JP2003262649A

JP2003262649A - 速度検出装置

Info

Publication number: JP2003262649A
Application number: JP2002063730A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nagakura; 孝行長倉
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】特別な運転を必要とせず、通常運転時に、リ
アルタイムで誤差に対応できる。【解決手段】速度検出器１０は、逓倍パルス信号のエ
ッジを検出するエッジ検出部１１と、エッジ検出部１１
が検出したエッジ数と、検出したエッジの間隔に対応付
けされている回転角度とに基づいて速度を演算するエッ
ジ及び速度演算部１２と、速度演算部１２が演算により
得た速度の変動量を用いて回転角度を補正するエッジ補
正演算部２０とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ等の駆動源
の動作に連動してエンコーダからパルスを出力して、こ
のパルスに基づいて駆動源の速度を検出する速度検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に行われている速度検出について図
６を用いて説明する。図６は、従来の構成例であり、モ
ータ１、エンコーダ２、逓倍装置３及び速度検出器１０
０からなる。この構成では、モータ１の回転軸にエンコ
ーダ２が接続され、エンコーダ２が逓倍装置３に接続さ
れ、逓倍装置３が伝送線路４を介して速度検出器１００
に接続されている。

【０００３】このような構成において、モータ１の回転
位置がエンコーダ２でパルス信号に変換される。そし
て、逓倍装置３でそのパルス信号が９０°位相のずれた
パルス信号（逓倍パルス信号）とされ、速度検出器１０
０に取り込まれる。速度検出器１００は、速度演算部１
０１により、逓倍パルス信号のエッジ、すなわちＡ相及
びＢ相のパルス信号の立上り及び立下りのエッジ検出を
行い、所定時間内におけるその検出エッジ数から下記
（１）式に基づいて速度を演算している。

【０００４】Ｖ＝（Ｐ×Ｎ）／（Ｔ）・・・（１）ここで、Ｖは回転角速度（ｄｅｇ／ｓ）であり、Ｐ
（ｄｅｇ）はエッジの間隔に相当する回転角度（以下、
エッジ間隔角度という。）であり、Ｎは測定時間（前記
所定時間）内のエッジ数であり、Ｔは測定時間（ｓｅ
ｃ）である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような構成では、
モータ１が一定速度で回転している場合、本来、検出さ
れるエッジ間隔は等間隔であるが、逓倍装置３や伝送線
路４に異常があると、等間隔であるはずのその各エッジ
間隔にずれが生じ、これにより、測定時間Ｔにおけるエ
ッジ数Ｎがばらついてしまう場合がある。これでは、検
出する速度Ｖが本来の値と異なる値となり、精度の高い
モータ制御をすることができなくなる。

【０００６】また、逓倍装置における誤差を補正する技
術としては、例えば特開平７−２１０２４９号公報に開
示されている技術がある。この特開平７−２１０２４９
号公報に開示されいている技術では、逓倍する前のパル
スを用いてモータを一定速度で回転させ、逓倍されたパ
ルスのエッジの間隔を予め検出し、その検出値から求め
られるエッジ位置の補正値を記憶し、記憶した補正値を
用いて、逓倍された信号の位置情報及び速度情報を補正
している。

【０００７】しかし、この技術では、補正値を記憶する
ための特別な運転及び操作が必要であり、すなわち、オ
フラインでの運転及び操作が必要である。そのため、実
使用時の速度検出の動作中に何らかの原因によって新た
にエッジ間隔（或いはエッジ位置）に誤差が発生して
も、その誤差には対応できないという問題がある。そこ
で、本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、
特別な運転を必要とせず、通常運転時に、リアルタイム
でエッジ間隔の誤差に対応できる速度検出装置の提供を
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記問題を解決するため
に、請求項１記載の速度検出装置は、変位量に応じて出
力されるパルス信号を逓倍し、この逓倍して得た逓倍パ
ルス信号のエッジを用いて速度を検出する速度検出装置
において、前記逓倍パルス信号のエッジを検出するエッ
ジ検出手段と、前記エッジ検出手段が検出したエッジ数
と、検出したエッジの間隔に対応付けされている変位相
当量とに基づいて速度を演算する速度演算手段と、前記
速度演算手段が演算して得た速度の変動量を用いて前記
変位相当量を補正する補正手段と、を備えていることを
特徴としている。

