JP2014134493A - Position control device and position control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置制御装置及び位置制御方法に関するものである。 The present invention relates to a position control device and a position control method.
3つのインクリメンタル信号を3つのサンプルホールド回路で同時保持するアブソリュートエンコーダがある(例えば、特許文献1)。 There is an absolute encoder that simultaneously holds three incremental signals with three sample and hold circuits (for example, Patent Document 1).
特許文献1においては、3つのインクリメンタル信号を3つのサンプルホールド回路へそれぞれ接続する必要があり、このようなアブソリュートエンコーダを使う位置制御装置においては、信号線の本数が多くなってしまう。これを回避するため、ピッチ切替え制御により、ピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を同一の信号線に出力する構成とすることで信号線の本数を削減することができる。 In Patent Document 1, it is necessary to connect three incremental signals to three sample and hold circuits, respectively. In such a position control apparatus using an absolute encoder, the number of signal lines increases. In order to avoid this, the number of signal lines can be reduced by adopting a configuration in which a plurality of incremental signals having different pitches are output to the same signal line by pitch switching control.
ここで、ピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を組み合わせて制御対象物の絶対位置の演算を行う場合、前記複数のインクリメンタル信号を、制御対象物が静止した状態で取得しなくてはならない。なぜなら制御対象物の位置が異なる状態でそれぞれのインクリメンタル信号を取得してしまうと、制御対象物の絶対位置の演算を正しく行うことができないためである。 Here, when calculating the absolute position of the controlled object by combining a plurality of incremental signals having different pitches, the plurality of incremental signals must be acquired in a state where the controlled object is stationary. This is because if each incremental signal is acquired in a state where the position of the controlled object is different, the absolute position of the controlled object cannot be calculated correctly.
ところで、位置制御装置は多くの場合、エンコーダの信号から検出した制御対象物の位置と、位置制御の目標位置とが一致するようにフィードバック制御を行う構成となっている。したがって制御対象物を静止させるためには、制御対象物の位置が正しく検出され、前記のフィードバック制御が正しく動作していなくてはならない。そしてインクリメンタル信号から制御対象物の位置を検出するには、信号のピッチが一意に決まっていることが必要である。 By the way, in many cases, the position control device is configured to perform feedback control so that the position of the control target detected from the signal of the encoder matches the target position of the position control. Therefore, in order to make the controlled object stand still, the position of the controlled object must be correctly detected, and the feedback control must be operating correctly. In order to detect the position of the control object from the incremental signal, it is necessary that the pitch of the signal is uniquely determined.
しかしながら、前記のようにピッチ切替え制御により、ピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を同一の信号線に出力する構成とした場合、ピッチ切替えによって信号のピッチが変化してしまうために制御対象物の位置を正しく検出できない。この結果、制御対象物を静止させることができず、絶対位置の演算を正しく行うことができなくなってしまうという問題がある。 However, when the plurality of incremental signals having different pitches are output to the same signal line by the pitch switching control as described above, the pitch of the signal changes due to the pitch switching. It cannot be detected correctly. As a result, there is a problem that the control object cannot be stopped and the absolute position cannot be calculated correctly.
(発明の目的)
本発明の目的は、周期の異なる複数の相対位置検出信号を同一の信号線で出力する構成において、これらの相対位置検出信号を組み合わせて制御対象物の絶対位置の演算を正しく行うことが可能な位置制御装置及び位置制御方法を提供することである。
(Object of invention)
It is an object of the present invention to correctly calculate the absolute position of a control object by combining a plurality of relative position detection signals having different periods through the same signal line and combining these relative position detection signals. A position control device and a position control method are provided.
