JP2007017385A

JP2007017385A - Absolute encoder

Info

Publication number: JP2007017385A
Application number: JP2005201509A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Masuda; 隆宏増田; Taro Kishibe; 太郎岸部; Toru Tazawa; 徹田澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: JP4453618B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an absolute encoder having high reliability in positional data, by not only detecting abnormality at high precision but also correcting an abnormal value. <P>SOLUTION: The absolute encoder communicating with a servo amplifier 18 is provided with an abnormality detection part 30 determining the abnormality in the positional data 13a and a positional data correcting part 31 correcting the abnormal value of the positional data 13a. The abnormality detection part 30 compares acceleration data 22a calculated from the positional data 13a with maximum acceleration 23a calculated from maximum torque and rotor inertia 14b. When it is determined that the positional data 13a when the acceleration data 22a are larger than the maximum acceleration 23a are the abnormal value, the positional data correcting part 31 outputs estimated positional data 27a calculated on the basis of a torque instruction and inertia information 19a received from the servo amplifier 18 and the maximum torque and the rotor inertia 14b, as the corrected value. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータ制御に使用されるアブソリュートエンコーダに関する。 The present invention relates to an absolute encoder used for motor control.

一般にアブソリュートエンコーダ内部では、一定周期のサンプリングで位置データを演算・更新する方式が一般的である。このような方式のアブソリュートエンコーダでは、ノイズなどの影響によるモータの位置データの信頼性低下が、モータ制御系の制御精度に悪影響を出していた。 In general, in an absolute encoder, a method of calculating / updating position data by sampling at a constant cycle is generally used. In such an absolute encoder, the reduction in the reliability of the motor position data due to the influence of noise or the like has adversely affected the control accuracy of the motor control system.

従来、位置データの異常を検出するために、前回の位置データと今回のサンプリングデータとを常時比較し、その差分を絶対値として求め、この絶対値と予め設定された最大ビット数とを比較し、絶対値が最大ビット数より大である時に異常とする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１４８８４３号公報 Conventionally, in order to detect an abnormality in position data, the previous position data and the current sampling data are always compared, the difference is obtained as an absolute value, and this absolute value is compared with a preset maximum number of bits. A method of making an abnormality when the absolute value is larger than the maximum number of bits has been proposed (for example, see Patent Document 1).
JP-A-11-148843

上記従来の方法では、サンプリングの１周期間でデータが最大ビット数より大きな値に飛んだ場合は異常を検出することができるが、最大ビット数以下のデータ飛びが連続して発生した場合は異常を検出することができない。 In the above conventional method, an abnormality can be detected when data jumps to a value larger than the maximum number of bits during one sampling period, but an abnormality occurs when data skipping below the maximum number of bits occurs continuously. Cannot be detected.

通常、位置データを演算するために使用する信号には入力フィルタを挿入する。よって、入力フィルタにより信号に印加されたノイズ成分の振幅は小さくなり、ノイズ成分の影響で数周期に亘って位置データが異常値となる。つまり、印加されたノイズにより異常値となっている時に次のノイズが印加されると、サンプリング間でのデータ飛びは最大ビット数以下であっても、正常な位置データからは最大ビット数より大きなデータ飛びとなる場合があり、従来の方法では異常を検出できない課題があった。 Usually, an input filter is inserted into a signal used for calculating position data. Therefore, the amplitude of the noise component applied to the signal by the input filter becomes small, and the position data becomes an abnormal value over several cycles due to the influence of the noise component. In other words, if the next noise is applied when it is an abnormal value due to the applied noise, even if the data skip between samplings is less than the maximum number of bits, the normal position data is larger than the maximum number of bits. There is a case where data skips, and there is a problem that an abnormality cannot be detected by the conventional method.

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、より精度の高い異常検出をするだけでなく異常値の補正も行うことで、位置データの高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an absolute encoder having high reliability of position data by not only detecting an abnormality with higher accuracy but also correcting an abnormal value. And

上記の課題を解決するために本発明は、位置データの異常を判定する異常検出部と、前記位置データの異常値を補正する位置データ補正部とを備え、前記異常検出部が、前記位置データから演算される加速度データと、最大トルクとロータイナーシャから演算される最大加速度とを比較し、前記加速度データが前記最大加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定したとき、前記位置データ補正部は、前記サーボアンプから受信したトルク指令及びイナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算した推定位置データを補正値として出力することで、高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを得ることができる。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes an abnormality detection unit that determines abnormality of position data, and a position data correction unit that corrects an abnormal value of the position data, and the abnormality detection unit includes the position data. When comparing the acceleration data calculated from the maximum torque and the maximum acceleration calculated from the rotor inertia, and determining that the position data when the acceleration data is greater than the maximum acceleration is an abnormal value, the position data The correction unit outputs the estimated position data calculated based on the torque command and inertia information received from the servo amplifier and the maximum torque and the rotor inertia as a correction value, thereby obtaining an absolute encoder having high reliability. be able to.