【０００９】この請求項１記載の速度検出装置は、演算
により得た速度からその速度の変動量を求め、その変動
量に用いて変位相当量を補正している。すなわち、請求
項１記載の速度検出装置は、実使用時に得ている速度か
らその変動量を得て、リアルタイムでその変動量を用い
て速度演算に使用する変位相当量を補正している。ま
た、請求項２記載の速度検出装置は、請求項１記載の速
度検出装置において、前記逓倍パルス信号の一周期内の
各位置に対応する前記変位相当量に番号０，１，２，・
・・，ｎ（ここで、ｎは整数）を対応付けする番号付与
手段を備えており、前記補正手段が、前記番号０，１，
２，・・・，ｎ毎に当該番号０，１，２，・・・，ｎに
対応する前記変位相当量Ｐ₀，Ｐ₁，Ｐ₂，・・・，Ｐ_nを
補正することを特徴としている。

【００１０】この請求項２記載の速度検出装置は、周期
的に到来する逓倍パルス信号の各位置に番号０，１，
２，・・・，ｎを付して、この番号０，１，２，・・
・，ｎ毎にそれに対応する変位相当量Ｐ₀，Ｐ₁，Ｐ₂，
・・・，Ｐ_nを補正している。また、請求項３記載の速
度検出装置は、請求項１又は２に記載の速度検出装置に
おいて、前記変動量及び閾値を比較する比較手段を備え
ており、前記補正手段が、前記比較手段の比較結果が前
記変動量が前記閾値を超えているものであるとき、補正
を実施することを特徴としている。すなわち、この請求
項３記載の速度検出装置は、変動量が閾値を超えた場合
にのみ変位相当量の補正を実施する。

【００１１】また、請求項４記載の速度検出装置は、請
求項１乃至３のいずれかに記載の速度検出装置におい
て、前記速度演算手段が演算して得た速度と、前記速度
演算手段により次々に得られた速度の局所的な最大速度
及び局所的な最小速度の平均値との差分として前記変動
量を得る変動量取得手段を備えていることを特徴として
いる。

【００１２】また、請求項５記載の速度検出装置は、請
求項１乃至３のいずれかに記載の速度検出装置におい
て、前記速度演算手段が演算して得た速度と、前記速度
演算手段により所定期間内に得た速度の平均値との差分
として前記変動量を得る変動量取得手段を備えているこ
とを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明を適用
した速度検出器による速度検出のための構成を示す。図
１に示すように、その構成は、モータ１、エンコーダ
２、逓倍装置３及び速度検出器１０からなる。この構成
では、モータ１の回転軸にエンコーダ２が接続され、エ
ンコーダ２が逓倍装置３に接続され、逓倍装置３が伝送
線路４を介して速度検出器１０に接続されている。

【００１４】このような構成において、モータ１の回転
位置がエンコーダ２でパルス信号に変換され、逓倍装置
３で逓倍されて、速度検出器１０に取り込まれる。ここ
で、速度検出器１０には、通常、Ａ相及びＢ相のパルス
信号が９０°位相のずれたものが、逓倍パルス信号とし
て取り込まれている。速度検出器１０は、エッジ検出部
１１、エッジ及び速度演算部１２、及びエッジ補正演算
部２０を備えている。