本発明の位置制御装置は、位置制御対象物の移動に伴い周期的に変化する、複数の異なる周期の位置検出信号を同一の信号線で出力する位置検出信号出力手段と、前記位置検出信号出力手段から出力される前記位置検出信号の周期を切り替える信号切替手段と、前記位置検出信号の複数の周期のうちの第1の周期の位置検出信号により前記位置制御対象物の相対位置を演算する相対位置演算手段と、前記第1の周期の位置検出信号および前記位置検出信号の複数の周期のうちの第2の周期の位置検出信号により前記位置制御対象物の絶対位置を演算する絶対位置演算手段と、前記位置制御対象物を駆動する駆動手段と、前記相対位置演算手段の相対位置演算結果を用いて前記駆動手段を駆動し、前記位置制御対象物の位置を所定の制御周期で制御する位置制御手段とを備え、前記位置制御手段は、前記制御周期よりも短い時間間隔で前記信号切替手段による前記位置検出信号の周期の切り替えを行わせ、前記位置検出信号の取得を行い、前記絶対位置演算手段による絶対位置演算を行わせることを特徴とするものである。 The position control device of the present invention includes a position detection signal output means for outputting a plurality of position detection signals having different periods on the same signal line, which change periodically with movement of the position control object, and the position detection signal output. A signal switching unit that switches a cycle of the position detection signal output from the unit, and a relative that calculates a relative position of the position control object by a position detection signal of a first cycle among a plurality of cycles of the position detection signal. Absolute position calculating means for calculating an absolute position of the position control object by a position calculating means and a position detecting signal of the first period and a position detecting signal of a second period among a plurality of periods of the position detecting signal Driving means for driving the position control object; and driving the drive means using a relative position calculation result of the relative position calculation means, and setting the position of the position control object at a predetermined control cycle. A position control means for controlling, the position control means performs switching of the period of the position detection signal by the signal switching means at a time interval shorter than the control period, and acquires the position detection signal, An absolute position calculation is performed by the absolute position calculation means.
本発明によれば、周期の異なる複数の相対位置検出信号を同一の信号線で出力する構成において、これらの相対位置検出信号を組み合わせて制御対象物の絶対位置の演算を正しく行うことができる。 According to the present invention, in a configuration in which a plurality of relative position detection signals having different periods are output through the same signal line, the absolute position of the control target can be correctly calculated by combining these relative position detection signals.
本発明を実施するための形態は、以下の実施例1及び2に記載される通りである。 The mode for carrying out the present invention is as described in Examples 1 and 2 below.
図1は、本発明の実施例1である位置制御装置の構成を示している。 FIG. 1 shows the configuration of a position control apparatus that is Embodiment 1 of the present invention.