また、異常検出部において、前記加速度データと、前記サーボアンプから受信した前記トルク指令及び前記イナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算される許容加速度を比較し、前記加速度データが前記許容加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定することで、より高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを得ることができる。 Further, the abnormality detection unit compares the acceleration data, the torque command and inertia information received from the servo amplifier, and the allowable acceleration calculated based on the maximum torque and the rotor inertia, and the acceleration data is By determining the position data when the acceleration is greater than the allowable acceleration as an abnormal value, an absolute encoder having higher reliability can be obtained.

本発明のアブソリュートエンコーダによれば、異常検出の判定値に最大トルクとロータイナーシャから演算するモータ制御で発生する最大の加速度を使用することで精度の高い異常検出を行い、異常発生時にはサーボアンプから受信した指令トルクとイナーシャ情報からモータ制御周期内で発生する加速度を推定演算し、推定速度及び推定位置を演算することで位置データの信頼性を向上させることができる。 According to the absolute encoder of the present invention, the maximum acceleration generated by the motor control calculated from the maximum torque and the rotor inertia is used as the determination value of the abnormality detection, and the abnormality is detected with high accuracy. The reliability of the position data can be improved by estimating the acceleration generated within the motor control period from the received command torque and inertia information, and calculating the estimated speed and estimated position.

また、異常検出の判定値に指令トルクとイナーシャ情報から演算するモータ制御周期内で発生する加速度を使用することで、異常判定の精度を向上させ、より高い信頼性の位置データを得ることができる。 Also, by using the acceleration generated within the motor control cycle calculated from the command torque and inertia information as the determination value for abnormality detection, the accuracy of abnormality determination can be improved and more reliable position data can be obtained. .

したがって、ノイズ等により位置データが異常値となった場合でも、信頼性の高い位置データを得ることができ、モータ制御系の制御精度に悪影響を及ぼすことなく制御を行えるアブソリュートエンコーダを提供することができる。 Therefore, it is possible to provide an absolute encoder capable of obtaining highly reliable position data even when the position data becomes an abnormal value due to noise or the like and performing control without adversely affecting the control accuracy of the motor control system. it can.

サーボアンプと通信するアブソリュートエンコーダにおいて、位置データの異常を判定する異常検出部と、前記位置データの異常値を補正する位置データ補正部とを備え、前記異常検出部が、前記位置データから演算される加速度データと、最大トルクとロータイナーシャから演算される最大加速度とを比較し、前記加速度データが前記最大加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定したとき、前記位置データ補正部は、前記サーボアンプから受信したトルク指令及びイナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算した推定位置データを補正値として出力する。 An absolute encoder that communicates with a servo amplifier includes an abnormality detection unit that determines an abnormality of position data, and a position data correction unit that corrects an abnormal value of the position data, and the abnormality detection unit is calculated from the position data. When the position data when the acceleration data is greater than the maximum acceleration is determined as an abnormal value, the position data correction unit The estimated position data calculated based on the torque command and inertia information received from the servo amplifier, the maximum torque and the rotor inertia are output as correction values.

本発明の実施例１におけるアブソリュートエンコーダについて説明する。 An absolute encoder according to the first embodiment of the present invention will be described.

図１において、アブソリュートエンコーダは原信号生成部１０、アナログ検出部１１、パルス検出部１２、位置データ生成部１３、メモリ制御部１４、不揮発性メモリ１５、パラレルシリアル変換部１６、通信手段１７、異常検出部３０と位置データ補正部３１により構成され、例えばＲＳ４８５などの通信手段１７によって、サーボアンプ１８と双方向のシリアル通信を行う。 In FIG. 1, the absolute encoder includes an original signal generation unit 10, an analog detection unit 11, a pulse detection unit 12, a position data generation unit 13, a memory control unit 14, a non-volatile memory 15, a parallel-serial conversion unit 16, a communication unit 17, and an abnormality. The detection unit 30 and the position data correction unit 31 are configured to perform bidirectional serial communication with the servo amplifier 18 by the communication means 17 such as RS485.

