JP2006234688A - Rotation angle detector and rotation angle controlling device for motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、監視用ドーム形状カメラなどに使用されるモータの回転角度制御装置並びに、その中で使用されるモータの回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle control device for a motor used in a dome-shaped camera for monitoring and the like, and a rotation angle detection device for a motor used therein.
街頭、遊技場、マンションなどにおいて、監視用途としてのカメラが一般的に普及している。また、治安への不安から一般住宅においても監視用途としてのカメラが設置されるようになってきた。監視用カメラの外観としては、箱型形状とドーム形状がある。ドーム形状は人が監視されているという印象を緩和し、かつ外観的に違和感のないよう形状的に配慮されたものである。 In streets, amusement halls, condominiums, etc., cameras for surveillance purposes are generally popular. In addition, cameras for surveillance purposes have been installed in ordinary houses because of concerns over security. As the appearance of the surveillance camera, there are a box shape and a dome shape. The dome shape relieves the impression that people are being monitored, and has been considered in terms of shape so that there is no sense of incongruity in appearance.
図2に監視用ドーム形状カメラの形状例を示す。なお、図2の構成は、従来の監視用ドーム形状カメラを示すものであるが、この形状自体は、後述するように本発明が適用され得る監視用ドーム形状カメラの構成例でもある。ベース部2は天井などに固定され、レンズ4を含めた撮像部がパン・チルト方向に移動して撮影する。レンズ4と撮像部はドームカバー3で覆われている。
FIG. 2 shows an example of the shape of the surveillance dome shape camera. The configuration shown in FIG. 2 shows a conventional surveillance dome-shaped camera, but this configuration itself is also a configuration example of a surveillance dome-shaped camera to which the present invention can be applied, as will be described later. The base unit 2 is fixed to the ceiling or the like, and the imaging unit including the
広い範囲を監視するときは複数のカメラを設置すればよいが、一台のカメラでより広範囲を監視できれば更によい。そこでパン方向は360度エンドレスが主流となり、チルト方向についても移動範囲が90度であったものが180度の範囲を要求されるようになった。このパン・チルト駆動を行う手段としてDDモータが使用されている。監視においては対象物に対して速やかに撮像部を向け、かつ撮像ポイントを精度良く確定することが求められる。 When monitoring a wide range, a plurality of cameras may be installed, but it is better if a single camera can monitor a wider range. Therefore, 360 degrees endless is the mainstream in the pan direction, and the tilt range is now required to have a range of 180 degrees when the movement range is 90 degrees. A DD motor is used as means for performing the pan / tilt drive. In monitoring, it is required to quickly point the imaging unit toward the object and to accurately determine the imaging point.
DDモータを使用した回転角度制御を行う場合、モータ外周に設けられた2相エンコーダーの電圧値を利用して回転角度検出を行う方法が知られている。2相エンコーダーの電圧値を計測し回転角度を算出するには、マイクロプロセッサなどを用いAD変換を行うのが一般的でコストがかからない方法である。また、下記の特許文献1には、上記方法により回転角度検出を行う技術が開示されている。
モータの回転角度(回転位置とも言う)を示す回転角度情報を得る手段として、図6に示すような正弦波信号(FGA)520と余弦波信号(FGB)521の2相エンコーダー信号電圧を用いる場合、図5のブロック図に示すように、正弦波信号(FGA)と余弦波信号(FGB)にそれぞれA/D変換201、 202を施し、得られたそれぞれの電圧データからアークタンジェント(Arctangent(図5中Arctanと記載))を計算(ブロック203)することにより1/2FG区間におけるモータの回転角度情報を得ることができる。さらに、Arctangentの値が断続的になる部分を検出し既定のデータを加算(ブロック204)することによって、モータ1回転以上の連続した回転角度情報又は回転角情報を得ることができる。
When using a two-phase encoder signal voltage of sine wave signal (FGA) 520 and cosine wave signal (FGB) 521 as shown in FIG. 6 as means for obtaining rotation angle information indicating the rotation angle (also referred to as rotation position) of the motor. As shown in the block diagram of FIG. 5, A /
図6は正弦波信号520と余弦波信号521から回転角度情報を得る方法を示す図である。図6に示すとおり、Arctangentの値は、1/2FG周期で繰り返す値となるが、断続点a、b、c、d、e、…で任意の原点Pに対して正回転方向では+πずつ、負回転方向では−πずつ加算することにより、モータの回転角度又は回転角度に比例した直線303が得られる。
FIG. 6 is a diagram showing a method of obtaining rotation angle information from the
しかしこの場合、AD変換処理及び計算処理に一定の時間を要するため、AD変換サンプリング及び計算処理間隔に制限を生ずる。このため2相エンコーダー信号の電圧値のみで回転角度検出を行うと、モータの回転速度が速いときには回転角度を誤検出してしまう。誤検出をしない速度に限定すると応答性を著しく悪化させてしまい、監視用ドーム形状カメラに適用した場合は、パン・チルトなどの回転動作を行うカメラの回転性能(応答性)を損なってしまうという問題があった。 In this case, however, AD conversion processing and calculation processing require a certain amount of time, which limits the AD conversion sampling and calculation processing intervals. For this reason, if the rotation angle is detected only with the voltage value of the two-phase encoder signal, the rotation angle is erroneously detected when the rotation speed of the motor is high. Limiting the speed to a speed that does not cause false detections significantly deteriorates the responsiveness. When applied to a surveillance dome-shaped camera, the rotational performance (responsiveness) of the camera that performs rotational operations such as panning and tilting is impaired. There was a problem.
