungszeit, benutzt in der Hochschleifen verstärkungs-Geschwindigkeitssteuerung zum Verhindern einer Verschlechterung der Steuerfunktionstüchtigkeit. Obwohl eine 3-Phasen-PWM-Spannungserzeugungseinrichtung 18 (welches eine Spannungserzeugungseinrichtung ist) und eine 3-Phasen-AC → d-q-Achsenkonverter 20 (der eine Konversionseinrichtung ist) nicht beeinflußt werden durch einen leichten Positionsfehler und ungleichmäßige Resultate einer Erfassung, wird ein große Abweichung der Position aufgrund der Verzögerungszeit eine Reduktion des Motorendrehmoments mit sich bringen und deshalb wird der vorhergesagte Positionsdatenwert θ(T_n + T_d) zur Zeit T_n + T_d, frei von der Verzögerungszeit, benutzt.

Ein Datenverarbeitungs-Zeitablaufplan der Kodierereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Obwohl die Betriebszeitpunkte aller Blöcke die gleichen sind wie die bei dem herkömmlichen Beispiel, das in Fig. 23 gezeigt ist, ist der auszugebende Datenwert der Positionsdatenwert zur Zeit T_n + T_d, wenn die Datenausgabe vervollständigt wird und eine Verzögerungszeit eliminiert wird.

Erste Ausführungsform

Die erste bis sechste Ausführungsform zeigen interne Ausführungsformen der Ausgabekompensationseinheit 11. Da diese Ausführungsformen die Probleme des herkömmlichen Verzögerungszeit-Kompensationsverfahrens lösen sollen, kann die Gesamtkonfiguration der Kodierereinheit die oben beschriebene Konfiguration, die in Fig. 1 illustriert ist, sein oder eine Konfiguration, die nur den Positionsdatenwert θ(T_n + T_d) ausgibt, der kompensiert wird bezüglich der Verzögerungszeit, wie in Fig. 4 gezeigt.

Fig. 5 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Zeigen einer Ausgabekompensationseinheit einer Kodierereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 gibt der Subtrahierer 21A eine Differenz aus zwischen der momentanen Abtastposition θ(T_n) und der vorhergehenden Abtastposition θ(T_n-1); das heißt eine Positionsänderung Δθn während des momentanen Abtastzyklus. Der Subtrahierer 21B gibt eine Differenz aus zwischen der vorhergehenden Abtastposition θ(T_n-1) und einer Abtastposition vorhergehend der vorhergehenden Abtastposition (zur Zeit n - 2) θ(T_n-2), das heißt eine Positionsänderung Δθ(n - 1) im vorhergehenden Abtastzyklus. Das kleinere von Δθn und Δθ(n - 1) wird ausgewählt durch den Selektorschalter 22 als die momentane Positionsänderung, um in den Multiplizierer 23 eingegeben zu werden. Eine Positionsänderung zwischen Zeiten T_n und T_n + T_d wird erhalten durch Multiplizieren der ausgewählten Positionsänderung Δθ mit T_d/T0 (es sei erinnert, daß T0 die Abtastzeit ist) im Multiplizierer 23. Eine Kompensation der Verzögerungszeit wird ausgeführt durch Addieren der erhaltenen Ausgabe zu θ(T_n) im Addierer 24. Der Betriebsflußplan dieses Selektorschalters 22 ist in Fig. 7 gezeigt. Falls das Vorzeichen von Δθn sich von dem von Δθ(n - 1) unterscheidet, Δθ = 0 gegeben ist und falls ihre Vorzeichen gleich sind, wird der kleinere Absolutwert als Δθ betrachtet.

Bei dieser Ausführungsform ist eine Ausgabeposition, wenn sich die Position bewegt von einem Zustand des Verweilens nahe der Erfassungsgrenze über die Erfassungsgrenze, wie gezeigt in Fig. 30, gezeigt in Fig. 10. Wegen Δθn = 1 und Δθ(n - 1) = 0 zur Zeit T_n, wird Δθn = 0 ausgewählt durch den Schalter 22. Dementsprechend wird eine Ausgabe θ(T_n+1) = θ(T_n) = 1 erhalten. In ähnlicher Weise ist θ(T_n+2) = θ(T_n+1) - 0 gegeben, eine inkorrekte Ausgabe wird zurückgekoppelt an die Motorantriebseinheit 2, wie gezeigt in Fig. 31, um zu verhindern, daß eine Vibration des Motors ansteigt. Das Verhalten einer Niedriggeschwindigkeitsbewegung ist so, daß die Positionsausgabe geglättet wird zur Verhinderung eines Anstiegs des Geschwindigkeitsrippels in der Rotation des Motors, wie in Fig. 12 gezeigt.