原信号生成部１０は、モータの回転位置に応じたアナログ信号１０ａとパルス信号１０ｂを出力する。アナログ検出部１１は、アナログ信号１０ａをサンプリング後、位置データ１３ａの下位を演算するための形式へ変換し、アナログデータ１１ａを出力する。 The original signal generator 10 outputs an analog signal 10a and a pulse signal 10b corresponding to the rotational position of the motor. The analog detector 11 samples the analog signal 10a, converts it to a format for calculating the lower order of the position data 13a, and outputs the analog data 11a.

パルス検出部１２は、パルス信号１０ｂをサンプリング後、位置データ１３ａの上位を演算するための形式へ変換し、パルスデータ１２ａを出力する。位置データ生成部１３は、アナログデータ１１ａとパルスデータ１２ａをもとに、演算パラメータ１４ａに従って合成演算することで、可動子の絶対位置を示す位置データ１３ａをサンプリング周期ごとに出力する。 The pulse detection unit 12 samples the pulse signal 10b, converts it to a format for calculating the higher order of the position data 13a, and outputs the pulse data 12a. The position data generation unit 13 outputs position data 13a indicating the absolute position of the mover for each sampling period by performing a composition operation according to the operation parameter 14a based on the analog data 11a and the pulse data 12a.

メモリ制御部１４は、ロータイナーシャと最大トルク１４ｂ含むモータパラメータや演算パラメータ１４ａなどのメモリデータ１９ｂを、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリ１５へ書き込み、また、データの読み出しも行う。一般にメモリデータ１９ｂは、予め不揮発性メモリ１５内に書き込み、位置データ演算中に必要に応じて読み出される。 The memory control unit 14 writes memory data 19b such as a motor parameter including the rotor inertia and the maximum torque 14b and a calculation parameter 14a to the nonvolatile memory 15 such as an EEPROM, and also reads out the data. In general, the memory data 19b is written in the nonvolatile memory 15 in advance and is read out as needed during the position data calculation.

パラレルシリアル変換部１６は、サーボアンプ１８から通信手段１７を介して受信され
るシリアル受信データ１７ａをパラレルデータに変換して、指令トルクと負荷イナーシャ情報１９ａとメモリデータ１９ｂを出力し、また位置データ補正部３１の出力データ２８ａをシリアル送信データ１６ａに変換して出力する。 The parallel-serial conversion unit 16 converts serial reception data 17a received from the servo amplifier 18 via the communication means 17 into parallel data, and outputs a command torque, load inertia information 19a, and memory data 19b, and position data. The output data 28a of the correction unit 31 is converted into serial transmission data 16a and output.

異常検出部３０は、速度演算部２１、加速度演算部２２、最大加速度演算部２３と比較手段２４から構成される。速度演算部２１は、サンプリング周期ごとに得られる位置データ１３ａと前回位置データから速度２１ａを演算する。 The abnormality detection unit 30 includes a speed calculation unit 21, an acceleration calculation unit 22, a maximum acceleration calculation unit 23, and a comparison unit 24. The speed calculation unit 21 calculates the speed 21a from the position data 13a obtained every sampling period and the previous position data.

ここで、前回位置データが異常値であった場合は、推定位置２７ａを前回位置データとして使用する。サンプリング周期をＴ_S［ｓ］、位置データをθ_n［ｒａｄ］、前回位置データをθ_n-1［ｒａｄ］、速度２１ａをω_n［ｒａｄ／ｓ］とすると、ω_n［ｒａｄ／ｓ］は、式１で求められる。 If the previous position data is an abnormal value, the estimated position 27a is used as the previous position data. If the sampling period is T _S [s], the position data is θ _n [rad], the previous position data is θ _n-1 [rad], and the speed 21a is ω _n [rad / s], then ω _n [rad / s]. Is obtained by Equation 1.