図1において、101は位置制御対象物であり、後述するモータ109によりその位置が移動可能になっている。102はエンコーダであり、位置制御対象物101の移動に応じてインクリメンタル信号を出力する。エンコーダ102は位置検出信号出力手段を構成する。また、インクリメンタル信号は、位置制御対象物101の移動に伴い周期的に変化する位置検出信号に相当する。出力されたインクリメンタル信号はA/D変換部103によりデジタル変換され、マイクロコンピュータ104に入力されて、インクリメンタル位置エンコード処理(相対位置演算処理)に用いられる。マイクロコンピュータ104はROM105に格納されたプログラムに従い、RAM106をワークメモリとして用いて、位置制御装置各部の制御を行う。モータ制御信号出力部107は、モータ駆動部108に対してモータ109を駆動させるためのマイクロコンピュータ104から命令された制御信号を出力する。モータ109はDCモータやボイスコイルモータ等のモータであり、これを駆動することで位置制御対象物101の位置を移動させることができる。以上に述べた位置制御対象物101、エンコーダ102からモータ109までの構成要素は全体としてフィードバックループを構成しており、公知のフィードバック制御手法に基づいて、マイクロコンピュータ104で実行されるプログラムに従い位置制御対象物101が所望の位置に移動・停止するように構成されている。マイクロコンピュータ104は位置制御手段を構成する。
In FIG. 1,
マイクロコンピュータ104からは、ピッチ切り替え信号出力部110を介してエンコーダ102にピッチ切り替え信号が出力される。ピッチ切り替え信号出力部110は信号切替手段を構成する。エンコーダ102は、ピッチ(周期)の異なる複数のインクリメンタル信号のうち、ピッチ切り替え信号により指示されたピッチのインクリメンタル信号を出力する。マイクロコンピュータ104はピッチ切り替え信号によりピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を順次検出し、後述するアブソリュート位置エンコード処理により位置制御対象物の絶対位置の演算を行う。
A pitch switching signal is output from the
また、マイクロコンピュータ104からはD/A変換部111を介してエンコーダ102に信号レベル制御電圧が供給される。この信号レベル制御電圧は、エンコーダ102から出力されるインクリメンタル信号の信号レベル(信号振幅やオフセットレベル)を調整するためのものである。マイクロコンピュータ104はこの信号レベル制御電圧により、エンコーダ102の個体ごとに異なる信号レベルを、位置検出を実行するための適正なレベルに調整する。この信号レベル調整は、たとえば位置制御装置が工場で組み立てられた際に実行され、信号レベルを適正とするための制御電圧のデータが不揮発性のメモリに記憶される。その後は位置制御装置の起動時に、マイクロコンピュータ104が記憶された制御電圧のデータに基づいてエンコーダ102に制御電圧を供給することで、信号レベルが適正に制御される。なお、単一の制御電圧でピッチの異なる複数の信号のレベルをすべて適正にそろえることができない場合は、前記のピッチ切り替え制御と同期して制御電圧を切り替えてもよいし、フィードバック制御に用いられる前記特定のピッチが最適レベルとなる制御電圧に固定してもよい。
Further, a signal level control voltage is supplied from the
次に、図2と図3を用いてインクリメンタル位置エンコード処理について説明する。 Next, the incremental position encoding process will be described with reference to FIGS.
図2は、インクリメンタル位置エンコード処理の概念図である。図2(A)の縦軸は10bitのA/D変換値、横軸は位置制御対象物101の位置で、201と202は位置制御対象物101の移動に応じて出力される2相のインクリメンタル信号を表している。ここで201と202は位相が90°異なっている。図2(B)の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置制御対象物101の位置で、203は移動に応じてインクリメンタル信号201と202間の逆正接関数として0から2πまでに正規化され演算される逆正接関数演算結果を表している。図2(C)の縦軸はインクリメンタル位置エンコード値、横軸は位置制御対象物101の位置で、204は逆正接関数演算結果203が0を跨いだ時、LSBが2πに相当する上位桁を増減させるインクリメンタル位置エンコード値を表している。
FIG. 2 is a conceptual diagram of the incremental position encoding process. In FIG. 2A, the vertical axis is a 10-bit A / D conversion value, the horizontal axis is the position of the
図3はインクリメンタル位置エンコード処理のフローチャートである。以下の処理はマイクロコンピュータ104にて、所定の周期で反復実行される。
FIG. 3 is a flowchart of the incremental position encoding process. The following processing is repeatedly executed by the
図3のステップS301では、図2(A)の201、202で示した2相のインクリメンタル信号のA/D変換値を取得する。ここでA/D変換値はA/D変換部103での変換値を直接読みだしてもよいし、あらかじめ取得されRAM106に保存されているA/D変換値を読みだしてもよい。次にステップS302にて、取得したインクリメンタル信号のオフセット除去演算、ゲイン調整演算を行う。これらの演算は、逆正接関数演算を行うために2相のインクリメンタル信号の振幅(ゲイン)とオフセットをそろえるために行うものであり、公知であるので説明は省略する。さらにステップS303にて、図2(B)の逆正接関数演算結果203をRAM106へ保存し、ステップS304に進む。ステップS304では、前回のエンコード処理時にRAM106に保存されていた前回の逆正接関数演算結果と、今回の逆正接関数演算結果の差が3π/8より小さいかどうかを判断し、小さければステップS305へ処理を移し、以上であればステップS311へ処理を移す。ステップS305ではマイクロコンピュータ104は逆正接関数演算結果203が移動で0を跨いだかどうかを判定する。0を跨いでいればステップS306へ処理を移し、いなければステップS308へ処理を移す。