Somit sagt gemäß der ersten Ausführungsform die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung eine Positionsänderung vorher, die auftritt während der Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben der Positionsdaten, durch Auswählen des kleineren vom Absolutwert der Positionsänderung, erhalten bei momentanem Abtasten, und der Positionsänderung, erhalten im vorhergehenden Abtasten. Die Berechnung wird durchgeführt unter Benutzung der Annahme, daß die Positionsänderung im Abtastzyklus sich linear oder kurvenlinear ändert in Übereinstimmung mit der ausgewählten Positionsänderung. Durch Kompensieren der Positionsdaten auf diese Art und Weise wird ein genauerer Ausgabepositionsdatenwert erhalten.

Zweite Ausführungsform

Fig. 6 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Zeigen einer Ausgabekompensationseinheit einer Kodierereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6 ist die Beschreibung der gleichen Komponenten wie derer der Ausgabekompensationseinheit der ersten Ausführungsform, die in Fig. 5 gezeigt ist, ausgelassen. Der Schalter 22A wählt die momentane Positionsänderung Δθ als den Schalter 22 der Ausgabekompensationseinheit der ersten Ausführungsform. Der Subtrahierer 25A gibt eine Differenz Δ(Δθn) zwischen der Positionsänderung Δθn im momentanen Abtastzyklus und der Positionsänderung Δθ(n - 1) im vorhergehenden Abtastzyklus aus. Der Subtrahierer 25B gibt eine Differenz Δ(Δθn - 1) zwischen der Positionsänderung Δθ(n - 1) im vorhergehenden Abtastzyklus und der Positionsänderung Δθ(n - 2) im n-2ten Abtastzyklus aus. Der Schalter 22B wählt das kleinere von Δ(Δθn) und Δ(Δθn - 1) zu Δ(Δθn) gemäß dem Flußplan, der in Fig. 7 gezeigt ist (das heißt der Schalter 22B arbeitet auf die gleiche Art und Weise bezüglich seiner Eingaben wie der Schalter 22 der ersten Ausführungsform). Eine Summe der ausgewählten Positionsänderung Δθ und des Inkrements Δ(Δθ) von der Positionsänderung wird multipliziert mit T_d/T0 im Multiplizierer 23 zum Erhalten einer Positionsänderung zwischen T_n und T_n + T_d. Die Verzögerungszeit wird kompensiert durch Addieren der Ausgabe davon zu θ(T_n) im Addierer 24.

In dieser Ausführungsform ist eine Ausgabeposition gezeigt, wenn sich die Position von einem Zustand des Verweilens nahe der Erfassungsgrenze über die Grenze, wie in Fig. 30 gezeigt, bewegt, in Fig. 10 gezeigt. Wegen Δθn = 1 und Δθ(n - 1) = 0 zur Zeit T_n, wird Δθn = 0 gewählt durch den Schalter 22, und wegen Δ(Δθn) = 1 und Δ(Δθn - 1) = 0 wird Δ(Δθ) = 0 ausgewählt durch den Schalter 22B. Dementsprechend wird eine Ausgabe θ(T_n+1) = 1 erhalten. In ähnlicher Weise ist θ(T_n+2) = 0 gegeben, und eine inkorrekte Ausgabe wird rückgekoppelt an die Motorantriebseinheit 2, wie in Fig. 32 gezeigt, um zu verhindern, daß eine Vibration des Motors ansteigt. Das Verhalten bei einer Niedriggeschwindigkeitsbewegung ist so, daß die Positionsausgabe geglättet ist zum Verhindern des Anstiegs des Geschwindigkeitsrippels in der Rotation des Motors, wie in Fig. 12 gezeigt.

Somit sagt gemäß der zweiten Ausführungsform die Kodiererausgabe-Kompensationseinheit eine Änderung vorher, die auftritt während der Verzögerungszeit, welche erforderlich ist zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben von Positionsdaten, nämlich durch Auswählen des kleineren von den Absolutwerten der Positionsänderung im momentanen Abtastzyklus und der Positionsänderung im vorhergehenden Abtastzyklus und des kleineren einer Differenz zwischen der Positionsänderung im momentanen Abtastzyklus und der Positionsänderung im vorhergehenden Abtastzyklus und einer Differenz zwischen der Positionsänderung im vorhergehenden Abtastzyklus und der Positionsänderung im n-2ten Abtastzyklus. Die Berechnung wird durchgeführt unter der Annahme, daß die Positionsänderung im Abtastzyklus sich linear oder kurvenlinear ändert in Übereinstimmung mit einer Summe der Differenzen zwischen ausgewählten Positionsänderungen. Durch Kompensieren der Positionsdaten auf diese Art und Weise kann eine genauere Ausgabe eines Positionsdatenwerts erhalten werden.