また図7のように、エンコーダー信号520、521をそれぞれ矩形波522、523のように波形整形し、そのエッジを検出することによって位相検出することは可能だが、2相エンコーダーを使用した場合、最大で1/4FGの位相しか検出できず、正弦波信号と余弦波信号の2相エンコーダー信号電圧を用いて回転角度検出をする方法に比べ分解能が著しく悪化するため、高精度の回転角度制御は困難である。
As shown in FIG. 7, it is possible to detect the phase by shaping the waveform of the
本発明は、上述した課題を解決し、応答性に優れ、かつ高精度の回転角度を検出して制御することのできるモータの回転角度制御装置並びに、それに用いるモータの回転角度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a motor rotation angle control device that solves the above-described problems, has excellent responsiveness, and can detect and control a rotation angle with high accuracy, and a motor rotation angle detection device used therefor. For the purpose.
上記目的を達成するために、本発明では、モータの回転速度が所定速度より速いときは、正弦波信号若しくは余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出して、パルスの数をカウントすることでモータの回転角度を検出し、一方モータの回転速度が所定速度より遅いときは、正弦波信号及び余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する構成としている。 In order to achieve the above object, in the present invention, when the rotational speed of the motor is higher than a predetermined speed, the rising or falling edge or both of the edge part of the pulse obtained by waveform shaping the sine wave signal, the cosine wave signal, or both signals are used. By detecting the edge and counting the number of pulses, the rotation angle of the motor is detected. On the other hand, when the rotation speed of the motor is slower than a predetermined speed, the motor is based on the voltage values of the sine wave signal and the cosine wave signal. The rotation angle is detected.
すなわち本発明によれば、モータに設けられたエンコーダーから出力される正弦波信号及び余弦波信号を検出して、回転角度情報を得るモータの回転角度検出装置において、
前記モータの回転速度が所定速度より速いときは、前記正弦波信号若しくは前記余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることで前記モータの回転角度を検出する手段と、
前記モータの回転速度が前記所定速度より遅いときは、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する手段とを、
有することを特徴とするモータの回転角度検出装置が提供される。
That is, according to the present invention, in a rotation angle detection device for a motor that obtains rotation angle information by detecting a sine wave signal and a cosine wave signal output from an encoder provided in the motor,
When the rotational speed of the motor is higher than a predetermined speed, the number of pulses is determined by detecting rising or falling edges or both edges of a pulse shaped waveform of the sine wave signal or the cosine wave signal or both signals. Means for detecting the rotation angle of the motor by counting;
Means for detecting a rotation angle of the motor based on voltage values of the sine wave signal and the cosine wave signal when the rotation speed of the motor is slower than the predetermined speed;
An apparatus for detecting a rotation angle of a motor is provided.