ステップS306では、今回の逆正接関数演算結果が前回の逆正接関数演算結果より小さいかどうかを判別する。今回の結果が前回の結果より小さければステップS307へ処理を移し、以上であればステップS308へ処理を移す。ステップS307では、2π単位である上位桁へ1を加算して、ステップS309へ処理を移す。ここで上位桁とは、インクリメンタル位置エンコード値の2π以上の桁である。一方ステップS308では、2π単位である上位桁から1を減算して、ステップS309へ処理を移す。ステップS309では2π単位である上位桁と今回結果を加算し、図2(C)の上位桁を含むインクリメンタル位置エンコード値204(相対位置演算結果)として求め、ステップS310へ処理を移す。ステップS310では、今回と前回の移動が3π/8より小さく、移動方向が正しく判別されていることから、移動方向判別エラーフラグをクリアし、今回の処理を終了する。一方ステップS311では、今回と前回の移動が3π/8以上であるので、移動方向が増加方向か減少方向かの判別ができないことから、移動方向判別エラーフラグをセットして処理を終了する。以上の処理により、インクリメンタル信号からインクリメンタル位置エンコード値204を生成して位置制御に用いることができる。なお、前記の移動方向判別エラーフラグは、インクリメンタル位置エンコード処理が正しく実行できたかを判別する情報として、マイクロコンピュータ104で実行される他のプログラム処理において参照される。
In step S301 in FIG. 3, the A / D conversion values of the two-phase incremental signals indicated by 201 and 202 in FIG. Here, as the A / D conversion value, the conversion value in the A /
インクリメンタル位置エンコード処理を行うマイクロコンピュータ104は、相対位置を演算する相対位置演算手段を構成する。次に、図4と図5を用い、ピッチ(周期)の異なる複数のインクリメンタル信号により位置制御対象物101の絶対位置を求める、アブソリュート位置エンコード処理について説明する。以下では3種類のピッチのインクリメンタル信号を用いた場合について説明しているが、ピッチが4種類以上でも、2種類でも原理は同じである。なお以下では、3種類のピッチを、ピッチが小さい方から順にピッチα、ピッチβ、ピッチγと表記する。ピッチαは第1の周期に相当し、ピッチβ、ピッチγは異なる2以上の第2の周期を構成する。
The
図4は、アブソリュート位置エンコード処理の概念図である。図4(A)の縦軸は角度ラジアン、横軸は位置で、401は移動に応じて逆正接関数として0から2πまでに正規化され演算される、ピッチαの逆正接関数演算結果を表している。ピッチαは3種類のうちの最少のピッチであり、絶対位置検出が可能な全ストローク長において21周期出現する。以下の説明では、この結果をp1と記載する。同様に図4(B)の402はピッチβの逆正接関数演算結果を表しており、全ストロークで10周期出現する。以下ではこの結果をp2と記載する。図4(C)の403はピッチγの逆正接関数演算結果を表しており、全ストロークで4周期出現する。以下ではこの結果をp3と記載する。
FIG. 4 is a conceptual diagram of absolute position encoding processing. In FIG. 4A, the vertical axis represents angle radians, the horizontal axis represents position, and 401 represents an arc tangent function calculation result of pitch α, which is normalized and calculated from 0 to 2π as an arc tangent function according to movement. ing. The pitch α is the minimum pitch among the three types, and appears for 21 cycles in the entire stroke length capable of detecting the absolute position. In the following description, this result is referred to as p1. Similarly,
図4(D)の404は、ピッチαから得られたp1とピッチβから得られたp2とから式(1)で演算されたph1を、0から2πまでに正規化した結果を表している。前記したように全ストロークでp1は21周期、p2は10周期出現するので、p2を2倍したものとp1とは全ストロークで1周期分の差分を持つので、ph1は全ストロークで1周期出現する。
式(1) ph1=p1−2×p2
Formula (1) ph1 = p1-2 × p2
同様に図4(E)の405は、ピッチβから得られたp2とピッチγから得られたp3とから式(2)で演算されたph6を、0から2πまでに正規化した結果を表している。10周期と4周期の差分であるので、全ストロークで6周期出現する。
式(2) ph6=p2−p3
Similarly,
Formula (2) ph6 = p2-p3
また図4(F)の406は、ピッチαから得られたp1とピッチγから得られたp3とから式(3)で演算されたph13を、0から2πまでに正規化した結果を表している。21周期と、4周期の2倍との差分であるので、全ストロークで13周期出現する。
式(3) ph13=p1−2×p3
Also, 406 in FIG. 4F represents a result obtained by normalizing ph13 calculated by the expression (3) from 0 to 2π from p1 obtained from the pitch α and p3 obtained from the pitch γ. Yes. Since this is a difference between 21 cycles and twice 4 cycles, 13 cycles appear in all strokes.
