JP2011257167A - 回転体の位相・速度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の速度が、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値を切り替える速度区間にあっても高精度検出を確保できる。
【解決手段】正弦波エンコーダ１からのＡ，Ｂ相の正弦波信号から５Ａ、５Ｂでノイズ成分を除去し、これを６でＡ／Ｄ変換データに変換し、７、８で回転体の低速回転領域での位相・速度を求める。２Ａ，２Ｂでは正弦波信号を方形波パルスに変換し、３、４では方形波パルスの数とパルス位相から回転体の高速回転領域での位相・速度を求める。
１０は回転体の速度が低速と高速の切り替え速度区間にあるときは、８の位相・速度検出値と４の位相・速度検出値に相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータなどの回転体の回転位置（位相）・速度をエンコーダと位相・速度検出回路で検出する装置に係り、特に正弦波エンコーダが発生する位相差π／２のＡ，Ｂ相正弦波をＡ／Ｄ変換した正弦波パルス（正弦波信号のディジタルデータ）と、Ａ，Ｂ相正弦波を方形波に変換した方形波パルスに変換し、これらパルスを基に回転体の低速から高速までの広い速度範囲に亘って位相・速度を検出する装置に関する。

モータを速度制御するインバータなどにおいて、モータの回転数（速度）・位相をエンコーダと位相・速度検出回路で検出してその速度フィードバック制御や位置フィードバック制御等を可能にする位相・速度検出方式として、図１０にブロック構成図を示すように、正弦波エンコーダが発生する位相差π／２のＡ，Ｂ相正弦波を、正弦波パルス（正弦波信号のディジタルデータ）と方形波パルスに変換し、１パルス（回転体の１回転）以上の位置情報は方形波パルスによる検出を、１パルス未満の位置情報は正弦波パルスによる検出を行い、両者を合成して位置、回転数を検出する方式がある（例えば、特許文献１参照）。

ここで、エンコーダと検出回路を繋ぐ信号ケーブル等にノイズが誘導されて誤検出するのを回避するため、位相・速度検出回路にはフィルタを介挿し、信号ケーブル等に誘導されるノイズ等を除去する場合がある。

このフィルタを介挿する位置として、図１０のＦ１で示す検出回路入力端部分にフィルタを入れた場合、入力信号の全体にフィルタがかかるため、方形波パルスと正弦波パルスとの間には位相ずれが生じないが、高い回転数まで検出する場合にはパルスの周波数が数百ｋＨｚになるため、あまり大きな時定数のフィルタを入れることができない。よって、時定数の小さいフィルタを使うのでは正弦波パルスを検出するアナログ変換値にノイズが残ってしまい、検出誤差を生じてしまう。

また、図１０のＦ２で示すＡ／Ｄ変換器の入力端部分にフィルタを入れると、Ａ／Ｄ変換値にのみフィルタがかかるため、高精度な検出が可能となる。しかしながら、方形波パルスと正弦波パルスに位相差を生じるため両者の整合性がとれなくなる。この場合、１パルス単位での誤検出をする場合があり、位相飛びが発生する。この位相飛びは速度検出に大きな悪影響を及ぼす。

これら課題を解決するものとして、図１１にブロック構成図を示すように、回転体が高速回転領域では方形波パルスによる位相・速度検出を行い、低速回転領域では正弦波パルスによる位相・速度検出に切り替え、正弦波パルスによる位相検出には回転体の１回転以上の位相分を方形波パルスにより設定し、この方形波パルスと正弦波パルスとの間での位相進み／遅れに応じて正弦波パルスによる位相検出値を１パルス分だけ増減するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

図１１において、モータ等の回転体に結合される正弦波エンコーダ１は、回転体の回転速度と位置に応じた周波数と位相差π／２をもつ２つのＡ，Ｂ相正弦波を発生する。コンバレータ２Ａ、２Ｂは、ヒステリシス特性を有して、Ａ，Ｂ相正弦波のゼロクロス点をエッジとする方形波パルスに変換する。パルスカウンタ・時刻カウンタ３は、コンパレータ２Ａ、２Ｂから出力される方形波パルスのパルス数をパルスカウンタで計数したパルス数、およびパルスエッジを起点とする時刻カウンタの計数でパルス幅に対応する位相を求める。位相・速度検出器４は、パルスカウンタ・時刻カウンタ３で求めるパルス数から回転体の位相・速度を検出する。