加速度演算部２２は、速度２１ａと前回速度から加速度２２ａを演算する。ここで、前回位置データが異常値であった場合は、推定速度２６ａを前回速度として使用する。前回速度をω_n-1［ｒａｄ／ｓ］とすると、加速度ａ_n［ｒａｄ／ｓ²］は、式２で求められる。 The acceleration calculation unit 22 calculates the acceleration 22a from the speed 21a and the previous speed. Here, if the previous position data is an abnormal value, the estimated speed 26a is used as the previous speed. If the previous speed and _{ω n-1 [rad / s} ], an acceleration a _n [rad / s ^2] is obtained by Equation 2.

最大加速度演算部２３は、ロータイナーシャと最大トルク１４ｂから最大加速度２３ａを演算する。最大トルクをτ_max［Ｎ・ｍ］、ロータイナーシャをＪ_m［ｋｇ・ｍ²］とすると、最大加速度ａ_max［ｒａｄ／ｓ²］は、式３で求められる。 The maximum acceleration calculator 23 calculates the maximum acceleration 23a from the rotor inertia and the maximum torque 14b. Assuming that the maximum torque is τ _max [N · m] and the rotor inertia is J _m [kg · m ² ], the maximum acceleration a _max [rad / s ² ] is obtained by Equation 3.

比較手段２４は、加速度２２ａの絶対値と最大加速度２３ａを比較し、加速度２２ａの絶対値が最大加速度２３ａより大きい場合に異常信号２４ａを出力する。 The comparing means 24 compares the absolute value of the acceleration 22a with the maximum acceleration 23a, and outputs an abnormal signal 24a when the absolute value of the acceleration 22a is larger than the maximum acceleration 23a.

位置データ補正部３１は、推定加速度演算部２５、推定速度演算部２６、推定位置演算部２７と出力選択手段２８から構成される。推定加速度演算部２５は、ロータイナーシャ、指令トルクと負荷イナーシャ情報から推定加速度２５ａを演算する。 The position data correction unit 31 includes an estimated acceleration calculation unit 25, an estimated speed calculation unit 26, an estimated position calculation unit 27, and an output selection unit 28. The estimated acceleration calculation unit 25 calculates an estimated acceleration 25a from the rotor inertia, the command torque, and the load inertia information.

指令トルクをτ_c［Ｎ・ｍ］、負荷イナーシャをＪ_L［ｋｇ・ｍ²］とすると、推定加速度［ｒａｄ／ｓ²］は、式４で求められる。 Assuming that the command torque is τ _c [N · m] and the load inertia is J _L [kg · m ² ], the estimated acceleration [rad / s ² ] is obtained by Equation 4.

推定速度演算部２６は、速度２１ａと推定加速度２５ａから推定速度２６ａを演算する。推定速度［ｒａｄ／ｓ］は、式５で求められる。 The estimated speed calculator 26 calculates an estimated speed 26a from the speed 21a and the estimated acceleration 25a. The estimated speed [rad / s] is obtained by Equation 5.

推定位置演算部２７は、位置データ１３ａと推定速度２６ａから推定位置２７ａを演算する。ここで、前回位置データが異常値であった場合は、前回の推定位置を位置データとして使用する。推定位置［ｒａｄ］は、式６で求められる。 The estimated position calculation unit 27 calculates the estimated position 27a from the position data 13a and the estimated speed 26a. If the previous position data is an abnormal value, the previous estimated position is used as position data. The estimated position [rad] is obtained by Expression 6.

出力選択手段２８は、異常信号２４ａにより、異常時には推定位置２７ａを選択し、正常時には位置データ１３ａを選択して、パラレルシリアル変換部１６に出力データ２８ａとして出力する。 Based on the abnormality signal 24a, the output selection means 28 selects the estimated position 27a at the time of abnormality, selects the position data 13a at the time of normality, and outputs the position data 13a to the parallel / serial conversion unit 16 as output data 28a.

これにより、ノイズによりデータ飛びが発生しても信頼性の高い位置データを得ることができる。 Thereby, even if data skip occurs due to noise, highly reliable position data can be obtained.

本発明の実施例２におけるアブソリュートエンコーダについて説明する。実施例１とは、異常検出部３０の比較手段２４における比較対象が異なる点であり、その点について説明する。 An absolute encoder according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The first embodiment is different from the first embodiment in the comparison unit 24 of the abnormality detection unit 30, and this point will be described.

