JP2006300699A - Speed detector, and abnormal speed detecting method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータと同軸的に配設されたロータリーエンコーダの出力より回転体の速度を検出する速度検出装置とその異常速度検出方法に関する。 The present invention relates to a speed detection device for detecting the speed of a rotating body from the output of a rotary encoder arranged coaxially with a motor, and an abnormal speed detection method thereof.
図4は、この種の速度検出方法により速度検出を行う従来装置のブロック図である。図において、1は回転体、2はロータリーエンコーダ、3はパルス発生器、4は正側カウンタ、5は負側カウンタ(逆側カウンタ)、6はTタイマ、7は論理和回路、8はCPUである。
図5(a),(b) はそれぞれ正転時と逆転時における図4のタイムチャート、図6は速度検出方法を説明するためのタイムチャートである。全ての図面において、同一符号は同一若しくは相当部材を示す。回転体1の回転により位相差を持つA相信号SAとB相信号SBがロータリーエンコーダ2より出力される。A相信号SAとB相信号SBとは互いに90度位相がずれている。パルス発生器3は、A相信号SA,B相信号SBの位相関係により図5(a) のように正転時はA相信号SAの立ち上がりで正パルスAPを出力し、逆転時には図5(b) のようにA相信号SAの立下がりで逆パルスを出力する。
FIG. 4 is a block diagram of a conventional apparatus that performs speed detection by this type of speed detection method. In the figure, 1 is a rotating body, 2 is a rotary encoder, 3 is a pulse generator, 4 is a positive counter, 5 is a negative counter (reverse counter), 6 is a T timer, 7 is an OR circuit, and 8 is a CPU. It is.
5 (a) and 5 (b) are time charts of FIG. 4 at the time of forward rotation and reverse rotation, respectively, and FIG. 6 is a time chart for explaining a speed detection method. In all the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding members. An A-phase signal SA and a B-phase signal SB having a phase difference are output from the rotary encoder 2 due to the rotation of the rotating
この正パルスAPと逆パルスBPは次段の正側カウンタ4と逆側カウンタ5でそれぞれアップカウントされる。同時に論理和回路7による正パルスPAと逆パルスPBの論理和でTタイマ6はリセットされる。Tタイマ6はリセットされることでカウント値が零となり、リセット解除後に再び時間を計数し、次のリセットまでアップカウント動作を行う。CPU8は、予め定められた演算時間毎に正側カウンタ4と逆側カウンタ5とTタイマ6の値を読込み、速度f(Hz)を次の(1)式で算出する。
The forward pulse AP and the reverse pulse BP are up-counted by the next-stage positive counter 4 and reverse counter 5 respectively. At the same time, the T timer 6 is reset by the logical sum of the positive pulse PA and the reverse pulse PB by the logical sum circuit 7. When the T-timer 6 is reset, the count value becomes zero, the time is counted again after the reset is released, and the up-counting operation is performed until the next reset. The
図6中の「Δ」は、CPU8の正側カウンタ4と逆側カウンタ5とTタイマ6の読込み時点である。
“Δ” in FIG. 6 is the reading time of the forward counter 4, the reverse counter 5, and the T timer 6 of the
f={(NF,n−NF,n-1)−(NR,n−NR,n-1)}/(T+Tn-1−Tn)=ΔN/T1 ・・・(1)
ここで、fは速度(Hz)、NF,n は今回の正側カウンタ4のカウント値、NF,n-1 は前回の正側カウンタ4のカウント値、NR,nは今回の逆側カウンタ5のカウント値、NR,n-1 は前回の逆側カウンタ5のカウント値、Tn はパルスの発生からCPU8の読込時間(今回値)、Tn-1はパルスの発生からCPU8の読込時間(前回値)、ΔNは前回読込から今回読込までにカウントされた増分パルス数(正パルスを+とする。)、T1はTn-1 時点に出力されたパルスAP1 からTn 時点に出力されたパルスAPn+1 までのパルス間の時間、TはCPU8の前回のTタイマ6、カウンタ4、5の読込み点から今回のTタイマ6、カウンタ4、5の読込み点までの演算時間である。