ローパスフィルタ５Ａ、５Ｂは、エンコーダ１からのＡ，Ｂ相正弦波に対してノイズカットを行う。Ａ／Ｄ変換器６は、ローパスフィルタ５Ａ、５Ｂを介して入力したＡ，Ｂ相正弦波信号のサンプル値を交互に切り替えてデジタル信号に変換する。位相変換器７は、Ａ／Ｄ変換器６からの位相差π／２をもつ２つのＡ，Ｂ相正弦波データから、位相θ＝ｔａｎ−１（Ｂ／Ａ）を求める。

位相・速度検出器８は、位相変換器７からの位相θからアナログ値による位相および速度を検出する。このときの位相θは、回転体の１回転毎に０°にリセットされることから、パルスカウンタ・時刻カウンタ３で計数するパルス数により上位桁補正（３６０°単位の桁設定）を行うことで、回転数に合わせた回転位置を求める。

切替スイッチ９は、回転体が高速回転時にはパルスによる位相・速度検出器４からの検出値に切り替え、低速回転時にはアナログ値による位相・速度検出器８からの検出値に切り替える。この切り替えは、予め設定する速度を境にして制御される。
特開２００６−２３４６８８号公報 特開２００９−１９８２３１号公報

図１１に示す回転体の位相・速度検出装置は、方形波パルスによる速度検出と正弦波パルスによる速度検出を切替スイッチ９が所定の速度で切替えることで、低速領域でも高速領域でも精度のよい検出ができる。

しかし、速度検出を切替スイッチ９が所定の速度でＯＮ／ＯＦＦのように切り替えた場合、コンパレータが切り替えを判定する際の閾値に近い速度検出値になる場合には判定結果がチャタリングする可能性があり、このチャタリングで切り替えられる位相・速度検出信号が不連続になり、これを利用した回転体の電流制御、速度制御、位置制御での高応答化が困難になる。

なお、チャタリングを防止する手法として、速度検出値と閾値との大小比較に幅を大きくしたヒステリシス特性を持たせることが考えられるが、速度検出値がヒステリシス幅内にある状態では実速度と検出速度に誤差が含まれ、高精度検出ができなくなる。

本発明の目的は、回転体の速度が、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値を切り替える速度区間にあっても高精度検出を確保できる回転体の位相・速度検出装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、回転体の速度が低速と高速の切り替え速度区間にあるときは、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値に相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とする。さらに、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値を任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線または近似曲線を求め、この近似直線または近似曲線を用いて最新時間における位相・速度検出値を補正するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）回転体に結合されて位相差π／２のＡ，Ｂ相の正弦波信号を得る正弦波エンコーダと、
前記Ａ，Ｂ相の正弦波信号からノイズ成分を除去し、これら正弦波信号をＡ／Ｄ変換データに変換し、これらＡ／Ｄ変換データから回転体の位相を求め、この位相から回転体の回転体の低速回転領域での位相・速度を求める正弦波パルスによる位相・速度検出回路と、
前記Ａ，Ｂ相の正弦波信号のゼロクロス点をエッジとする方形波パルスに変換し、これら方形波パルスの数とパルス位相から回転体の高速回転領域での位相・速度を検出し、この方形波パルスの数により前記正弦波パルスによる位相・速度検出回路の上位桁を設定する方形波パルスによる位相・速度検出回路と、
回転体の速度がゼロ回転から上限設定回転数までの切り替え速度区間にあるときは、前記方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰと、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡに相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とする重み係数切り替え回路と、
を備えたことを特徴とする。

（２）前記重み係数は、回転体の速度が前記上限設定回転数に近い時は、前記方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰのウェイト（比率）を高くし、回転体の速度がゼロ回転に近い時は、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡのウェイト（比率）を高くした特性とすることを特徴とする。

（３）回転体に結合されて位相差π／２のＡ，Ｂ相の正弦波信号を得る正弦波エンコーダと、
前記Ａ，Ｂ相の正弦波信号からノイズ成分を除去し、これら正弦波信号をＡ／Ｄ変換データに変換し、これらＡ／Ｄ変換データから回転体の位相を求め、この位相から回転体の回転体の低速回転領域での位相・速度を求める正弦波パルスによる位相・速度検出回路と、
前記Ａ，Ｂ相の正弦波信号のゼロクロス点をエッジとする方形波パルスに変換し、これら方形波パルスの数とパルス位相から回転体の高速回転領域での位相・速度を検出し、この方形波パルスの数により前記正弦波パルスによる位相・速度検出回路の上位桁を設定する方形波パルスによる位相・速度検出回路と、
回転体の速度がゼロ回転とは異なる下限設定回転数から上限設定回転数までの切り替え速度区間にあるときは、前記方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰと、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡに相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とする重み係数切り替え回路と、
を備えたことを特徴とする。

