JP2005091270A

JP2005091270A - エンコーダ通信異常検出装置

Info

Publication number: JP2005091270A
Application number: JP2003327802A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nishizono; 勝西園
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-19
Also published as: JP4175226B2

Abstract

【課題】ノイズ等により正常な位置データを取得できない場合でも、位置データの推定精度をあげることで安定したモータ駆動を実現するエンコーダ通信異常検出装置を提供する。
【解決手段】所定の周期で通常用位置データ５を出力する通常位置データ取得手段１と、通常位置データ取得手段１と時間差を持ち、かつ同期したタイミングで推定用位置データ８を出力する推定用位置データ取得手段２と、エンコーダ通信異常を検出し異常発生信号１０を出力するエンコーダ通信異常検出手段４と、位置推定手段３と、切替手段９とよりなり、位置推定手段３は推定用位置データ８を推定位置６として出力し、切替手段９は、異常発生信号１０が無い場合は通常用位置データ５を出力し、異常発生信号１０が有る場合には推定位置６を出力するようにしたエンコーダ通信異常検出装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダの位置データを使用してモータを制御するモータ駆動装置に関する。

モータ駆動装置では、一般的にモータに取り付けられたエンコーダからの位置データを用いて、位置・速度制御などを行っている。そのエンコーダからの位置データの取得方法としては、エンコーダからパルス信号を受けてそのパルスをカウントし位置データを得る方法や、エンコーダ内とモータ駆動装置内とに通信ＬＳＩを設け、シリアル通信によって位置データを取得する方法などがある。

いずれの場合であれ、ノイズなどの侵入により、エンコーダからのデータが異常になる場合がある。

従来では、まずデータが異常かどうかを判断するために閾値を設け、位置データがその値を超えたらデータを異常と判断し、異常の場合は、位置データを推定する方法が提案されている。

即ちその推定方法としては、一定周期毎に位置データを読み取り、今回の位置データと前回の位置データとの差分（速度）が規定値を超えた場合に前回の位置データと前々回の位置データの差分を前回の位置データに加えた値を今回の位置データとすることで、位置データが異常な場合でも、安定した制御を実現する例が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開昭６２−２９０９０１号公報

上記従来方法では異常発生時の前回の速度と異常時の速度が同じ、即ち等速運動状態では精度の高い位置推定が可能となるが、前回の速度と異常時の速度が異なる場合、即ち速度の変化点においては位置推定の精度が悪くなってしまうという問題点を有しており、実際のモータ駆動時には等速運動状態でない場合が多いのでこの点において課題があった。

本発明は、エンコーダからの位置データの取得方法がシリアル通信の場合における上記問題点を解決するものである。

上記課題を解決するために本発明は、通常の位置データ取得用のサンプリング周期とは時間差を設け、かつ同期するタイミングで推定用の位置データを取得し、通常の位置データがノイズ侵入によるシリアル通信異常のため、正常に取得できなかった場合に、推定用の位置データを使用して位置の推定を行うもので、上記時間差を、推定用の位置データの取得が通常の位置データを取得するタイミングの直前に完了するように設定することで、速度の変化点においてもよい推定精度を得ることができる。

また、位置データが異常かどうかの判断は、シリアル通信のソフト・ハード面での通信異常の発生の有無で行っている。

本発明のエンコーダ通信異常検出装置によれば、ノイズ侵入によりエンコーダ通信異常が発生した場合でも別の同期したタイミングで取得した推定用位置データを用いることで、精度の高い位置推定が可能となる。

また、エンコーダ通信異常時の位置推定において、推定用位置データの前回値と前々回値の差分を通常位置データの前回値に加えた値を推定値とすることで、位置推定の精度をさらに向上させることができる。

また、エンコーダ通信異常時の位置推定において、推定用位置データの前回値と前々回値の差分と通常位置データの前回値と前々回値の差分の平均を通常位置データの前回値に加えた値を推定値とすることで、精度の高い位置推定が可能となり、かつ位置推定の安定性を向上させることができる。

したがって、エンコーダ通信異常で位置データが取得できなかった場合でも、精度の高い位置推定が可能となるため、急峻なトルク変化を発生させることなく、なめらかな動作を実現する位置推定装置を提供することができる。

本願発明は、所定の周期で通常用位置データを出力する通常位置データ取得手段と、前記通常位置データ取得手段と時間差を持ち、かつ同期したタイミングで推定用位置データを出力する推定用位置データ取得手段と、エンコーダ通信異常を検出し異常発生信号を出力するエンコーダ通信異常検出手段と、位置推定手段と、切替手段とよりなり、前記位置推定手段は前記推定用位置データを推定位置として出力し、前記切替手段は、前記異常発生信号が無い場合は通常用位置データを出力し、前記異常発生信号が有る場合には前記推定位置を出力するようにしている。