また、特許文献1にはノイズ信号の重畳等による異常を判別して誤検出を防止可能にした速度検出装置を得るために、運動物体の速度に比例した周波数のパルスを検出するパルス検出回路と、パルスの計数値および計測基準時間を算出する計数値算出回路と、パルスの数が計数値に達する毎に時間計測指令を出力するパルス計数回路と、計測基準時間に関連してパルスの波数を計測するとともに、一定周波数のクロックを用いて時間計測指令の周期時間を計測する時間計測回路と、計数値および計測基準時間ならびに計測された波数および周期時間に基づいて運動物体の速度を検出する速度検出回路と、計測値および計測基準時間に対応して計測された波数および周期時間の組み合わせに基づいて異常の有無を判別する異常検出手段とを備えたものが開示されている。
Here, f is the speed (Hz), N F, n is the current count value of the positive counter 4, N F, n-1 is the previous count value of the positive counter 4, and N R, n is the current reverse value. Count value of the side counter 5, N R, n-1 is the count value of the reverse counter 5 of the previous time, T n is the reading time (current value) of the
Further,
従来の速度検出方法では、ロータリーエンコーダのパルスエッジのタイミングからパルス間の時間を求め速度を演算するという手順をとっているので、ロータリーエンコーダ不良によるパルスエッジのバラツキやノイズによる誤パルスの影響でパルス間の時間がずれても、演算速度が異常であることを検出できないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ロータリーエンコーダのパルスエッジのばらつきやノイズの影響による速度の異常を判定し、検出することができる速度検出装置とその異常速度検出方法を提供することを目的とする。
The conventional speed detection method uses the procedure of calculating the speed by obtaining the time between pulses from the pulse edge timing of the rotary encoder. Therefore, the pulse speed is affected by pulse edge variations due to defective rotary encoders and erroneous pulses due to noise. There is a problem in that it is not possible to detect that the calculation speed is abnormal even if the time is shifted.
The present invention has been made in view of such problems, and a speed detection apparatus and an abnormal speed detection method capable of determining and detecting speed abnormalities due to variations in pulse edges and noise of rotary encoders. The purpose is to provide.
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項1に記載の発明は、回転体の回転に伴って互いに90度の位相差を有する2相信号を出力するロータリーエンコーダと、前記2相信号から前記回転体の正転中には正転パルスを、逆転中には逆転パルスを発生するパルス発生回路と、前記正転パルス、前記逆転パルスをそれぞれカウントする正側カウンタ及び逆側カウンタと、前記正転パルスと前記逆転パルスの論理和でリセットされ次にリセットされるまでアップカウウント動作を行うタイマと、前記正側カウンタ及び前記逆側カウンタ並びに前記タイマの値を読込み、前回の読込みから今回の読込みまでの増分パルス数と、前回の読込時の直前に出力された正転パルスまたは逆転パルスから今回読込時の直前に出力された正転パルスまたは逆転パルスまでのパルス間の時間を求めて前記回転体の速度演算を一定の演算周期毎に行う演算回路とを有する速度検出装置の速度検出方法において、
一定指令速度で回転中に、速度検出値から速度指令値を差し引いた速度差分値を求め、前記差分値が正の時、正側速度差分平均値を求め、前記速度差分値が負の時、負側速度差分平均値を求め、前記正側速度差分平均値または前記負側速度差分平均値が、予め設定された平均速度差分許容値を超えた場合に異常と判定するという手順を備えたものである。
また、請求項2に記載の発明は、前記速度差分値の絶対値が、予め設定された速度差分許容値を超えた回数をカウントし、前記カウント値が一定回数を超えた場合に異常と判定するという手順を備えたものである。
また、請求項3に記載の発明は、回転体の回転に伴って互いに90度の位相差を有する2相信号を出力するロータリーエンコーダと、前記2相信号から前記回転体の正転中には正転パルスを、逆転中には逆転パルスを発生するパルス発生回路と、前記正転パルス、前記逆転パルスをそれぞれカウントする正側カウンタ及び逆側カウンタと、前記正転パルスと前記逆転パルスの論理和でリセットされ次にリセットされるまでアップカウウント動作を行うタイマと、前記正側カウンタ及び前記逆側カウンタ並びに前記タイマの値を読込み、前回の読込みから今回の読込みまでの増分パルス数と、前回の読込時の直前に出力された正転パルスまたは逆転パルスから今回読込時の直前に出力された正転パルスまたは逆転パルスまでのパルス間の時間を求めて前記回転体の速度演算を一定の演算周期毎に行う演算回路とを有する速度検出装置において、
一定指令速度で回転中に、速度検出値から速度指令値を差し引いた速度差分値を求め、前記差分値が正の時に正側速度差分平均値を求め、前記速度差分値が負の時に負側速度差分平均値を求め、前記正側速度差分平均値または前記負側速度差分平均値が、予め設定された平均速度差分許容値を超えた場合に異常と判定する速度異常判定部を備えたものである。
In order to solve the above problem, the present invention is as follows.