（４）前記重み係数は、回転体の速度が前記上限設定回転数に近い時は、前記方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰのウェイト（比率）を高くし、回転体の速度が前記下限設定回転数に近い時は、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡのウェイト（比率）を高くした特性とすることを特徴とする。

（５）前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡを任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線または近似曲線を求め、この近似直線または近似曲線を用いて最新時間における位相・速度検出値を補正する最小二乗法による補正演算回路を備えたことを特徴とする。

（６）前記重み係数切り替え回路で切り替えた後の位相・速度検出値を任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線または近似曲線を求め、この近似直線または近似曲線を用いて最新時間における位相・速度検出値を補正する最小二乗法による補正演算回路を備えたことを特徴とする。

（７）前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡを前記パルスによる位相・速度検出値で上位補正した位相・速度検出値を任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線または近似曲線を求め、この近似直線または近似曲線を用いて最新時間における位相・速度検出値を補正する最小二乗法による補正演算回路を備えたことを特徴とする。

（８）前記近似直線または近似曲線から数サンプル先の位相・速度検出値を予測して位相・速度検出値とする予測回路を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、回転体の速度が低速と高速の切り替え速度区間にあるときは、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値に相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とするようにしたため、回転体の速度が、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値を切り替える速度区間にあっても高精度検出を確保できる。

さらに、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値を任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線または近似曲線を求め、この近似直線または近似曲線を用いて最新時間における位相・速度検出値を補正するようにしたため、正弦波エンコーダの構造による位相・速度検出値の脈動を減らすこと、および正弦波エンコーダの分解能に依存した定周期の位相・速度波形の脈動を減らした高精度検出を確保できる。

本発明の実施形態１を示すブロック構成図。 実施形態１における重み係数切り替え回路の演算回路図。 実施形態１における重み係数切り替え回路の演算処理態様図。 実施形態２における重み係数切り替え回路の演算回路図。 実施形態２における重み係数切り替え回路の演算処理態様図。 実施形態３の位相・速度検出装置のブロック構成図。 実施形態４の位相・速度検出装置のブロック構成図。 実施形態５の位相・速度検出装置のブロック構成図。 実施形態６の位相・速度検出装置のブロック構成図。 従来のブロック構成図。 従来の他のブロック構成図。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態を示すブロック構成図である。同図が図１１と異なる部分は、切替スイッチ９に代えて、重み係数切り替え回路１０を設けた点にある。

重み係数切り替え回路１０は、位相・速度検出器４の検出出力になる方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰと、位相・速度検出器８の検出出力になる正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡに、ゼロ回転から上限設定回転数までの切り替え速度区間では相補の重み係数をそれぞれ乗じて位相・速度検出値を求め、これら位相・速度検出値を合成（加算）して切り替え速度区間での位相・速度検出値として出力する。

図２は、重み係数切り替え回路１０の演算回路図を示す。同図において、絶対値回路１０Ａは方形波パルスの位相・速度検出値ωＰの絶対値（ＡＢＳ）を求め、絶対値回路１０Ｂは上限設定回転数ωｒｅｆの絶対値（ＡＢＳ）を求め、除算回路１０Ｃはこれら絶対値の除算で比率｜ωＰ｜／｜ωｒｅｆ｜を求める。リミッタ回路１０Ｄは比率｜ωＰ｜／｜ωｒｅｆ｜に上限１（｜ωＰ｜＝｜ωｒｅｆ｜）、下限０（｜ωＰ｜＝０）に制限して重み係数Ｋとする。乗算回路１０Ｅは、位相・速度検出値ωＰに重み係数Ｋを乗じ、ゼロ回転から切り替え上限設定回転数までの切り替え速度区間での位相・速度検出値ＫωＰを決定する。