Dritte Ausführungsform

Fig. 8 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Zeigen einer Ausgabekompensationseinheit einer Kodierereinheit gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Subtrahierer 21 gibt eine Differenz aus zwischen der momentanen Abtastposition θ(T_n) und der n-2ten Abtastposition θ(T_n-2); das heißt eine Positionsänderung 2Δθ in zwei Abtastzyklen und gibt sie in den Addierer 23 ein. Eine mittlere Positionsänderung der zwei Abtastzyklen wird abgeleitet durch Multiplizieren mit 1/2 im Multiplizierer 23 und gleichzeitig wird eine Positionsänderung zwischen T_n und T_n + T_d erhalten durch Multiplizieren der Ausgabe T_d/T0. Die Verzögerungszeit wird kompensiert durch Addieren der Ausgaben davon zu θ(T_n) in dem Addierer 24.

Bei dieser Ausführungsform ist eine Ausgabeposition, wenn sich die Position bewegt von einem Zustand des Verweilens nahe der Erfassungsgrenze über die Grenze, wie gezeigt in Fig. 30, gezeigt in Fig. 10. Die Ausgabe zur Zeit T_n ist 2Δθn = 1, und die Ausgabe θ(T_n+1) = 1 wird erhalten durch Löschen des Anteils des Mittelwerts und Addieren desselben zu θ(T_n). In ähnlicher Weise wird θ(T_n+2) = 0 gegeben, und eine inkorrekte Ausgabe wird rückgekoppelt an die Motorantriebseinheit 2, wie in Fig. 31 gezeigt, um zu verhindern, daß eine Vibration des Motors ansteigt. Das Verhalten bei der Niedriggeschwindigkeitsbewegung ist so, daß die Positionsausgabe geglättet ist, um einen Anstieg des Geschwindigkeitsrippels in der Rotation des Motors, wie in Fig. 13 gezeigt, zu verhindern.

Somit sagt gemäß der dritten Ausführungsform die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung eine Positionsänderung voraus, die auftritt während der Verzögerungszeit, welche erforderlich ist zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben von Positionsdaten, und zwar unter der Annahme, daß die Position sich linear oder kurvenlinear ändert in Übereinstimmung mit einem Mittelwert einer Positionsänderung im momentanen Abtastzyklus und einer Positionsänderung im vorhergehenden Abtastzyklus. Durch Kompensieren der Positionsdaten aus diese Art und Weise werden genauere Ausgabepositionsdaten erhalten.

Vierte Ausführungsform

Fig. 9 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Zeigen einer Ausgabekompensationseinheit einer Kodierereinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Subtrahierer 21D führt denselben Betrieb durch wie der Subtrahierer 21 der Ausgabekompensationseinheit der vorhergehenden Ausführungsform und gibt die Positionsänderung 2Δθ in zwei Abtastzyklen aus. Der Subtrahierer 21A gibt die Positionsänderung Δθn im laufenden Abtastzyklus aus, der Subtrahierer 21C gibt die Positionsänderung Δθ(n - 2) aus, und der Subtrahierer 25 gibt eine Variationskomponente 2Δ(Δθ) der Positionsänderung in zwei Abtastzyklen aus. 2Δθ und 2Δ(Δθ) werden addiert im Addierer 26 und eingegeben in den Multiplizierer 23. Eine mittlere Positionsänderung und die Variationskomponente der Positionsänderung der zwei Abtastzyklen werden abgeleitet durch Multiplizieren der Ausgabe mit 1/2 im Multiplizierer 23, und gleichzeitig wird eine Positionsänderung zwischen T_n und T_n + T_d erhalten durch Multiplizieren der Ausgabe mit T_d/T0. Die Verzögerungszeit wird kompensiert durch Hinzufügen der Ausgabe davon zu θ(T_n) im Addierer 24.

Bei dieser Ausführungsform ist eine Ausgabeposition, wenn sich die Position von einem Zustand des Verweilens nahe der Erfassungsgrenze über die Grenze, wie gezeigt in Fig. 30, bewegt, in Fig. 11 gezeigt. 2Δθ = 1 und 2Δ(Δθ) = 1 zur Zeit T_n werden addiert zum Mittelwert θ(T_n+1), um θ(T_n+1) = 2 zu erhalten. In ähnlicher Weise ist θ(T_n+2) = 0 gegeben, und eine inkorrekte Ausgabe wird rückgekoppelt an die Motorantriebseinheit 2, wie beim herkömmlichen Beispiel, gezeigt in Fig. 32, um zu verhindern, daß eine Vibration des Motors ansteigt. Das Verhalten in der Niedriggeschwindigkeitsbewegung ist so, daß die Ausgabeposition geglättet ist zum Verhindern eines Anstiegs des Geschwindigkeitsrippels bei der Rotation des Motors, wie in Fig. 13 gezeigt ist.

Somit sagt gemäß der vierten Ausführungsform die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung eine Positionsänderung voraus, die auftritt während einer Verzögerungszeit, welche erforderlich ist zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben von Positionsdaten, nämlich unter der Annahme, daß die Position sich linear oder kurvenlinear ändert in Übereinstimmung mit einer Summe des Mittelwertes der Positionsänderungen, erhalten von den Positionsänderungen im laufenden und vorhergehenden Abtastzyklus, und eines Mittelwertes der Differenzen der Positionsänderungen in dem vorhergehenden und n-2ten Abtastzyklus. Durch Kompensieren der Positionsdaten auf diese Art und Weise wird eine genauere Ausgabe des Positionsdatenwertes erhalten.