According to the first aspect of the present invention, there is provided a rotary encoder that outputs a two-phase signal having a phase difference of 90 degrees with the rotation of the rotating body, and a forward rotation from the two-phase signal during the normal rotation of the rotating body. A pulse generation circuit for generating a reverse pulse during reverse rotation, a forward counter and a reverse counter for counting the forward pulse and the reverse pulse, respectively, and a logical sum of the forward pulse and the reverse pulse. A timer that performs an up-counting operation until it is reset and then reset, and the values of the positive counter, the reverse counter, and the timer are read, the number of incremental pulses from the previous reading to the current reading, Find the time between the forward or reverse pulse output immediately before reading and the forward or reverse pulse output immediately before reading this time. In the speed detecting method of the speed detection device including an arithmetic circuit for performing serial rotator speed operation of the constant operation per cycle,
While rotating at a constant command speed, a speed difference value obtained by subtracting the speed command value from the speed detection value is obtained, and when the difference value is positive, a positive speed difference average value is obtained, and when the speed difference value is negative, A procedure for obtaining a negative speed difference average value and determining that an abnormality occurs when the positive speed difference average value or the negative speed difference average value exceeds a preset average speed difference allowable value. It is.
The invention according to claim 2 counts the number of times that the absolute value of the speed difference value exceeds a preset allowable speed difference value, and determines that it is abnormal when the count value exceeds a certain number of times. It has a procedure to do.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a rotary encoder that outputs a two-phase signal having a phase difference of 90 degrees with the rotation of the rotating body, and during the normal rotation of the rotating body from the two-phase signal. A pulse generation circuit for generating a forward rotation pulse, a reverse rotation pulse during reverse rotation, a forward counter and a reverse counter for counting the forward rotation pulse and the reverse rotation pulse, respectively, and logic of the forward rotation pulse and the reverse rotation pulse A timer that performs an up-counting operation until it is reset by the sum and is reset next time, and reads the values of the positive counter and the reverse counter and the timer, the number of incremental pulses from the previous reading to the current reading, The time between pulses from the forward or reverse pulse output just before the previous reading to the forward or reverse pulse output immediately before the current reading In the speed detecting device and a computing circuit for performing speed calculation of Umate the rotating body to a constant calculation each cycle,
While rotating at a constant command speed, the speed difference value obtained by subtracting the speed command value from the speed detection value is obtained, the positive speed difference average value is obtained when the difference value is positive, and the negative side when the speed difference value is negative. A speed abnormality determining unit that obtains a speed difference average value and determines that an abnormality occurs when the positive speed difference average value or the negative speed difference average value exceeds a preset average speed difference allowable value. It is.