減算回路１０Ｆは、重み係数１から重み係数Ｋを減じて重み係数Ｋとは相補の重み係数（１−Ｋ）を求める。乗算回路１０Ｇは、正弦波信号の位相・速度検出値ωＡに重み係数（１−Ｋ）を乗じ、ゼロ回転から切り替え上限設定回転数までの切り替え速度区間での位相・速度検出値（１−Ｋ）ωＡを求める。加算回路１０Ｈは、乗算回路１０Ｅの出力ＫωＰと１０Ｇの出力（１−Ｋ）ωＡを加算（合成）して切り替え速度区間での位相・速度検出値ωｄｅｔを求める。

以上の構成になる重み係数切り替え回路１０の演算処理は、図３に示す態様図となる。これら演算を数式で表現すれば、高速回転領域を検出できる方形波パルスの位相・速度検出値ωＰ、低速回転領域を検出できる正弦波信号の位相・速度検出値ωＡ、任意の切り替え上限設定回転数ωｒｅｆから、重み係数Ｋを乗じた位相・速度検出値ωＰ＿ｗおよび重み係数（１−Ｋ）を乗じた位相・速度検出値ωＡ＿ｗは、

とすることにより、ωＰ＿ｗとωＡ＿ｗの合成値ωｄｅｔは、

となる。ここで、Ｋを重み係数として、０≦Ｋ≦１とし、ωPとωｒｅｆを各々絶対値をとり、

とおけば、

となる。

したがって、本実施形態によれば、回転体の速度がゼロ回転から上限設定回転数までの切り替え速度区間にあるときは、方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰと、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡに相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とするため、回転体の速度が、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値を切り替える速度区間内での位相・速度検出値（合成値ωｄｅｔ）および上限設定回転数ωｒｅｆを跨いだ位相・速度検出値がチャタリングを伴うことなく連続的に変化し、高精度検出を確保できる。

特に、重み係数Ｋが１（上限設定回転数）に近い時は方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰのウェイト（比率）を高くした合成値ωｄｅｔを得、重み係数Ｋが０（ゼロ回転数）に近い時は正弦波パルスによる位相・速度検出値地ωＡのウェイト（比率）を高くした合成値ωｄｅｔを得ることができ、切り替え速度区間での高精度検出が適格なものとなる。

（実施形態２）
本実施形態では、方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰと正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡに、下限設定回転数（ゼロ回転とは異なる）から上限設定回転数までの切り替え速度区間にあるときは相補の重み係数をそれぞれ乗じて位相・速度検出値を求め、これら位相・速度検出値を加算して切り替え速度区間での位相・速度検出値として出力する。

図４は、本実施形態における図１の重み係数切り替え回路１０の演算回路図を示し、図２と同等のものは同一符号で示す。図４において、絶対値回路１０Ｉは方形波パルスの位相・速度検出値ωＰの絶対値（ＡＢＳ）を求め、絶対値回路１０Ｊは下限設定回転数ωｒｅｆ１の絶対値（ＡＢＳ）を求め、減算回路１０Ｋはこれら絶対値の偏差｜ωＰ｜−｜ωｒｅｆ１｜を求める。

絶対値回路１０Ｌは上限設定回転数ωｒｅｆ２（＞ωｒｅｆ１）の絶対値（ＡＢＳ）を求め、減算回路１０Ｍはこれら絶対値の偏差｜ωｒｅｆ２｜−｜ωｒｅｆ１｜を求める。除算回路１０Ｃは、減算回路１０Ｋの出力と減算回路１０Ｍの出力との除算で以下の演算で重み係数αを求める。リミッタ回路１０Ｄは重み係数αを上限１（｜ωＰ｜＝｜ωｒｅｆ２｜）、下限０（｜ωＰ｜＝｜ωｒｅｆ１｜）に制限する。

この重み係数αを基に、図２と同様に、回路１０Ｅ〜１０Ｈにより演算することにより、重み係数切り替え回路１０の演算は、図５に示す演算処理態様となり、位相・速度検出値が上限設定回転数ωｒｅｆ２と下限設定回転数ωｒｅｆ１の速度領域にある場合は位相・速度検出値ωＰとωＡに相補の重み係数を乗じてそれを合成した値ωdｅｔは以下のようになる。

したがって、本実施形態によれば、回転体の速度が下限設定回転数から上限設定回転数までの切り替え速度区間にあるときは、方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰと、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡに相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とするため、回転体の速度が、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値を切り替える速度区間内での位相・速度検出値（合成値ωｄｅｔ）および上下限設定回転数ωｒｅｆ１，ωｒｅｆ２を跨いだ位相・速度検出値がチャタリングを伴うことなく連続的に変化し、高精度検出を確保できる。