図２において、実施例１と同様に加速度演算部２２は、速度２１ａと前回速度から加速度２２ａを演算し、比較手段２４に入力する。一方の比較対象には、実施例１における式４から導出される推定加速度２５ａを許容加速度として用い、比較手段２４に入力する。 In FIG. 2, the acceleration calculation unit 22 calculates the acceleration 22 a from the speed 21 a and the previous speed and inputs it to the comparison unit 24 as in the first embodiment. As one comparison object, the estimated acceleration 25a derived from the expression 4 in the first embodiment is used as an allowable acceleration and is input to the comparison unit 24.

比較手段２４では、加速度２２ａと許容加速度としての推定加速度２５ａとを比較して、加速度の絶対値が許容加速度より大きい場合に異常信号２４ａを出力選択手段２８に出力する。以降の処理は、実施例１と同じであり、説明を省略する。 The comparison unit 24 compares the acceleration 22a with the estimated acceleration 25a as the allowable acceleration, and outputs an abnormal signal 24a to the output selection unit 28 when the absolute value of the acceleration is larger than the allowable acceleration. Subsequent processing is the same as that of the first embodiment, and a description thereof is omitted.

これにより、異常検出の判定精度を向上させることができ、より信頼性の高い位置データを得ることができる。 Thereby, the determination accuracy of abnormality detection can be improved, and position data with higher reliability can be obtained.

なお、本発明はイナーシャを質量、トルクを推力とすることでリニアモータに対しても適用できる。 The present invention can also be applied to a linear motor by using inertia as mass and torque as thrust.

本発明のアブソリュートエンコーダは、ノイズの多い環境下でも高性能な制御が要求される産業用途などに有用である。 The absolute encoder of the present invention is useful for industrial applications that require high-performance control even in noisy environments.

本発明の実施例１におけるアブソリュートエンコーダの構成図Configuration diagram of an absolute encoder in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施例２におけるアブソリュートエンコーダの構成図Configuration diagram of an absolute encoder in Embodiment 2 of the present invention

Explanation of symbols

１０原信号生成部
１０ａアナログ信号
１０ｂパルス信号
１１アナログ検出部
１１ａアナログデータ
１２パルス検出部
１２ａパルスデータ
１３位置データ生成部
１３ａ位置データ
１４メモリ制御部
１４ａ演算パラメータ
１４ｂロータイナーシャと最大トルク
１５不揮発性メモリ
１６パラレルシリアル変換部
１６ａシリアル送信データ
１７通信手段
１７ａシリアル受信データ
１８サーボアンプ
２１速度演算部
２１ａ速度
２２加速度演算部
２２ａ加速度
２３最大化速度演算部
２３ａ最大化速度
２４比較手段
２４ａ異常信号
２５推定加速度演算部
２５ａ推定加速度
２６推定速度演算部
２６ａ推定速度
２７推定位置演算部
２７ａ推定位置
２８出力選択手段
２８ａ出力データ
３０異常検出部
３１位置データ補正部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Original signal generation part 10a Analog signal 10b Pulse signal 11 Analog detection part 11a Analog data 12 Pulse detection part 12a Pulse data 13 Position data generation part 13a Position data 14 Memory control part 14a Operation parameter 14b Rotor inertia and maximum torque 15 Nonvolatile memory 16 Parallel-serial converter 16a Serial transmission data 17 Communication means 17a Serial reception data 18 Servo amplifier 21 Speed calculation section 21a Speed 22 Acceleration calculation section 22a Acceleration 23 Maximized speed calculation section 23a Maximized speed 24 Comparison means 24a Abnormal signal 25 Estimated acceleration Calculation section 25a Estimated acceleration 26 Estimated speed calculation section 26a Estimated speed 27 Estimated position calculation section 27a Estimated position 28 Output selection means 28a Output data 30 Abnormality detection section 31 Position data Data correction unit

Claims

An absolute encoder that communicates with a servo amplifier includes an abnormality detection unit that determines an abnormality of position data, and a position data correction unit that corrects an abnormal value of the position data, and the abnormality detection unit is calculated from the position data. When the position data when the acceleration data is greater than the maximum acceleration is determined as an abnormal value, the position data correction unit An absolute encoder that outputs torque command and inertia information received from the servo amplifier, estimated position data calculated based on the maximum torque and the rotor inertia as a correction value.

In the abnormality detection unit, the acceleration data is compared with the torque command and inertia information received from the servo amplifier and the allowable acceleration calculated based on the maximum torque and the rotor inertia, and the acceleration data is 2. The absolute encoder according to claim 1, wherein the position data when the acceleration is greater than the acceleration is determined as an abnormal value.