請求項1、3に記載の発明によると、ロータリーエンコーダ不良によるパルスエッジのバラツキによりパルス間の時間がずれた場合の検出速度の異常を判定することができる。また、請求項2に記載の発明によると、ノイズによる誤パルス等、ランダムな事象で発生した検出速度の異常を判定することができる。 According to the first and third aspects of the invention, it is possible to determine an abnormality in the detection speed when the time between pulses is shifted due to variations in pulse edges due to defective rotary encoders. In addition, according to the second aspect of the present invention, it is possible to determine an abnormality in the detection speed caused by a random event such as an erroneous pulse due to noise.
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の方法を実施する速度検出装置の構成を示すブロック図である。図1において図4中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付している。図1において、1は回転体、2はロータリーエンコーダ、3はパルス発生器、4は正側カウンタ、5は負側カウンタ(逆側カウンタ)、6はTタイマ、7は論理和回路、9は速度検出部、10は速度異常判定部である。図1において従来と異なる部分は、速度検出部9が出力した検出速度の異常判定を行う速度異常判定部10を備えた部分である。本発明は、CPU8を用いて予め定められた演算時間T毎に実行されるものとする。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a speed detection apparatus that implements the method of the present invention. 1, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 1, 1 is a rotating body, 2 is a rotary encoder, 3 is a pulse generator, 4 is a positive counter, 5 is a negative counter (reverse counter), 6 is a T timer, 7 is an OR circuit, A speed detection unit 10 is a speed abnormality determination unit. In FIG. 1, a portion different from the conventional one is a portion provided with a speed abnormality determination unit 10 that performs abnormality determination of the detection speed output by the speed detection unit 9. The present invention is executed every predetermined calculation time T using the
図2は速度検出装置において検出速度の異常を判定する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
はじめに一定指令速度で回転中であるかを判定する[ステップ11]。一定指令で回転中であれば、式(1)で求めた検出速度から指令速度を差し引いて速度差分を計算し[ステップ12]、速度差分の正負を判定する[ステップ13]。速度差分が正ならば正側の速度差分平均値を求め[ステップ14]、正側の速度差分平均値と予め設定された平均速度差分値を比較し[ステップ15]、正側速度差分平均値が平均速度差分値を超えていれば速度異常と判定する[ステップ18]。速度差分が負ならば負側の速度差分の平均値を求め[ステップ16]、負側の速度差分平均値の絶対値と予め設定された平均速度差分値を比較し[ステップ17]、負側速度差分平均値の絶対値が平均速度差分値を超えていれば速度異常と判定する[ステップ18]。
このように、一定指令速度で回転中に、速度検出値から速度指令値を差し引いた速度差分値を求め、その差分値が正負の場合でそれぞれ速度差分平均値を求めて、予め設定された平均速度差分許容値と比較するので、ロータリーエンコーダ不良等によるパルスエッジのバラツキによりパルス間の時間がずれた場合の検出速度の異常を判定することができるのである。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure for determining an abnormality in the detected speed in the speed detecting device. The method of the present invention will be described step by step with reference to this figure.
First, it is determined whether the motor is rotating at a constant command speed [step 11]. If the motor is rotating at a constant command, the command speed is subtracted from the detected speed obtained by the equation (1) to calculate a speed difference [Step 12], and whether the speed difference is positive or negative is determined [Step 13]. If the speed difference is positive, a positive speed difference average value is obtained [Step 14], the positive speed difference average value is compared with a preset average speed difference value [Step 15], and a positive speed difference average value is obtained. If it exceeds the average speed difference value, it is determined that the speed is abnormal [step 18]. If the speed difference is negative, an average value of the negative speed difference is obtained [step 16], and the absolute value of the negative speed difference average value is compared with a preset average speed difference value [step 17], and the negative side If the absolute value of the speed difference average value exceeds the average speed difference value, it is determined that the speed is abnormal [step 18].
Thus, during rotation at a constant command speed, a speed difference value obtained by subtracting the speed command value from the speed detection value is obtained, and when the difference value is positive and negative, a speed difference average value is obtained for each, and a preset average is obtained. Since it is compared with the speed difference allowable value, it is possible to determine an abnormality in the detected speed when the time between pulses is shifted due to variations in the pulse edge due to a defective rotary encoder or the like.