【００１５】エッジ検出部１１には、エンコーダ２によ
りパルス列に変換されたモータ１の回転位置が逓倍装置
３で逓倍されて入力される。このエッジ検出部１１は、
逓倍装置３で逓倍されて得られる逓倍パルス信号からエ
ッジを検出するとともに、次々に検出されるその各エッ
ジに番号を付すように構成されている。図２中（Ａ）及
び（Ｂ）は、エンコーダ２から出力される位相が９０°
異なるＡ相及びＢ相の各パルス信号を示す。

【００１６】例えば、このように位相が９０°異なるＡ
相及びＢ相のパルス信号からエッジを求めるような場
合、エッジ検出部１１は、図２中（Ｄ）に示すように、
逓倍装置３からの逓倍パルス信号からエッジを検出して
いき、その内の１つのパルスを基準にして周期的に各エ
ッジ（各位置或いは各エッジ間隔）に番号を付ける。こ
の各エッジへの番号付けは、図２中（Ｃ）に示すよう
に、Ａ相のパルス（図２中（Ａ）のパルス）とＢ相のパ
ルス（図２中（Ｂ）のパルス）との論理積の変化点を
みて、周期的に発生するある論理積に対応する一のエッ
ジをエッジ０とおいて、それを基準に、それに続く他の
エッジに番号１〜３を付けることにより行っている。こ
のエッジ検出部１１は、４逓倍信号の検出をしており、
よって、周期内に発生する４つの各エッジに０から３ま
での番号を付している。

【００１７】エッジ検出部１１は、エッジ及び速度演算
部１２にその検出結果を出力する。エッジ及び速度演算
部１２は、一般化した下記（２）式に基づいて速度Ｖ
（ｄｅｇ／ｓ）を演算する。Ｖ’＝（Ｐ₀×Ｎ₀＋Ｐ₁×Ｎ₁＋Ｐ₂×Ｎ₂＋・・・＋Ｐ_n×Ｎ_n）／Ｔ・・・（２）ここで、Ｐｎはエッジｎとエッジｎ＋１との間隔に対応
付けされている或いは相当する変位相当量である回転角
度（ｄｅｇ）であり、Ｎ_nは測定時間Ｔ内の第ｎ番目の
エッジｎの検出数である。

【００１８】例えば、逓倍パルス信号に乱れがない場合
には下記（３）式のような関係がなり立つ。Ｐ₀＝Ｐ₁＝Ｐ₂＝・・・＝Ｐ_n ・・・（３）すなわち、各エッジの検出間隔は一定のものになる。例
えば、図２中（Ｄ）に示すように、エッジ検出部１１に
て検出されたエッジ０〜エッジ３のエッジ間隔が等間隔
である場合には、下記（４）式が成立する。

【００１９】Ｖ’＝（Ｐ₀×３＋Ｐ₁×３＋Ｐ₂×３＋Ｐ₃×２）／Ｔ＝１１Ｐ／Ｔ・・・（４）このようにエッジ及び速度演算部１２は演算により速度
を得ることができる。また、エッジ補正演算部２０は、
各エッジ０〜３に対応している回転角度Ｐ₀〜Ｐ₃を補正
するように構成されている。そして、このエッジ補正演
算部２０は、速度Ｖ’の変動量を監視しており、この変
動量が所定量になったときにその補正を実施するように
構成されている。

【００２０】エッジ補正演算部２０には、前記エッジ及
び速度演算部１２が求めた速度Ｖ’が入力されており、
エッジ補正演算部２０は、この入力される速度Ｖ’の局
所的な最大値Ｖ’_maxと局所的な最小値Ｖ’_minとの平均
値を用いて下記（５）式により速度の変動量Ｄを得てい
る。Ｄ＝（Ｖ’_max＋Ｖ’_min）／２−Ｖ’ ・・・（５）ここで、式中の速度Ｖ’は、最新の速度検出値であり、
最大速度Ｖ’_max及び最小速度Ｖ’_minは一定期間内で得
た速度検出値である。この（５）式では、速度検出値
Ｖ’と速度検出値Ｖ’の局所的な最大及び最小の平均値
との差分として速度検出値Ｖ’の変動量を得ている。