図１において、通常用位置データ取得手段１は、所定のサンプリング周期でエンコーダから現在の位置を取得し、その位置データを通常用位置データ５として出力するものであり、シリアルエンコーダの場合、シリアル通信により位置情報を得ることができる。通常、ソフトウェアとエンコーダ通信用ＬＳＩから構成される。また、推定用位置データ取得手段２は、通常用位置データ取得手段１と構成は同じであるが、エンコーダから位置データを取得するタイミングを上記サンプリング周期に同期し、かつ通信により推定用位置データ８を取得し出力するに必要な時間だけずらしている。即ち、通常の動作として、まず推定用位置データ８を取得し出力し、短時間後に通常用位置データ５を取得し出力するようなタイミングとなるよう時間差を設けている。また、位置推定手段３は、位置を推定する手段であり、通常ソフトウェアで構成される。また、エンコーダ通信異常検出手段４は、エンコーダとのシリアル通信間での通信異常を検出する手段であり、通常、ソフトウェアと通信用ＬＳＩで構成される。また、切替手段９は、異常発生信号１０の有無に応じて、出力を切替える手段であり、通常ソフトウェアで構成される。

通常状態、即ちエンコーダ通信異常検出手段４で異常が検出されず、異常発生信号１０がない場合、切替手段９は通常用位置データ５を出力する。よって、通常用位置データ５が制御用位置データ７となり位置・速度制御に使われる。異常発生信号１０がある場合、切替手段９は、推定位置６を出力する。よって、推定位置６が制御用位置データ７となり位置・速度制御に使われる。その推定位置６を出力する位置推定手段３は、推定用位置データ８をそのまま出力する。

前記のとおり、通常用位置データ５と推定用位置データ８はタイミングを少しずらして取得しているため、その時間ずれを短くすれば、通常用位置データ５と推定用位置データ
８はほぼ同一とみなすことができる。つまり、通常用位置データ５が取得できなかった場合、推定用位置データ６をそのまま使うことで、高い精度の位置推定が可能となる。

これにより、エンコーダ通信異常で位置データが取得できなかった場合でも、精度の高い位置推定が可能となるため、急峻なトルク変化を発生させることなく、なめらかな動作が可能となる。

実施例２について図２を用いて説明する。実施例１との違いは、位置推定手段３で使用する推定移動距離の算出方法のみであるため、その方法について説明する。

推定移動距離の算出方法は、異常となった直前に取得した推定用位置データ８とその１回前の推定用位置データ８の差分を通常用位置データ５の前回値に加えた値を推定位置６として出力する方法である。

実施例３について図２を用いて説明する。実施例１との違いは、位置推定手段３で使用する推定移動距離の算出方法のみであるため、その方法について説明する。

推定移動距離の算出方法は、異常となる１回前の通常用位置データ５と２回前の通常用位置データ５の差分を推定移動距離Ａとし、異常となった直前に取得した推定用位置データ８とその１回前の推定用位置データ８の差分を推定移動距離Ｂとした場合、推定移動距離を（Ａ＋Ｂ）／２とし推定位置６として出力する方法である。

これにより、位置推定の安定性を向上させることができる。

なお、切替手段９は、データが異常時に推定位置６を制御用位置データ７とし、それ以外の場合は、通常用位置データ５を制御用位置データ７としているが、データ異常は、単発で発生することが多く、一旦推定位置６を使用しても、次の位置データ取得の通信が正常であれば、通常用位置データ５を制御用位置データ７として使用することにより正常な位置データに復帰する。

また、本発明は、単発のエンコーダ通信異常が発生した時に有効であり、通常用位置データ５と推定用位置データ８の両方が連続でデータ異常となった場合には、異常としてモータ制御を中止しモータを停止するなどの対策が必要となる。ただし、実際の使用上、ノイズにより連続して位置データ異常が発生する可能性は低いので本発明は有効に機能する。

本発明のエンコーダ通信異常検出装置は、ノイズ環境下でも高性能な制御が要求される用途などに有用である。

本発明の実施例１における位置推定ブロック図本発明の実施例２および実施例３における位置推定ブロック図

符号の説明

１通常位置データ取得手段
２推定用位置データ取得手段
３位置推定手段
４エンコーダ通信異常検出手段
５通常用位置データ
６推定位置
７制御用位置データ
８推定用位置データ
９切替手段
１０異常発生信号

Claims

所定の周期で通常用位置データを出力する通常位置データ取得手段と、前記通常位置データ取得手段と時間差を持ち、かつ同期したタイミングで推定用位置データを出力する推定用位置データ取得手段と、エンコーダ通信異常を検出し異常発生信号を出力するエンコーダ通信異常検出手段と、位置推定手段と、切替手段とよりなり、前記位置推定手段は前記推定用位置データを推定位置として出力し、前記切替手段は、前記異常発生信号が無い場合は通常用位置データを出力し、前記異常発生信号が有る場合には前記推定位置を出力するようにしたエンコーダ通信異常検出装置。
前記位置推定手段は、前記推定用位置データの前回と前々回値との差分を通常用位置データの前回値に加えた値を出力するようにした請求項１に記載のエンコーダ通信異常検出装置。
前記位置推定手段は、前記推定用位置データの前回と前々回値との差分と前記通常用位置データの前回と前々回値との差分との平均値を通常位置データの前回値に加えた値を出力するようにした請求項１に記載のエンコーダ通信異常検出装置。