また本発明によれば、モータに設けられたエンコーダーから出力される正弦波信号及び余弦波信号を検出して回転角度情報を得て、前記回転角度情報を用いて前記モータの回転角度を制御するモータの回転角度制御装置において、
前記モータの回転速度が所定速度より速いときは、前記正弦波信号若しくは前記余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることで前記モータの回転角度を検出する手段と、
前記モータの回転速度が前記所定速度より遅いときは、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する手段とを、
有することを特徴とするモータの回転角度制御装置が提供される。
According to the present invention, the rotation angle information is obtained by detecting the sine wave signal and the cosine wave signal output from the encoder provided in the motor, and the rotation angle of the motor is controlled using the rotation angle information. In the motor rotation angle control device,
When the rotational speed of the motor is higher than a predetermined speed, the number of pulses is determined by detecting rising or falling edges or both edges of a pulse shaped waveform of the sine wave signal or the cosine wave signal or both signals. Means for detecting the rotation angle of the motor by counting;
Means for detecting a rotation angle of the motor based on voltage values of the sine wave signal and the cosine wave signal when the rotation speed of the motor is slower than the predetermined speed;
A rotation angle control device for a motor is provided.
本発明のモータの回転角度検出装置によれば、回転角度の検出を高速に、かつ精度高く行うことができる。また、本発明のモータの回転角度制御装置によれば、応答性と回転角度検出精度との両方に優れた回転角度制御が可能となる。結果として監視用ドーム形状カメラに適用した場合は、パン・チルト動作の速度を高速にできるとともに、回転角度の検出の精度の向上を図ることができる。 According to the motor rotation angle detection device of the present invention, the rotation angle can be detected at high speed and with high accuracy. Further, according to the rotation angle control device for a motor of the present invention, it is possible to perform rotation angle control excellent in both responsiveness and rotation angle detection accuracy. As a result, when applied to a surveillance dome-shaped camera, the speed of pan / tilt operation can be increased, and the detection accuracy of the rotation angle can be improved.
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明のモータの回転角度制御装置の好ましい実施の形態のブロック図である。なお、本発明のモータの回転角度検出装置は、以下に説明する本発明のモータの回転角度制御装置に含まれているので、後者の実施の形態の説明は、前者の実施の形態の説明をも含むものである。本発明のモータの回転角度制御装置の好ましい実施の形態は、図2に示すような監視用ドーム形状カメラをモータによりパン・チルト制御する場合を例にとり説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of a preferred embodiment of a motor rotation angle control device of the present invention. Since the motor rotation angle detection device of the present invention is included in the motor rotation angle control device of the present invention described below, the description of the latter embodiment is the same as the description of the former embodiment. Is also included. A preferred embodiment of the motor rotation angle control apparatus according to the present invention will be described by taking as an example a pan / tilt control of a monitoring dome-shaped camera as shown in FIG.
図1において、マイクロプロッセッサ515内部のDA変換器514の出カ516がドライバ506によって電力増幅され、モータ501の回転トルクを制御する。またモータ501のトルクの方向は回転方向制御信号517により制御される。
In FIG. 1, the
このモータ501の回転角度情報としては磁気抵抗の変化を利用したMRセンサ(磁気抵抗素子)が使用され、FGA(518)、FGB(519)として出力される。FGA、 FGBは増幅部502、 503でそれぞれ増幅され、図6に示す信号520、 521となり、マイクロプロセッサ515内部のAD変換器507、 508へ入力されAD変換されてデジタルデータ524、525となる。
As the rotation angle information of the
デジタルデータ524、525は回転角度計算部510で、図6の方法によって現在の回転角度情報に変換され、スイッチ512へ送られる。一方波形整形部504、505へそれぞれ供給されたFGA(520)、FGB(521)は波形整形され、図7に示す矩形波522、523となり、マイクロプロセッサ515内部の外部割り込み入力に入力される。
The