Fünfte Ausführungsform

Fig. 14 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Zeigen einer Ausgabekompensationseinheit einer Kodierereinheit gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Beschreibung der gleichen Komponenten wie derer der Ausgabekompensationseinheit, die in Fig. 28 gezeigt ist, ist ausgelassen. Bezugszeichen 27 ist ein zweiter Multiplizierer, der die Ausgabe der Multiplizierers 22 mit K(Δθn) multipliziert, und die Ausgabe davon wird addiert zu θ(T_n) durch den Addierer 24, um die Verzögerungszeit zu kompensieren. In diesem Fall ist der Multiplizierer 27 ein variabler Multiplizierer, für den die Vergrößerung K(Δθn) variiert mit dem Wert von Δθn. Dieser Multiplizierer K(Δθn) ist eingestellt groß zu sein, wenn die Positionsänderung während des Abtastintervalls groß ist, und klein zu sein, wenn die Positionsänderung während es Abtastintervalls klein ist. Mit anderen Worten wird durch zusätzliches Vorsehen dieses variablen Multiplizierers die Vergrößerung der Kompensation eingestellt klein zu sein für einen Niedriggeschwindigkeitsbetrieb, wobei der Einfluß der Verzögerungszeit klein ist, und ein leichter Erfassungsfehler die Steuerschleife widrig beeinflussen kann zum Erhöhen einer Vibration und Geschwindigkeitsungleichmäßigkeit, und groß zu sein für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb, bei dem die Wirkung der Verzögerungszeit groß ist und ein leichter Erfassungsfehler kaum die Steuerschleife widrig beeinflußt. Deshalb werden solche Probleme wie der Anstieg der Vibration aufgrund der herkömmlichen Verzögerungszeitkompensation gelöst unter gleichzeitigem Lösen eines Problems aufgrund der Verzögerungszeit.

Fig. 15 und 16 sind jeweils eine Darstellung zum Zeigen eines Betriebsbeispiels des variablen Multiplizierers 27, und die Verstärkung von 0 bis 1 kann kontinuierlich variiert werden mit Bezug auf Δθ, wie in Fig. 15 gezeigt, oder kann umgeschaltet werden in einer Vielzahl von Schritten als zwei Schritte oder mehr, wie in Fig. 16 gezeigt. Obwohl die Vorhersage der Position beschrieben wurde in der ersten bis fünften Ausführungsform unter Annahme, daß sich die Position linear ändert, kann die Konfiguration so gemacht sein, daß sich die Position kurvenlinear ändert.

Somit sagt gemäß der fünften Ausführungsform die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung eine Positionsänderung voraus, die auftritt während der Verzögerungszeit, welche erforderlich ist zum Abtasten von Analogsignalen und Ausgeben von Positionsdaten, und zwar basierend auf den Positionsdaten, die erhalten werden in dem laufenden und vorhergehenden und früheren Abtastzyklen. Die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung ist versehen mit einem variablen Multiplizierer zum Erhalten einer genaueren Positionsausgabe durch Reduzieren der vorhergesagten Positionsänderung, wenn die Positionsänderung im laufenden Abtastzyklus klein ist.

Sechste Ausführungsform

Fig. 17 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Zeigen einer Kodierereinheit und einer Servomotor-Steuereinheit gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die gemeinsamen Komponenten der Kodierereinheit und der Servomotor-Steuereinheit, wie die gemäß der ersten Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist, tragen dieselben Bezugszeichen, und die Beschreibung davon ist ausgelassen. Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Δ(Δθ)-Iq-Funktions schätzeinheit, die eine Variation Δ(Δθ) der Positionsänderung erhält aus den Abtastpositionsdaten θ(T_n) und den zwei vorhergehenden Abtastpositionsdaten θ(T_n-1) und θ(T_n-2), welche in der Speichereinheit 10 gespeichert sind. Die Δ(Δθ)-Iq-Funktionsschätzeinheit schätzt eine Funktion zwischen dem Stromwert Iq, ausgegeben von der Motorantriebseinheit und der Variation Δ(Δθ), wie nachstehend gegeben.

Δ(Δθ) = f (Iq)

Eine Funktion, die einen im wesentlichen mittleren Gradienten der Beziehung zwischen Δ(Δθ), abgetastet wie gezeigt in Fig. 18, und Iq darstellt, wird geschätzt. Die Funktionsschätzungseinheit 28 gibt die Variation Δ(Δθ) der momentanen Positionsänderung von Iq basierend auf der geschätzten Funktion aus. Eine Summe von θ(T_n) - θ(T_n-1) = Δθ und der Ausgaben Δ(Δθ) der Funktionsschätzeinheit 28 wird ausgegeben durch den Addierer/Subtrahierer 29, und die Positionsänderung während der Verzögerungszeit T_d wird erhalten durch Multiplizieren der Ausgaben davon mit T_d/T0. Die Positionsänderung, die erhalten wird, wird addiert zu θ(T_n) durch den Addierer 24, um die Verzögerungszeit zu kompensieren. Die durch die Funktionseinheit 28 zu schätzende Funktion kann eine quadratische Funktion oder eine Funktion höherer Ordnung sein.