図3は第2の処理手順を示すフローチャートである。
はじめに一定指令速度で回転中であるかを判定する[ステップ21]。一定指令で回転中であれば、式1で求めた検出速度から指令速度を差し引き、その絶対値を求めて速度差分とする[ステップ22]。速度差分と予め設定した速度差分許容値を比較し[ステップ23]、速度差分が速度差分許容値を超えていれば速度差分カウンタをカウントアップする[ステップ24]。速度差分カウンタのカウント値と予め設定されているしきい値Aを比較し[ステップ25]、速度差分カウンタのカウント値がしきい値Aを超えていれば検出速度異常と判定する[ステップ26]。
FIG. 3 is a flowchart showing the second processing procedure.
First, it is determined whether or not the motor is rotating at a constant command speed [step 21]. If the motor is rotating at a constant command, the command speed is subtracted from the detected speed obtained by
このように、一定指令速度で回転中に、速度検出値から速度指令値を差し引き、その絶対値を速度差分値とし、その差分値が予め設定された速度差分許容値を超えている回数をカウントし、そのカウント値が予め設定されているしきい値と比較するので、ノイズによる誤パルス等、ランダムな事象で発生した検出速度の異常を判定することができる。
異常検出後、表示部(図示しない)へエンコーダ速度異常を表示したり、異常の程度が設定した許容値に対して甚だしく乖離した場合は異常表示アラームだけでなくインバータ主回路のパワートランジスタのベースをブロックして運転停止することもできる。
Thus, during rotation at a constant command speed, the speed command value is subtracted from the speed detection value, the absolute value is used as the speed difference value, and the number of times that the difference value exceeds the preset speed difference tolerance value is counted. Since the count value is compared with a preset threshold value, it is possible to determine an abnormality in the detection speed caused by a random event such as an erroneous pulse due to noise.
After detecting an error, if an encoder speed error is displayed on the display (not shown) or if the error level deviates significantly from the set tolerance, not only the error display alarm but also the base of the power transistor in the inverter main circuit You can also block and stop the operation.
一定指令速度で回転中に、速度検出値から速度指令値を差し引いた速度差分値を求め、その差分値が正負の場合でそれぞれ速度差分平均値を求めて、予め設定された平均速度差分許容値と比較するという手順をとるため、ロータリーエンコーダ不良等によるパルスエッジのバラツキによりパルス間の時間がずれた場合の検出速度の異常を判定することができて、回転体の回転に伴って位相差を有する2相信号を出力するロータリーエンコーダから速度を検出する回転機制御装置全般にも適用できる。 While rotating at a constant command speed, find the speed difference value obtained by subtracting the speed command value from the speed detection value, and if the difference value is positive or negative, find the speed difference average value, and set the preset average speed difference tolerance Therefore, it is possible to determine abnormalities in the detection speed when the time between pulses is shifted due to variations in pulse edges due to defective rotary encoders, etc. The present invention can also be applied to general rotating machine control devices that detect speed from a rotary encoder that outputs a two-phase signal.