外部割り込み入力に入力された矩形波522、 523は、エッジ検出割り込み処理によってF/R ( Forward / Reverse :正逆回転)検出、パルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両方を検出して計数を行い、計数データ527は回転角度計算部511に送られる。回転角度計算部511は、パルスごとに既定の値(2相両エッジ検出の場合1/2π)を計数データに加算し回転角度情報に変換し、スイッチ512へ送る。
The
スイッチ512の制御信号を出力するスイッチ制御部530は、前回のエラー値が所定値以上(本実施の形態では2.5FGに相当するエラー量=2.5π以上)の場合又はFG周期が所定値より短い場合(回転速度が所定回転速度より大きい場合: 本実施の形態では1/2FG周期が6ms未満)は信号528を選択し、前回のエラー値が所定値未満(本実施の形態では2.5FGに相当するエラー量=2.5π未満)でかつFG周期が所定値より長い場合(回転速度が所定回転速度より少ない場合: 本実施の形態では1/2FG周期が6ms以上)は、信号526を選択するようにスイッチ制御信号を出力する。
The
スイッチ512によって切り替えられた回転角度情報529はエラー計算部513によって、回転角度目標値との差分を計算するために用いられる。エラー計算部513は、こうして得られた差分信号にゲイン、フィルターを施し、フィードバックデータ531をDA変換器514に送ると同時に、フィードバックデータ531が負の場合はハイ(High)レベル、正の場合はロー(Low)レベルの回転方向制御信号517を出力し、ドライバ506に供給する。ここまでが、本発明のモータの回転角度制御装置のブロック図(図1)を基にした説明であるが、実際にはマイクロプロセッサ515内部では、ソフトウエアによって処理を行っている。
The
図3はA/D変換終了割り込み処理のフローチャートで、この割り込み処理では図1のブロック図の計数&F/R検出部509以外の部分の処理を行う。A/D変換は一定間隔で自動的に行われるようにあらかじめ設定されており、A/D変換終了後この割り込み処理を行う。
FIG. 3 is a flowchart of A / D conversion end interrupt processing. In this interrupt processing, processing other than the counting & F /
A/D変換(図3では単にA/Dと表記)終了割り込み(ステップS600)に入ると、ステップS601でFGA、FGBのA/D変換データを取得し、その後、ステップS602でArctangentを算出する。次に、ステップS603により、前回のエラー量が既定値より小さくかつFG周期が所定値より長い場合は、ステップS604によりArctangentからエラーを算出する。一方、前回のエラー量が所定値より大きいかFG周期が他の所定値より短い場合には、ステップS605によりFGの計数値(カウント)によりエラーを算出する。なおFGの計数は、図4に示すフローチャートにより計数される。 When an A / D conversion (simply represented as A / D in FIG. 3) end interrupt (step S600) is entered, FGA and FGB A / D conversion data are acquired in step S601, and then Arctangent is calculated in step S602. . Next, if the previous error amount is smaller than the predetermined value and the FG cycle is longer than the predetermined value in step S603, an error is calculated from Arctangent in step S604. On the other hand, if the previous error amount is larger than the predetermined value or the FG cycle is shorter than the other predetermined value, an error is calculated from the count value (count) of FG in step S605. Note that FG is counted according to the flowchart shown in FIG.
エラーが計算されたら、フィードバック制御の特性を安定させるためのゲイン、デジタルフィルタステップS606をかける。そして最後にデータをアナログ電圧に変換するためD/A変換ステップS607を施して変換後の信号を出力し、ステップS608でリターン(RETN)する。 When the error is calculated, a gain for stabilizing the feedback control characteristic and the digital filter step S606 are applied. Finally, in order to convert the data into an analog voltage, a D / A conversion step S607 is performed to output the converted signal, and the process returns (RETN) in step S608.
図4はFGAエッジ割り込み処理のフローチャートである。FGBのエッジも使用する場合はこのFGAエッジ割り込み処理と同等の処理が必要になるが、今回はFGAエッジ割り込み処理のみで計数する。 FIG. 4 is a flowchart of FGA edge interrupt processing. When the FGB edge is also used, processing equivalent to this FGA edge interrupt processing is required, but this time only FGA edge interrupt processing is counted.
FGAのエッジを検出すると、FGAエッジ割り込み処理(ステップS700)に入る。まずステップS701により、FG周期を算出する。次に、ステップS702により正方向(Fwd)に回転しているか、逆方向(Rev)に回転しているかを検出する。そしてステップS703によってFwdの場合は、FGカウンタをステップS704によってインクリメントし、Revの場合は、FGカウンタをステップS705によってデクリメントする。ステップS704又はステップS705の終了後はステップS706でリターン(RETN)する。 When an FGA edge is detected, FGA edge interrupt processing (step S700) is entered. First, in step S701, the FG cycle is calculated. Next, it is detected in step S702 whether the rotation is in the forward direction (Fwd) or the reverse direction (Rev). In the case of Fwd in step S703, the FG counter is incremented in step S704, and in the case of Rev, the FG counter is decremented in step S705. After step S704 or step S705 ends, the process returns (RETN) at step S706.