Somit entwickelt gemäß der sechsten Ausführungsform die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung im voraus eine Beziehung zwischen einem Wert des Stromes, der aus zugeben ist von der Motorantriebseinheit, und einem Grad der Variation der Positionsänderung im Abtastzyklus, die Positionsänderung, die während der Verzögerungszeit auftritt, wird vorhergesagt aus der entwickelten Beziehung, dem momentanen Stromwert und den Positionsdaten. Durch Kompensieren der Positionsdaten auf diese Art und Weise können genauere Ausgabepositionsdaten erhalten werden.

Siebte Ausführungsform

Fig. 19 ist ein Konfigurationsdiagramm zum Zeigen einer Kodierereinheit gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 19 haben die gemeinsamen Komponenten für die in Fig. 1 gezeigte Kodierereinheit dieselben Bezugszeichen, und die Beschreibung davon wird ausgelassen werden. Eine LED umfaßt 4A und 4B, und Lichtempfangsvorrichtungen 6C und 6D sind hinzugefügt. Die Muster der Abschirmungsplatte 5 sind parallel gebildet zum Erzeugen analoger Signale und Impulskettensignale, wie in Fig. 20 gezeigt. In Fig. 20 schirmt der schattierte Teil das Licht ab. Auszugebende Analogsignale von den Lichtempfangsvorrichtungen 6A und 6B werden konvertiert in Positionsdaten θ(T_n), die wie beim herkömmlichen Beispiel verarbeitet werden. Die Impulse der Impulsketten A und B, die auszugeben sind von den Lichtempfangsvorrichtungen 6C und 6D, haben eine Phasendifferenz von 90° und werden gezählt durch den Auf-/Ab-Zähler 30. Fig. 21 zeigt Datenverarbeitungszeitabläufe der in Fig. 19 gezeigten Kodierereinheit. Der Auf-/Ab-Zähler 30 wird auf Null gelöscht zur selben Zeit wie die Abtast- und Halte-Schaltungen 7A und 7B die Abtastdaten halten und zählt darauffolgend Impulse A und B. Die A-/D-Umwandlungszeit und die Arithmetikverarbeitungszeit T_d werden kompensiert durch Hinzufügen der Zählanzahl Δθ(T_d) des Zählers 30 während der Zeit T_d bis zur Vervollständigung der arithmetischen Verarbeitung der Arithmetikeinheit 9 zur Ausgabe der Arithmetikeinheit 9 in dem Addierer 24. Die oben beschriebene Konfiguration ermöglicht es, diese Daten frei von der Verzögerungszeit auszugeben. Eine Positionsänderung für eine Zeit, die für eine serielle Ausgabe erforderlich ist, kann geschätzt werden aus Δθ(T_d), und die Positionsänderung in der Kommunikationszeit kann kompensiert werden.

Somit ist gemäß der siebten Ausführungsform die Kodierereinheit, welche Analogsignale abtastet in Übereinstimmung mit einem Rotationswinkel der Drehwelle und den Rotationswinkel der Drehwelle aus umgewandelten digitalen Daten erhält, versehen mit: einer Impuls signal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von zwei Impulsketten mit Impulsen, deren Phasen relativ zueinander um 90° versetzt sind; einem Zähler zum Zählen einer Anzahl von Impulsen der Impulsketten zum Messen eines Verzögerungsdrehwinkels, durch den die Welle rotiert während einer Zeitperiode, die erforderlich ist für den A-/D-Konverter zum Abtasten der Analogsignale und für die Arithmetik-Betriebseinrichtung zum Bestimmen des Rotationswinkels; und eine Kodierer ausgabe-Kompensationseinrichtung zum Ausgeben eines momentanen Winkels als eine Summe des Rotationswinkels und des Verzögerungsrotationswinkels. Die Kodierereinheit kann in genauer Weise eine Kompensierung schaffen für die Verzögerungszeit, die erforderlich ist für die A-/D-Konversion und die arithmetische Verarbeitung, und zwar ohne Berücksichtigung des Verhaltens der Motorgeschwindigkeit und der Beschleunigung, und die Erhöhung der Verzögerungszeit der Steuerschleife und der Fehler der Magnetpolerfassung kann minimiert werden.