【００２１】そして、エッジ補正演算部２０は、このよ
うな変動量Ｄが許容値を超えた場合、逓倍装置３等が異
常であると検出して、下記（６）式により測定時間Ｔ内
の各エッジ０〜３に対応する回転角度Ｐ₀〜Ｐ₃を、その
変動量Ｄが減少するように補正する。Ｐ_n（ｋ）＝Ｐ_n（ｋ−１）＋Ｘ_n（Ｎ_n，Ｄ）（ｎ＝０，１，２，３）・・・（６）ここで、Ｐ_n（ｋ）はｋ回目の速度演算周期における回
転角度Ｐｎの値であり、Ｘ_nは、測定時間Ｔ内に入った
エッジｎの数Ｎｎ及び変動量Ｄを関数とする値（ｄｅｇ
／ｓ）である。

【００２２】例えば、Ｘ_nは下記（７）式として与える
ことができる。Ｘ_n＝ａ×Ｄ（Ｎ／Ａ−Ｎ_n）・・・（７）ここで、ａは定数であり、Ｎは測定時間Ｔ内に検出した
全エッジ数であり、Ａは逓倍数である。図３は、エッジ
補正演算部２０の構成例を示す。図３に示すように、エ
ッジ補正演算部２０は、速度検出値Ｖ’の局所的な最大
値の１／２値を保持する保持器２１と、速度検出値Ｖ’
の局所的な最小値の１／２値を保持する保持器２２と、
これら保持器２２，２１により得た局所最大速度Ｖ’
_maxと局所最小速度Ｖ’_minとが加算されて入力された値
に基づいて前述したような変動値Ｄを求めて、その変動
値Ｄに応じて回転角度Ｐ₀〜Ｐ₃の補正を行う補正部２３
とを備えている。

【００２３】前記エッジ及び速度演算部１２では、変動
値Ｄが許容値を超える場合、このようにエッジ補正演算
部２０で補正された回転角度Ｐ₀〜Ｐ₃を用いて前記
（２）式により演算で速度を得ている。以上のような構
成では、逓倍パルス信号に乱れがない場合、すなわちＡ
相及びＢ相のパルス信号に乱れがない場合には、前述し
たように、（４）式により速度を精度よく得ることがで
きる。

【００２４】なお、前述の実施の形態の説明において、
エッジ検出部１１は、逓倍パルス信号のエッジを検出す
るエッジ検出手段に対応し、エッジ及び速度演算部１２
は、エッジ検出部１１が検出したエッジ数と、検出した
エッジの間隔に対応付けされている変位相当量とに基づ
いて速度を演算する速度演算手段に対応し、エッジ補正
演算部２０は、エッジ及び速度演算部１２が演算して得
た速度の変動量を用いて変位相当量を補正する補正手段
に対応している。

【００２５】さらに、逓倍パルス信号の一周期内の各位
置に対応する変位相当量に番号０，１，２，・・・，ｎ
（ここで、ｎは整数）を対応付けする番号付与手段がエ
ッジ検出部１１により実現されており、この場合のエッ
ジ補正演算部２０は、番号０，１，２，・・・，ｎ毎に
当該番号０，１，２，・・・，ｎに対応する変位相当量
Ｐ₀，Ｐ₁，Ｐ₂，・・・，Ｐ_nを補正する補正手段をなし
ている。

【００２６】また、変動量と閾値（許容値）とを比較す
る比較手段がエッジ補正演算部２０により実現されてお
り、この場合のエッジ補正演算部２０は、その比較手段
（比較機能）による比較結果が、変動量が閾値（前記許
容値）を超えているものであるとき、補正を実施する補
正手段をなしている。次に、逓倍装置３や伝送線路４等
に異常が発生し、図４中（Ａ）及び（Ｂ）に示すよう
に、Ａ相及びＢ相のパルス信号の精度を得られなく、歪
んで逓倍パルス信号が得られる場合の動作について説明
する。なお、この図４に示す結果は、前記図２と比較し
て、モータの回転速度が遅くなってきた場合の結果であ
り、すなわち、一定とされている測定時間Ｔ内に得られ
るエッジ数が減少している場合である。