本構成により、モータの回転速度が速いときは、回転角度情報をMR信号のエッジを検出して高速に対応できる応答性を重視した方法を採用し、モータの回転速度が遅いときは、回転角度情報をMR信号の電圧値を利用して回転角度の精度を確保している。したがって、目標回転角度から遠いときは高速で目標回転角度へ近づき、目標回転角度に近づいたら細かい回転角度制御を行うことができる。 With this configuration, when the rotation speed of the motor is fast, a method that emphasizes responsiveness that can detect the rotation angle information by detecting the edge of the MR signal and responds at high speed is adopted, and when the rotation speed of the motor is slow, the rotation angle The information uses the voltage value of the MR signal to ensure the accuracy of the rotation angle. Therefore, when it is far from the target rotation angle, it can approach the target rotation angle at high speed, and fine rotation angle control can be performed when it approaches the target rotation angle.
以上説明したように、本発明のモータの回転角度検出装置によれば、回転角度の検出を高速に、かつ精度高く行うことができ、また本発明のモータの回転角度制御装置によれば、応答性と回転角度精度との両方に優れた回転角度制御が可能となる。本発明の装置は図2に示したような監視カメラを例として説明したが、他の機器に応用できるものである。すなわち、本発明はモータの回転角度を検出したり、検出した回転角度を用いてモータを制御する場合に有用である。 As described above, according to the rotation angle detection device of the motor of the present invention, the rotation angle can be detected at high speed and with high accuracy, and according to the rotation angle control device of the motor of the present invention, the response Rotation angle control excellent in both the performance and the rotation angle accuracy becomes possible. The apparatus of the present invention has been described by taking the surveillance camera as shown in FIG. 2 as an example, but can be applied to other devices. That is, the present invention is useful when detecting the rotation angle of the motor or controlling the motor using the detected rotation angle.
501 モータ
502、503 増幅部
504、505 波形整形部
506 ドライバ
507、508 AD変換器
509 計数&F/R検出部
510、511 回転角度計算部
512 スイッチ
513 エラー計算部
514 DA変換器
515 マイクロプロッセッサ
530 スイッチ制御部
501 motor
502, 503 Amplifier
504, 505 Waveform shaping part
506 driver
507, 508 AD converter
509 Counting & F / R detector
510, 511 rotation angle calculator
512 switches
513 Error calculator
514 DA converter
515 Microprocessor
530 Switch control unit
Claims (2)
前記モータの回転速度が所定速度より速いときは、前記正弦波信号若しくは前記余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることで前記モータの回転角度を検出する手段と、
前記モータの回転速度が前記所定速度より遅いときは、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する手段とを、
有することを特徴とするモータの回転角度検出装置。 In a rotation angle detection device for a motor for detecting rotation angle information by detecting a sine wave signal and a cosine wave signal output from an encoder provided in the motor,
When the rotational speed of the motor is higher than a predetermined speed, the number of pulses is determined by detecting the rising or falling edge of the pulse shaped waveform of the sine wave signal or the cosine wave signal or both signals, or both edges. Means for detecting the rotation angle of the motor by counting;
Means for detecting a rotation angle of the motor based on voltage values of the sine wave signal and the cosine wave signal when the rotation speed of the motor is slower than the predetermined speed;
An apparatus for detecting a rotation angle of a motor, comprising:
前記モータの回転速度が所定速度より速いときは、前記正弦波信号若しくは前記余弦波信号又は両方の信号を波形整形したパルスのエッジ部の立ち上がり若しくは立ち下がり又は両エッジを検出してパルスの数をカウントすることで前記モータの回転角度を検出する手段と、
前記モータの回転速度が前記所定速度より遅いときは、前記正弦波信号及び前記余弦波信号の電圧値を基に前記モータの回転角度を検出する手段とを、
有することを特徴とするモータの回転角度制御装置。
In a rotation angle control device for a motor that detects a sine wave signal and a cosine wave signal output from an encoder provided in a motor to obtain rotation angle information, and controls the rotation angle of the motor using the rotation angle information. ,
When the rotational speed of the motor is higher than a predetermined speed, the number of pulses is determined by detecting rising or falling edges or both edges of a pulse shaped waveform of the sine wave signal or the cosine wave signal or both signals. Means for detecting the rotation angle of the motor by counting;
Means for detecting a rotation angle of the motor based on voltage values of the sine wave signal and the cosine wave signal when the rotation speed of the motor is slower than the predetermined speed;
A rotation angle control device for a motor, comprising:
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