1 回転体
2 ロータリーエンコーダ
3 パルス発生回路
4 正側カウンタ
5 逆側カウンタ
6 Tタイマ
7 論理和回路
8 CPU
9 速度検出部
10 速度異常判定部
11、18 ステップ
21、26 ステップ
f 速度
NF,n 今回の正側カウンタ4のカウント値
NF,n-1 前回の正側カウンタ4のカウント値
NR,n 今回の逆側カウンタ5のカウント値
NR,n-1 前回の逆側カウンタ5のカウント値
Tn パルスの発生からCPU8の読込時間(今回値)
Tn-1 パルスの発生からCPU8の読込時間(前回値)
ΔN 前回読込から今回読込までにカウントされた増分パルス数(正パルスを+とする)
T1 Tn-1 時点に出力されたパルスAP1 からTn 時点に出力されたパルスAPn+1までのパルス間の時間
T CPU8の前回のTタイマ6,カウンタ4,5の読込み点から今回のTタイマ6,カウンタ4,5の読込み点までの演算時間
DESCRIPTION OF
9 Speed detection unit 10 Speed abnormality determination unit 11, 18 Step 21, 26 Step f Speed N F, n Count value N F, n-1 of current positive counter 4 Count value N R, n of previous positive counter 4 n Count value N R, n-1 of the current reverse counter 5 Read time of the
ΔN Number of incremental pulses counted from the previous reading to the current reading (positive pulse is assumed to be +)
T1 T n-1 T timer 6 of the
Claims (3)
一定指令速度で回転中に、速度検出値から速度指令値を差し引いた速度差分値を求め、前記差分値が正の時、正側速度差分平均値を求め、前記速度差分値が負の時、負側速度差分平均値を求め、前記正側速度差分平均値または前記負側速度差分平均値が、予め設定された平均速度差分許容値を超えた場合に異常と判定することを特徴とする速度検出装置の異常速度検出方法。 A rotary encoder that outputs a two-phase signal having a phase difference of 90 degrees with the rotation of the rotating body, and a forward rotation pulse during the normal rotation of the rotating body from the two-phase signal, and a reverse rotation pulse during the reverse rotation. A pulse generation circuit for generating the forward rotation pulse, a forward counter and a reverse counter for counting the forward rotation pulse and the reverse rotation pulse, respectively, and a logical sum of the forward rotation pulse and the reverse rotation pulse, and up until the next reset. Reads the timer that performs the count operation, the positive counter, the reverse counter, and the timer, the number of incremental pulses from the previous reading to the current reading, and the positive pulse output immediately before the previous reading. The speed calculation of the rotating body is performed by calculating the time between pulses from the rotation pulse or reverse rotation pulse to the forward rotation pulse or reverse rotation pulse output immediately before the current reading. In the speed detecting method of the speed detection device including an arithmetic circuit for performing every calculation cycle,
While rotating at a constant command speed, a speed difference value obtained by subtracting the speed command value from the speed detection value is obtained, and when the difference value is positive, a positive speed difference average value is obtained, and when the speed difference value is negative, A negative speed difference average value is obtained, and when the positive speed difference average value or the negative speed difference average value exceeds a preset average speed difference allowable value, an abnormality is determined. An abnormal speed detection method for a detection device.
一定指令速度で回転中に、速度検出値から速度指令値を差し引いた速度差分値を求め、前記差分値が正の時に正側速度差分平均値を求め、前記速度差分値が負の時に負側速度差分平均値を求め、前記正側速度差分平均値または前記負側速度差分平均値が、予め設定された平均速度差分許容値を超えた場合に異常と判定する速度異常判定部を備えたことを特徴とする速度検出装置。 A rotary encoder that outputs a two-phase signal having a phase difference of 90 degrees with the rotation of the rotating body, and a forward rotation pulse during the normal rotation of the rotating body from the two-phase signal, and a reverse rotation pulse during the reverse rotation. A pulse generation circuit for generating the forward rotation pulse, a forward counter and a reverse counter for counting the forward rotation pulse and the reverse rotation pulse, respectively, and a logical sum of the forward rotation pulse and the reverse rotation pulse, and up until the next reset. The timer for performing the count operation, the positive counter, the reverse counter, and the timer value are read, the number of incremental pulses from the previous reading to the current reading, and the positive pulse output immediately before the previous reading. The speed calculation of the rotating body is performed by calculating the time between pulses from the rotation pulse or reverse rotation pulse to the forward rotation pulse or reverse rotation pulse output immediately before the current reading. In the speed detecting device and a computing circuit for performing the every calculation cycle,
While rotating at a constant command speed, the speed difference value obtained by subtracting the speed command value from the speed detection value is obtained, the positive speed difference average value is obtained when the difference value is positive, and the negative side when the speed difference value is negative A speed abnormality determination unit is provided that calculates a speed difference average value and determines that an abnormality occurs when the positive speed difference average value or the negative speed difference average value exceeds a preset average speed difference allowable value. A speed detection device characterized by the above.
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