【００２７】このように歪んだ逓倍パルス信号が得られ
るような場合、前記（３）式の関係は成立しなくなる。
すなわち、エッジ０〜３それぞれの間の検出間隔は、図
４中（Ｄ）に示すように異なるものになる。そして、こ
の場合、速度演算周期ごとに速度検出値Ｖは変動するも
のになる。すなわち、図４中（Ｅ）に示すように、測定
時間をＴとする連続する各区間Ｔ（ｋ−１），Ｔ
（ｋ），Ｔ（ｋ＋１）でみた場合、その各区間Ｔ（ｋ−
１），Ｔ（ｋ），Ｔ（ｋ＋１）の速度は、それぞれ下記
（８）〜（１０）式のようになる。

【００２８】Ｖ’＝（Ｐ₀×１＋Ｐ₁×１＋Ｐ₂×３＋Ｐ₃×１）／Ｔ・・・（８）Ｖ’＝（Ｐ₀×１＋Ｐ₁×１＋Ｐ₂×１）／Ｔ・・・（９）Ｖ’＝（Ｐ₀×１＋Ｐ₁×１＋Ｐ₂×１＋Ｐ₃×１）／Ｔ・・・（１０）逓倍装置３や伝送線路４等に異常が発生すると速度が変
動してしまい、さらにこのように変動する速度が前記
（５）式により得られる変動量Ｄでみた場合、許容値を
超えるようなときには、前記エッジ補正演算部２０で
は、前記（６）式及び（７）式による各エッジ０〜３に
対応される回転角度Ｐ_n（ｋ）の補正が実施される。

【００２９】このような回転角度Ｐ_n（ｋ）の補正を速
度演算周期ごとに繰り返して実施していくことで、各エ
ッジ０〜３に対応する各回転角度Ｐ_n（ｋ）がそれぞれ
所定値に収束していき、速度検出値Ｖ’が正確な値に近
づくようになる。その結果、高精度な速度制御を行うこ
とができるようになる。また、このような補正を通常運
転中に実施することができるので、運転中に生じた逓倍
装置３等の異常に対してもリアルタイムで対応すること
ができるようになる。

【００３０】また、逓倍装置３や伝送線路４等に異常が
発生しても、速度が速い場合には演算精度への影響は少
ないが、例えば図２からみた図４に示したように、速度
が遅くなった場合、逓倍装置３や伝送線路４等による異
常の演算精度への影響は大きくなる。本発明を適用した
速度検出器１０は、特に、このように速度が遅くなった
場合にも効果的に作用する。

【００３１】以上、本発明の実施の形態について説明し
た。しかし、本発明は、前述の実施の形態として実現さ
れることに限定されるものではない。すなわち、前述の
実施の形態では、速度の変動量の算出に、速度検出値
Ｖ’と、速度検出値Ｖ’の局所的な最大及び最小の平均
値との差分を用いたが、これに限定されるものではな
い。例えば、速度の変動量Ｄは下記（１１）式として得
てもよい。

【００３２】Ｄ＝Ｖ’_mean−Ｖ’ ・・・（１１）ここで、Ｖ’_meanは速度検出値Ｖ’の平均値であり、す
なわち、（１１）式のように、速度検出値Ｖ’と、速度
検出値Ｖ’の平均値Ｖ’_meanとの差分として変動量Ｄを
得てもよい。ここで、平均値Ｖ’_meanは例えば直近の一
定期間内における速度検出値Ｖ’の平均値である。