Wie beschrieben wurde, umfaßt eine Servosteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kodierereinheit zum Abtasten von Analogsignalen in Übereinstimmung mit einer Position eines Erfassungsobjekts und Erhalten von Positionsdaten aus umgewandelten digitalen Daten. Die Kodierereinheit beinhaltet eine Kodiererausgabe-Kompensationseinheit, welche eine Positionsänderung des Erfassungsobjekts während der Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten der Analogsignale und Ausgeben der Positionsdaten vorhersagt. Die Kodiererausgabe-Kompensationseinheit benutzt die Positionsdaten, die erhalten werden von dem momentanen Abtasten, und Positionsdaten, die erhalten werden von vorhergehenden Abtastungen, und gibt die vorhergesagte Positionsänderung aus sowie einen genauen Positionsdatenwert, der erhalten wird durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zum Positionsdatenwert, der von der momentanen Abtastung erhalten wird. Die Kodierer ausgabe-Kompensationseinheit schafft ebenfalls eine Ausgabe des Positionsdatenwertes, der von der momentanen Abtastung (unkompensiert) erhalten wurden. Da es bei der vorliegenden Erfindung akzeptierbar ist, daß für die Verzögerungszeit, die erforderlich ist zur A-/D-Konversion, eine arithmetische Verarbeitung und eine Kommunikation relativ lang sind, kann eine billige A-/D-Konversionseinrichtung und Arithmetikbetriebseinrichtung benutzt werden. Die Arithmetikbetriebseinrichtung und die Ausgabekompensationseinrichtung können realisiert werden mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) bzw. einer Mikroprozessoreinheit (MPU); deshalb kann der Kostenanstieg der Ausgabekompensationseinrichtung verringert sein. Zusätzlich muß beispielsweise eine Kommunikation mit der Motorantriebseinheit nicht übermäßig geschwindigkeitsmäßig erhöht sein.

Die Servomotor-Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt weiterhin: eine Motorantriebseinheit zum Antreiben des Servomotors, die mit einer Positionssteuereinrichtung versehen ist; eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung; eine Umwandlungseinrichtung; eine Stromsteuereinrichtung und eine Spannungssteuereinrichtung. Ein Geschwindigkeitsbefehlswert wird erzeugt durch die Positionssteuereinrichtung mit einer niedrigen Schleifenverstärkung in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und dem momentan abgetasteten Positionsdatenwert, den die Kodierereinheit ausgibt. Ein Befehlswert des Stroms wird erzeugt durch die Geschwindigkeitssteuereinrichtung mit einer hohen Schleifenverstärkung in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsbefehlswert und dem Geschwindigkeitsrückkopplungswert, der erhalten wird von der vorhergesagten Positionsänderung, ausgegeben durch die Kodierereinheit. Ein 3-Phasen-Wechselstrom, erfaßt von dem Servomotor, wird umgewandelt in einen Drehmomentkomponentenstrom, und zwar unter Benutzung vorhergesagter Positionsdaten. Der Spannungsbefehlswert wird erzeugt in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen einem momentanen Befehlswert und einem Rückkopplungswert des Stroms (der Drehmomentkomponentenstrom) (zur Umwandlung ansprechend auf die momentane Magnetpolposition, wenn der Servomotor ein Synchronmotor ist) eingegeben durch die Umwandlungseinrichtung. Eine 3-Phasen-Spannung wird erzeugt ansprechend auf die momentane Magnetpolposition in Übereinstimmung mit dem Spannungsbefehlswert und den vorhergesagten Positionsdaten. Deshalb kann der Servomotor genau gesteuert werden, und zwar ohne jeglichen Anstieg der Vibration und Geschwindigkeitsungleichmäßigkeit des Servomotors.

Claims

1. Servomotor-Steuereinheit, umfassend:
eine Kodierereinheit einschließlich einer Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignalen in Übereinstimmung mit einer Position eines erfaßten Objekts; eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und Konvertieren der Analogsignale in einen digitalen Datenwert; eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Erzeugen eines Positionsdatenwertes des erfaßten Objektes aus dem digitalen Datenwert; und eine Kodierer ausgabe-Kompensationseinrichtung, welche den Positionsdatenwert, erhalten von der momentanen Abtastung und vorhergehenden Abtastungen, benutzt zum Vorhersagen einer Positionsänderung des erfaßten Objektes, auftretend während einer Verzögerungszeit, welche erforderlich ist zum Abtasten der Analogsignale und Ausgeben des Positionsdatenwertes, wobei die Kodierer ausgabe-Kompensationseinrichtung einen vorhergesagten Positionsdatenwert erzeugt durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zum momentan abgetasteten Positionsdatenwert;
einen Servomotor; und
eine Motorantriebseinheit einschließlich einer Positionssteuereinrichtung zum Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehlswertes ansprechend auf eine Differenz zwischen einem Positionsbefehl und dem momentan abgetasteten Positionsdatenwert; eine Geschwindigkeitssteuereinrichtung zum Erzeugen eines Strombefehlswertes ansprechend auf eine Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und einem Geschwindigkeitsrückkopplungswert, erhalten von der vorhergesagten Positionsänderung; eine Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln eines 3-Phasen-Wechsel stroms, erfaßt von dem Servomotor, in einen Drehmomentkomponentenstrom in Übereinstimmung mit momentanen Magnetpolposition; eine Stromsteuereinrichtung zum Erzeugen eines Spannungsbefehlswerts ansprechend auf eine Differenz zwischen dem Strombefehlswert und einem Strombefehlswert bezüglich eines Drehmomentkomponentenstroms, eingegeben durch die Umwandlungseinrichtung; und eine Spannungserzeugungseinrichtung zum Ausgeben einer 3-Phasen-Spannung ansprechend auf den Spannungsbefehlswert und die momentane Magnetpolposition, bestimmt aus dem vorhergesagten Positionsdatenwert.