Formula (3) ph13 = p1-2 × p3
図5はアブソリュート位置エンコード処理のフローチャートである。以下の処理はマイクロコンピュータ104にて、位置制御対象物101の絶対位置を演算する際に実行される。ここで理論上は、前記のph1にて位置制御対象物101の絶対位置を得ることができるが、全ストロークを1周期とした信号であるので分解能が粗く、そのままでは信号のノイズなどにより高精度な位置検出ができない。一方、p1〜p3やph6、ph13などは信号の周期が細かいので精度は高くなるが、全ストローク中の何番目の周期にあるかが判別できないため絶対位置を得ることができない。そこで以下に述べる処理により、粗い周期の信号から得た絶対位置を細かい周期の絶対位置に順次対応させていき、最終的にもっとも細かいp1の信号の分解能で絶対位置が得られるようにする。なお、以下の説明では、各ピッチのインクリメンタル信号のA/D変換値はあらかじめ取得され、RAM106に保存されているものとする。
FIG. 5 is a flowchart of the absolute position encoding process. The following processing is executed when the
図5のステップS501では、RAM106の保存されているピッチαの2相信号のA/D変換値を取得し、オフセット除去演算、ゲイン調整演算、逆正接関数演算を行った結果をp1としてRAM106へ保存する。ここでの処理は図3のステップS302、S303と同様である。以下、ステップS502、S503にて、それぞれピッチβ、ピッチγについて同様の演算を行い、それぞれの結果をp2、p3としてRAM106へ保存し、ステップS504に処理を移す。
In step S501 of FIG. 5, the A / D conversion value of the two-phase signal having the pitch α stored in the
ステップS504では、RAM106に保存されているp1、p2、p3から、前記した式(1)から式(3)に従ってph1、ph6、ph13の演算、正規化を行い、RAM106に保存する。さらにp1をph21としてRAM106に保存し、ステップS505に処理を移す。ここでph21は前記のように全ストロークで21周期出現する。
In step S 504, ph 1, ph 6, and ph 13 are calculated and normalized from p 1, p 2, and p 3 stored in the
ステップS505では、RAM106に保存されているph1から式(4)で得られるabs6を演算し、RAM106に保存してS506に進む。ここでabs6はph1を、周期2πの6分の1で割ったものである。前記したようにph1は全ストロークで1周期なので、ここで得られたabs6は位置検出対象物の位置が、全ストロークを6分割した領域のうち何番目の領域にあるかを示している。
式(4) abs6=ph1/(2π/6)
In step S505, abs6 obtained by Expression (4) is calculated from ph1 stored in the
Formula (4) abs6 = ph1 / (2π / 6)
次にステップS506では、RAM106に保存されているph6およびabs6から式(5)で得られるabs13を演算し、RAM106に保存してステップS507に進む。前記のようにabs6は全ストロークを6分割した領域のうち何番目の領域にあるかを示しており、ph6はabs6番目の領域内のどの位置にあるかを示しているので、式(5)の分子はph6の分解能で表された絶対位置に相当する。そしてこれを2π×6/13で割ったabs13は、全ストロークを13分割した領域のうち何番目の領域にあるかを示している。
式(5) abs13=(2π×abs6+ph6)/(2π×6/13)
Next, in step S506, abs13 obtained by Expression (5) is calculated from ph6 and abs6 stored in the
Formula (5) abs13 = (2π × abs6 + ph6) / (2π × 6/13)
次にステップS507では、RAM106に保存されているph13およびabs13から式(6)で得られるabs21を演算し、RAM106に保存してS508に進む。前記したS506の説明と同様の理由により、ここで演算されたabs21は、全ストロークを21分割した領域のうち何番目の領域にあるかを示している。
式(6) abs21=(2π×abs13+ph13)/(2π×13/21)
Next, in step S507, abs21 obtained by Expression (6) is calculated from ph13 and abs13 stored in the
Formula (6) abs21 = (2π × abs13 + ph13) / (2π × 13/21)
ステップS508では、RAM106に保存されているph21およびabs21から式(7)で得られるFullABSを演算し、RAM106に保存して処理を終了する。ph21はもっとも細かいピッチαから得られた位置情報であるので、ここで演算されたFullABSは、もっとも細かいピッチαの分解能を持つ絶対位置情報(絶対位置演算結果)となる。
式(7) FullABS=(2π×abs21+ph21)
In step S508, the Full ABS obtained by Expression (7) is calculated from ph21 and abs21 stored in the
Formula (7) Full ABS = (2π × abs21 + ph21)