特に、重み係数αが１（上限設定回転数）に近い時は方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰのウェイト（比率）を高くした合成値ωｄｅｔを得、重み係数αが０（下限設定回転数）に近い時は正弦波パルスによる位相・速度検出値地ωＡのウェイト（比率）を高くした合成値ωｄｅｔを得ることができ、切り替え速度区間での高精度検出が適格なものとなる。

（実施形態３）
前記までの実施形態１，２では、回転体の速度が、正弦波パルスによる位相・速度検出値と方形波パルスによる位相・速度検出値を切り替える速度区間にあっても、切り替え回路１０が重み係数を乗じた位相・速度検出値を合成することにより高精度検出を確保している。

しかし、正弦波エンコーダによる位相・速度検出値は、一定速状態においても以下の理由により脈動する場合があり、この脈動分が検出精度に影響する。

（問題１）図１における正弦波エンコーダ１は、その機械取り付けによる脈動や、ノイズによる影響を小さくすることが困難になっている。そのため、速度演算結果においてその影響を受け脈動してしまう。

（問題２）正弦波エンコーダ１は、その分解能に依存して脈動を発生してしまう。図１における位相・速度器４，８はアナログ的には下記の式（１）によって速度ω（ｔ）を導出する。ただし、θは位相（位置）、ｔは時刻、Ｋは比例定数である。

ここで、例えば、１サンプルあたり１．２［ｐｐ］の一定速で電動機が駆動する時、正弦波エンコーダによるパルス検出位相θ_nおよび、パルス検出位相との前回値偏差θ_n−θ_n-1は表１の通りとなる。

表１より、エンコーダ分解能以下の検出される位置情報、すなわち小数点部分は切り捨てられ、数サンプルに１度切り捨てられた位置情報が積算され、１パルス分検出パルスが大きく出る。このため、−定速状態においても位相・速度演算結果には一定周期の脈動が現れる。

本実施形態では、アナログ値（正弦波パルス）による位相・速度検出値ωＡに脈動が含まれる場合にも、最小二乗法による速度補正を行うことで位相・速度検出値ωＡの脈動を減らし、位相・速度精度の向上を提案するものである。

本実施形態による位相・速度検出装置のブロック構成図を図６に示し、図１と異なる部分は最小二乗法による補正演算回路１１を追加した点にある。

補正演算回路１１は、位相・速度検出器８から入力されるアナログ値による位相・速度検出値ωＡを任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線を求める。直線近似式を式（２）に示す。

ω＝ａｔ＋ｂ …（２）
ここで、係数ａ，ｂは、

ただし、ωＡ_iはアナログ値による位相・速度検出値、ωは最小二乗法による直線近似式によって求められる速度、ｎはバッファに保存した位相・速度検出値のサンプル数、ｔ_iは位相・速度検出値用バッファヘの保存開始からの経過時間である。

補正演算回路１１は、上記の近似直線を用いて、最新時間における位相・速度検出値を補正する。補正演算回路１１の出力ωＡ２は補正された速度であり、近似直線の最新時間における位相・速度検出値と置き換えられ、出力される。また、例えばｔ_iを１サンプル先の時間とすることで、１サンプル先の位相・速度補正値を予測することができる。

本実施形態によれば、アナログ値による位相・速度検出値を最小二乗法により補正することにより、上記の（問題１）に示した位相・速度検出値の脈動を減らすことと、（問題２）に示したエンコーダ分解能に依存した定周期の位相・速度波形の脈動を減らすことで、位相・速度精度の向上が可能となる。また、所望のサンプル数を予測することにより、位相・速度検出の遅れ時間を小さくすることができる。

（実施形態４）
本実施形態では、方形波パルスによる位相・速度検出値と正弦波パルスによるによる位相・速度を、重み係数切り替え回路１０で切り替えた後の位相・速度検出値に対して、最小二乗法による位相・速度検出値を補正することで位相・速度検出値の脈動を抑え、位相・速度精度の向上を提案するものである。

本実施形態による位相・速度検出装置のブロック構成図を図７に示し、図１と異なる部分は最小二乗法による補正演算回路１２を追加した点にある。

補正演算回路１２は、重み係数切り替え回路１０による切り替え後の位相・速度検出値ωＰＡを任意個数だけバッフアに保存、更新しておき、前記の式（２）により直線近似式により近似直線を求める。