2. Servomotor-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor ein Synchronmotor ist.

3. Kodierereinheit, umfassend:
eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignalen in Übereinstimmung mit einer Position eines erfaßten Objektes;
eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und Umwandeln der Analogsignale in einen digitalen Datenwert;
eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Erzeugen eines Positionsdatenwertes des erfaßten Objektes aus dem digitalen Datenwert; und
eine Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung, die den Positionsdatenwert benutzt, der erhalten wird aus der momentanen Abtastung und vorhergehenden Abtastungen, zum Vorhersagen einer Positionsänderung des erfaßten Objektes, auftretend während einer Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten der Analogsignale und Ausgeben der Positionsdaten, wobei die Kodierer ausgabe-Kompensationseinrichtung einen vorhergesagten Positionsdatenwert erzeugt durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zum momentanen abgetasteten Positionsdatenwert,
wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung vorhersagt durch Auswählen des kleineren eines Absolutwertes einer Positionsänderung auftretend während eines momentanen Abtastzyklus, und eines Absolutwertes einer Positionsänderung, auftretend während eines vorhergehenden Abtastzyklus, und durch Annehmen, daß die Positionsänderungen, die auftreten während den Abtastzyklen, linear oder kurvenlinear sind, in Übereinstimmung mit der ausgewählten Positionsänderung.

4. Kodierereinheit, umfassend:
eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignale in Übereinstimmung mit einer Position eines erfaßten Objektes;
eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und Umwandeln der Analogsignale in einen digitalen Datenwert;
eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Erzeugen eines Positionsdatenwertes des erfaßten Objektes aus dem digitalen Datenwert; und
eine Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung, die die Positionsdaten benutzt, die erhalten werden aus der laufenden Abtastung und vorhergehenden Abtastungen, zum Vorhersagen einer Positionsänderung des erfaßten Objektes, auftretend während einer Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten der Analogsignale und Ausgeben des Positionsdatenwertes, wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung einen vorhergesagten Positionsdatenwert erfaßt durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zum momentan abgetasteten Positionsdatenwert;
wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung vorhersagt durch Auswählen des kleineren eines Absolutwertes einer Positionsänderung, auftretend während eines laufenden Abtastzyklus, und eines Absolutwertes einer Positionsänderung, auftretend während eines vorhergehenden Abtastzyklus, und durch Auswählen der kleineren einer Differenz zwischen einer Positionsänderung, auftretend während des laufenden Abtastzyklus, und einer Positionsänderung, auftretend während des vorhergehenden Abtastzyklus, und einer Differenz zwischen der Positionsänderung, auftretend während des vorhergehenden Abtastzyklus, und einer Positionsänderung, auftretend während einer Abtastzyklus vor dem vorhergehenden Abtastzyklus, und durch Annehmen, daß Positionsänderungen, die während der Abtastzyklen auftreten, linear oder kurvenlinear sind, in Übereinstimmung mit einer Summe der ausgewählten Positionsänderung und der ausgewählten Differenz zwischen den Positionsänderungen.

5. Kodierereinheit, umfassend:
eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignale in Übereinstimmung mit einer Position eines erfaßten Objektes;
eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und Umwandeln der Analogsignale in einen digitalen Datenwert;
eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Erzeugen eines Positionsdatenwertes des erfaßten Objektes aus dem digitalen Datenwert; und
eine Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung, die die Positionsdaten benutzt, die erhalten werden von der momentanen Abtastung und vorhergehenden Abtastungen, um eine Positionsänderung des erfaßten Objektes vorherzusagen, welche auftritt während einer Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten der Analogsignale und Ausgeben des Positionsdatenwertes, wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung einen vorhergesagten Positionsdatenwert erzeugt durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zum momentan abgetasteten Positionsdatenwert;
wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung vorhersagt durch Annehmen, daß Positionsänderungen, die während der Abtastzyklen auftreten, linear oder kurvenlinear sind, in Übereinstimmung mit einem Mittelwert einer Positionsänderung, die während eines laufenden Abtastzyklus auftritt, und einer Positionsänderung, die während eines vorhergehenden Abtastzyklus auftritt.