以上に述べたように、ピッチの異なる3種類のインクリメンタル信号を合成することで、更にピッチの異なるインクリメンタル信号を合成することができる。そして前記したアブソリュート位置エンコード処理を行うことで、最小ピッチの分解能で位置制御対象物101の絶対位置を求めることができる。
As described above, it is possible to synthesize incremental signals having different pitches by synthesizing three types of incremental signals having different pitches. Then, by performing the absolute position encoding process described above, the absolute position of the
アブソリュート位置エンコード処理を行うマイクロコンピュータ104は、絶対位置を演算する絶対位置演算手段を構成する。
The
ところで、以上に述べたアブソリュート位置エンコード処理では、演算に用いるピッチα、β、γの各信号が、すべて位置制御対象物101が同一位置にある時のものであることを前提としている。すなわちピッチα、β、γの各信号は制御対象が静止した状態で取得されていなければならない。なお、前記同一位置とは略同一位置を包含するものである。
By the way, in the absolute position encoding process described above, it is assumed that all signals of pitch α, β, and γ used for calculation are those when the
以下では、本発明の特徴であるところの、ピッチαの信号を用いたフィードバック制御により制御対象物を静止させつつ、フィードバック制御処理を実行していない期間にピッチβ、γの信号を検出する処理について説明する。 In the following, processing for detecting signals of pitch β and γ during a period when feedback control processing is not performed while the control target is stationary by feedback control using a signal of pitch α, which is a feature of the present invention. Will be described.
図6は、実施例1における位置制御処理のフローチャートである。以下の処理はマイクロコンピュータ104にて実行される。
FIG. 6 is a flowchart of the position control process in the first embodiment. The following processing is executed by the
図6のステップS601では、マイクロコンピュータ104からピッチ切り替え信号出力部110を介して、ピッチをαに設定する信号がエンコーダ102に出力される。これによりエンコーダ102からはピッチαのインクリメンタル信号が出力される。
In step S <b> 601 of FIG. 6, a signal for setting the pitch to α is output from the
次にステップS602では、位置制御処理のフィードバック制御を一定周期で実行するために、制御周期を規定する割り込み要求が発生しているかどうかを判別する。一般にフィードバック制御は、制御対象物や駆動部の物理的・電気的特性や、位置制御装置に要求される制御応答性・安定性などから規定される所定の周期で反復実行される。そしてこの制御周期を規定するために、マイクロコンピュータ104の内部または外部に備えられたタイマー回路により、既定の周期でトリガー信号が発生するように構成される。このトリガー信号によりマイクロコンピュータ104のCPUに割り込み処理要求を発生させることで、CPUに処理周期を通知し、一定周期のフィードバック制御処理が実行される。ステップS602で割り込みが発生されていないと判別された場合は、次の処理には進まず、割り込みが発生されるまで待機または位置制御処理以外の処理が実行される。そして割り込みが発生するとステップS603に処理を移す。
In step S602, in order to execute the feedback control of the position control process at a constant cycle, it is determined whether or not an interrupt request that defines a control cycle is generated. In general, the feedback control is repeatedly executed at a predetermined cycle defined by physical / electrical characteristics of the control target and the drive unit, control responsiveness / stability required for the position control device, and the like. In order to define the control cycle, a trigger signal is generated at a predetermined cycle by a timer circuit provided inside or outside the