補正演算回路１２の出力ωｄｅｔは補正された速度であり、近似直線の最新時間における位相・速度検出値と置き換えられ、出力される。また、例えばｔ_iを１サンプル先の時間とすることで、１サンプル先の位相・速度補正値を予測して位相・速度検出値とする予測回路を設けることができる。

本実施形態によれば、重み係数切り替え回路により切り替えた後の位相・速度検出値を最小二乗法により補正することにより、低速領域および高速領域の両領域において、前記の（問題１）に示した位相・速度検出値の脈動を減少させることと、（問題２）に示したエンコーダ分解能に依存した定周期の位相・速度検出波形の脈動を減少させることで、位相・速度検出精度の向上が可能となる。また、所望のサンプル数を予測することにより、位相・速度検出の遅れ時間を小さくすることができる。

（実施形態５）
本実施形態では、上位補正したアナログ値による位相・速度検出値を最小二乗法により補正することで、位相・速度演算処理前に位相による脈動を除去し、位相・速度検出精度の向上を提案するものである。

本実施形態による位相・速度検出装置のブロック構成図を図８に示し、図１と異なる部分は最小二乗法による補正演算回路１３を追加した点にある。

補正演算回路１３は、アナログ値による位相・速度検出値と、この検出値をパルスによる位相・速度検出値で上位補正した位相・速度検出値を任意個数だけバッファに保存、更新しておき、下記の式（３）による直線近似式により近似直線を求める。

θＡ＝ａｔ＋ｂ …（３）
ここで、係数ａ，ｂは、

ただし、θ_iは上位補正したアナログ値による位相・速度検出値を最小二乗法による補正演算回路に入力する位相・速度検出値、ｎはバッファに保存した位相・速度検出値のサンプル数、ｔ_iは位相・速度検出値用バッファヘの保存開始からの経過時間である。

補正演算回路１３で求めるθＡは補正後の位相・速度検出値であり、直線近似式を用いて最新時間における位相・速度検出値に置き換え出力する。前記の位相・速度検出演算式（１）は、最小二乗法補正後の位相・速度検出値θＡを用いて演算される。また、例えばｔ_iを１サンプル先の時間とすることで、１サンプル先の位相・速度検出値の補正値を予測することができる。

本実施形態によれば、上位補正したアナログ値による位相・速度検出値を最小二乗法により補正し、その結果を位相・速度検出演算に用いることにより、上記の（問題１）に示した位相・速度検出の脈動を減少させることと、（問題２）に示したエンコーダ分解能に依存した定周期の位相・速度検出波形の脈動を減少させることで、位相・速度検出精度の向上が可能となる。また、所望のサンプル数を予測することにより、位相・速度検出の遅れ時間を小さくすることができる。

（実施形態６）
本実施形態では、実施形態３〜５で用いた最小二乗法補正演算回路１１〜１３において、最小二乗法における直線近似式だけでなく、多項近似式を用いた位相・速度検出値を補正することで、位相・速度検出精度の向上を提案するものである。

実施形態３〜５では、最小二乗法による補正演算回路において直線近似式を使用しており、式（２）を用いて補正を行う。ここで、２次曲線近似式を用いる場合、式（３）を用い、係数ａ、ｂ、ｃを求めることで補正する。

ω＝ａｔ²＋ｂｔ＋ｃ …（３）
さらに、ｎ次の近似曲線式を使用する場合は、式（４）を用い、各項の係数を求め補正する。

ω＝ａｔⁿ＋ｂｔ^n-1＋ｃｔ^n-2＋…＋ｓｔ²＋ｐ^t＋ｑ …（４）
ここで、式（４）におけるωは位相・速度検出値を表しているが、前記の実施形態５に示されるように最小二乗法による補正演算回路がパルス検出の補正に用いられる時、パルス検出値θに置き換えることができる。

図９の（ａ）は直線近似式による補正の例を示し、（ｂ）は多項近似式による補正の例を示し、多項近似式による場合は滑らかな補正が可能になる。

本実施形態によれば、最小二乗法による補正演算回路において多項近似式を用いて、位相・速度検出値及び位置検出値を補正することができ、位相・速度検出精度の向上が可能となる。