【００３３】図５は、そのエッジ補正演算部２０の構成
例を示す。図５に示すように、エッジ補正演算部２０
は、速度検出値Ｖ’を平均化して平均値Ｖ’_meanを得る
平均化演算部２５と、この平均化演算部２５により得た
平均値Ｖ’_meanに基づいて前述したような変動値Ｄを求
めて、その変動値Ｄに応じて回転角度Ｐ₀〜Ｐ₃の補正を
行う補正部２６とを備えている。

【００３４】このように、平均値Ｖ’_meanのみを用いる
ことで、保存する量（データ）は平均値のみでよくな
り、さらに、前述の平均化演算部２５はフィルタを用い
て実現することができるようになる。また、前述の実施
の形態では、速度検出対象物がモータである場合につい
て説明したが、これに限定されるものではなく、他の速
度検出対象物の速度を検出してもよい。要は、速度に応
じて変位量を検出することができ、その変位量に応じて
パルス信号を出力することができればよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、実使用時に得ている速度からその変動量を
得て、その変動量を用いて変位相当量を補正しており、
実使用時にエッジ間隔に誤差が生じた場合でもリアルタ
イムでその誤差に対応することができるようになる。

【００３６】また、特に、請求項３記載の発明によれ
ば、変動量が閾値を超えた場合にのみ補正を実施するよ
うにしており、最適なタイミングでその補正を実施する
ことができる。また、請求項５記載の発明によれば、例
えば、変動量を簡単な構成で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の速度検出器を備えた構成
を示すブロック図である。

【図２】速度を検出するためのパルス信号等の各種信号
等を示す図である。

【図３】前記速度検出器が備えているエッジ補正演算部
の構成を示す図である。

【図４】逓倍装置等に異常が発生した場合の、速度を検
出するためのパルス信号等の各種信号等を示す図であ
る。

【図５】他のエッジ補正演算部の構成を示す図である。

【図６】従来の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１モータ２エンコーダ３逓倍装置４伝送線路１０速度検出器１１エッジ検出部１２エッジ及び速度演算部２０エッジ補正演算部２１，２２保持器２３，２６補正部２５平均化演算部１００速度検出部器１０１速度演算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変位量に応じて出力されるパルス信号を
逓倍し、この逓倍して得た逓倍パルス信号のエッジを用
いて速度を検出する速度検出装置において、前記逓倍パルス信号のエッジを検出するエッジ検出手段
と、前記エッジ検出手段が検出したエッジ数と、検出したエ
ッジの間隔に対応付けされている変位相当量とに基づい
て速度を演算する速度演算手段と、前記速度演算手段が演算して得た速度の変動量を用いて
前記変位相当量を補正する補正手段と、を備えていることを特徴とする速度検出装置。
【請求項２】前記逓倍パルス信号の一周期内の各位置
に対応する前記変位相当量に番号０，１，２，・・・，
ｎ（ここで、ｎは整数）を対応付けする番号付与手段を
備えており、前記補正手段は、前記番号０，１，２，・・・，ｎ毎に
当該番号０，１，２，・・・，ｎに対応する前記変位相
当量Ｐ₀，Ｐ₁，Ｐ₂，・・・，Ｐ_nを補正することを特徴
とする請求項１記載の速度検出装置。
【請求項３】前記変動量と閾値とを比較する比較手段
を備えており、前記補正手段は、前記比較手段の比較結果が、前記変動
量が前記閾値を超えているものであるとき、補正を実施
することを特徴とする請求項１又は２に記載の速度検出
装置。
【請求項４】前記速度演算手段が演算して得た速度
と、前記速度演算手段により次々に得られた速度の局所
的な最大速度及び局所的な最小速度の平均値との差分と
して前記変動量を得る変動量取得手段を備えていること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の速度検
出装置。
【請求項５】前記速度演算手段が演算して得た速度
と、前記速度演算手段により所定期間内に得た速度の平
均値との差分として前記変動量を得る変動量取得手段を
備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載の速度検出装置。