6. Kodierereinheit, umfassend:
eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignalen in Übereinstimmung mit einer Position eines erfaßten Objektes;
eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und Umwandeln der Analogsignale in einem digitalen Datenwert;
eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Erzeugen von Positionsdaten des erfaßten Objektes aus dem digitalen Datenwert; und
eine Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung, die den Positionsdatenwert benutzt, der erhalten wird aus der laufenden Abtastung und vorhergehenden Abtastungen, um eine Positionsänderung des erfaßten Objektes vorherzusagen, die auftritt während einer Verzögerungszeit, welche erforderlich ist zum Abtasten der Analogsignale und Ausgeben des Positionsdatenwertes, wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung einen vorhergesagten Positionsdatenwert erzeugt durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zum momentan abgetasteten Positionsdatenwert;
wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung vorhersagt unter der Annahme, daß Positionsänderungen, die während der Abtastzyklen auftreten, linear oder kurvenlinear sind, in Übereinstimmung mit einer Summe von: einem Mittelwert einer Positionsänderung, auftretend während eines laufenden Abtastzyklus, und einer Positionsänderung, auftretend während eines vorhergehenden Abtastzyklus; und einem Mittelwert einer Differenz zwischen der Positionsänderung, die auftritt während des laufenden Abtastzyklus, und der Positionsänderung, die auftritt während des vorhergehenden Abtastzyklus, und einer Differenz zwischen einer Positionsänderung, die auftritt während des vorhergehenden Abtastzyklus, und einer Positionsänderung, die auftritt während eines Abtastzyklus vor dem vorhergehenden Abtastzyklus.

7. Kodierereinheit, umfassend:
Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignalen in Übereinstimmung mit einer Position eines erfaßten Objektes;
eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und Umwandeln der Analogsignale in einen digitalen Datenwert;
eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Erzeugen eines Positionsdatenwertes des erfaßten Objektes aus dem digitalen Datenwert; und
eine Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung, welche den Positionsdatenwert benutzt, der erhalten wird von der momentanen Abtastung und den vorhergehenden Abtastungen, um eine Positionsänderung des erfaßten Objektes vorherzusagen, welche auftritt während einer Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten der Analogsignale und Ausgeben der Positionsdaten, wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung einen vorhergesagten Positionsdatenwert erzeugt durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zu dem momentan abgetasteten Positionsdatenwert,
wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung die vorhergesagte Positionsänderung vorhersagt aus einem Positionsdatenwert, der erhalten wird von einem laufenden Abtastzyklus und vorhergehenden Abtastzyklen, und einen variablen Multiplizierer umfaßt, der die vorhergesagte Positionsänderung reduziert, wenn eine Positionsänderung im laufenden Abtastzyklus klein ist.

8. Kodierereinheit, umfassend:
eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignalen in Übereinstimmung mit einer Position eines erfaßten Objektes;
eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und Umwandeln der Analogsignale in einen digitalen Datenwert;
eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Erzeugen von Positionsdaten des erfaßten Objektes aus dem digitalen Datenwert; und
eine Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung, welche den Positionsdatenwert benutzt, der erhalten wird aus der laufenden Abtastung und vorhergehenden Abtastungen, um eine Positionsänderung vorherzusagen von dem erfaßten Objekt, welche auftritt während einer Verzögerungszeit, die erforderlich ist zum Abtasten der Analogsignale und Ausgeben des Positionsdatenwertes, wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung einen vorhergesagten Positionsdatenwert erzeugt durch Addieren der vorhergesagten Positionsänderung zu den momentan abgetasteten Positionsdaten;
wobei die Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung im voraus eine Beziehung entwickelt zwischen einem Stromwert, der aus zugeben ist von einer Motorantriebseinheit, und einem Variationsgrad in Positionsänderungen in Abtastzyklen, und die vorhergesagte Positionsänderung vorhersagt basierend auf der entwickelten Beziehung und einem gegenwärtigen Stromwert und Positionsdatenwert.

9. Kodierereinheit, umfassend:
eine Signalerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Analogsignalen entsprechend einem Rotationswinkel einer Drehwelle;
eine A-/D-Umwandlungseinrichtung zum Abtasten der Analogsignale und Umwandeln der Analogsignale in einen digitalen Datenwert;
eine Arithmetikbetriebseinrichtung zum Bestimmen eines Rotationswinkels der Drehwelle aus dem digitalen Datenwert;
eine Impulssignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von zwei Impulsketten mit Impulsen, deren Phasen um 90° relativ zueinander versetzt sind;
einen Zähler zum Zählen einer Anzahl der Impulse der Impulsketten zum Messen eines Verzögerungsrotationswinkels, über den die Welle rotiert während einer Zeitperiode, die erforderlich ist für die A-/D-Umwandlungseinrichtung, die Analogsignale abzutasten und für die Arithmetikbetriebseinrichtung, den Rotationswinkel zu bestimmen; und
eine Kodiererausgabe-Kompensationseinrichtung zum Ausgeben eines momentanen Winkels als eine Summe des Rotationswinkels und des Verzögerungsrotationswinkels.