１ 正弦波エンコーダ
２Ａ，２Ｂ コンパレータ
３ パルスカウンタ・時刻カウンタ
４ パルスによる位相・速度検出器
５Ａ，５Ｂ ローパスフィルタ
６ Ａ／Ｄ変換器
７ 位相変換器
８ アナログ値による位相・速度検出器
９ 切替スイッチ
１０ 重み係数切り替え回路
１１〜１３ 補正演算回路

Claims (8)

1. 回転体に結合されて位相差π／２のＡ，Ｂ相の正弦波信号を得る正弦波エンコーダと、
   前記Ａ，Ｂ相の正弦波信号からノイズ成分を除去し、これら正弦波信号をＡ／Ｄ変換データに変換し、これらＡ／Ｄ変換データから回転体の位相を求め、この位相から回転体の回転体の低速回転領域での位相・速度を求める正弦波パルスによる位相・速度検出回路と、
   前記Ａ，Ｂ相の正弦波信号のゼロクロス点をエッジとする方形波パルスに変換し、これら方形波パルスの数とパルス位相から回転体の高速回転領域での位相・速度を検出し、この方形波パルスの数により前記正弦波パルスによる位相・速度検出回路の上位桁を設定する方形波パルスによる位相・速度検出回路と、
   回転体の速度がゼロ回転から上限設定回転数までの切り替え速度区間にあるときは、前記方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰと、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡに相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とする重み係数切り替え回路と、
   を備えたことを特徴とする回転体の位相・速度検出装置。
2. 前記重み係数は、回転体の速度が前記上限設定回転数に近い時は、前記方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰのウェイト（比率）を高くし、回転体の速度がゼロ回転に近い時は、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡのウェイト（比率）を高くした特性とすることを特徴とする請求項１に記載の回転体の位相・速度検出装置。
3. 回転体に結合されて位相差π／２のＡ，Ｂ相の正弦波信号を得る正弦波エンコーダと、
   前記Ａ，Ｂ相の正弦波信号からノイズ成分を除去し、これら正弦波信号をＡ／Ｄ変換データに変換し、これらＡ／Ｄ変換データから回転体の位相を求め、この位相から回転体の回転体の低速回転領域での位相・速度を求める正弦波パルスによる位相・速度検出回路と、
   前記Ａ，Ｂ相の正弦波信号のゼロクロス点をエッジとする方形波パルスに変換し、これら方形波パルスの数とパルス位相から回転体の高速回転領域での位相・速度を検出し、この方形波パルスの数により前記正弦波パルスによる位相・速度検出回路の上位桁を設定する方形波パルスによる位相・速度検出回路と、
   回転体の速度がゼロ回転とは異なる下限設定回転数から上限設定回転数までの切り替え速度区間にあるときは、前記方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰと、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡに相補の重み係数をそれぞれ乗じた値を求め、これら値を合成して切り替え速度区間での位相・速度検出値とする重み係数切り替え回路と、
   を備えたことを特徴とする回転体の位相・速度検出装置。
4. 前記重み係数は、回転体の速度が前記上限設定回転数に近い時は、前記方形波パルスによる位相・速度検出値ωＰのウェイト（比率）を高くし、回転体の速度が前記下限設定回転数に近い時は、前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡのウェイト（比率）を高くした特性とすることを特徴とする請求項３に記載の回転体の位相・速度検出装置。
5. 前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡを任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線または近似曲線を求め、この近似直線または近似曲線を用いて最新時間における位相・速度検出値を補正する最小二乗法による補正演算回路を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転体の位相・速度検出装置。
6. 前記重み係数切り替え回路で切り替えた後の位相・速度検出値を任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線または近似曲線を求め、この近似直線または近似曲線を用いて最新時間における位相・速度検出値を補正する最小二乗法による補正演算回路を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転体の位相・速度検出装置。
7. 前記正弦波パルスによる位相・速度検出値ωＡを前記パルスによる位相・速度検出値で上位補正した位相・速度検出値を任意個数だけバッファに保存、更新しておき、その近似直線または近似曲線を求め、この近似直線または近似曲線を用いて最新時間における位相・速度検出値を補正する最小二乗法による補正演算回路を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転体の位相・速度検出装置。
8. 前記近似直線または近似曲線から数サンプル先の位相・速度検出値を予測して位相・速度検出値とする予測回路を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の回転体の位相・速度検出装置。

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