ステップS603では、前記のステップS601でエンコーダ102の出力をピッチαに切り替えてから、出力信号が静定するまでの所定の時間が経過したかを判別する。本実施例1ではピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を同一の信号線に出力する構成としているため、ピッチを切り替えた際、切り替え後のピッチの信号が正しく読み取れる状態になるまでには、信号回路の電気特性に応じた所定の時間を要する。そこでステップS603では所定の静定時間が経過したかを判別し、経過していない場合は次の処理には進まず待機する。そして静定時間が経過したらステップS604に処理を移す。
In step S603, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the output of the
ステップS604では、ピッチαの2相のインクリメンタル信号のA/D変換値を取得してRAM106へ保存し、ステップS605に進む。ステップS605は図3で説明したインクリメンタル位置エンコード処理であり、ここでの処理により前記したインクリメンタル位置エンコード値が得られる。
In step S604, an A / D conversion value of a two-phase incremental signal with a pitch α is acquired and stored in the
次にステップS606では、位置制御目標値を取得する。この位置制御目標値は位置制御対象物101を移動または停止させたい位置を表すものであり、位置制御装置の制御目的に応じて、マイクロコンピュータ104で実行される他のプログラム処理により決定されるものである。そしてステップS605で得られたインクリメンタル位置エンコード値(制御対象物101の現在位置)と位置制御目標値との差分を演算し、ステップS607に処理を移す。ステップS607では、ステップS606で演算された差分に基づき、差分を0とするためのモータ制御量を、公知のフィードバック制御手法に基づいて演算する。そして演算されたモータ制御量を、モータ制御信号出力部107を介してモータ駆動部108に出力して、ステップS608に進む。
Next, in step S606, a position control target value is acquired. This position control target value represents the position at which the
ステップS608では、位置制御対象物101の絶対位置の検出を実行するかどうかが判別される。前記したように絶対位置の検出は、位置制御対象物101が静止した状態でピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を検出する必要があるため、位置制御装置が位置制御対象物101を移動させている状態では実行できない。このため位置制御装置の動作中に常時実行されるのではなく、装置の起動時や、何らかの外乱や故障によりインクリメンタル位置エンコード値が異常となった場合などの際に実行するよう制御される。この異常の判定は、例えば前記した移動方向判別エラーフラグがセットされているかどうかや、インクリメンタル信号のA/D変換値が異常値になっているかなどを判別することにより行うことができる。また位置制御装置に衝撃が加わったことを加速度センサやジャイロセンサなどで検出してもよい。このような絶対位置検出の実行判定はマイクロコンピュータ104で実行される他のプログラム処理により行われ、RAM106に最新の判定結果が保存されているものとする。そしてステップS608では保存されている判定結果を読み出し、絶対位置検出を実行すると判別した場合はステップS609へ処理を移し、実行しないと判別した場合はステップS602に戻る。なお、ここまでに説明した処理により、ピッチαのインクリメンタル信号を用いてフィードバック制御を行い、位置制御対象物101の位置制御を行うことができる。また、前記したように絶対位置の検出は位置制御対象物101が静止した状態で実行する必要があるため、絶対位置検出を実行すると判定されている状態では、ステップS606で取得される位置制御目標値も絶対位置検出が完了するまで同一位置で保持されていることとする。そして、ステップS604でピッチαの2相のインクリメンタル信号のA/D変換値を取得したときの位置は、位置制御目標値と同一位置になっている。
In step S608, it is determined whether or not to detect the absolute position of the
ステップS609では、マイクロコンピュータ104からピッチ切り替え信号出力部110を介して、ピッチをβに設定する信号がエンコーダ102に出力される。これによりエンコーダ102からはピッチβのインクリメンタル信号が出力される。次にステップS610では、ステップS603と同様に所定の静定時間が経過したかを判別し、静定時間が経過したらステップS611に処理を移す。ステップS611ではピッチβの2相のインクリメンタル信号のA/D変換値を取得してRAM106へ保存し、ステップS612に進む。ステップS612〜S614では、ピッチγに対して前記したステップS609〜S611と同様の処理を行う。ここまでの処理により、ピッチα、β、γの各ピッチのインクリメンタル信号のA/D変換値が取得され、RAM106に保存された状態となる。
In step S <b> 609, a signal for setting the pitch to β is output from the
ステップS615は図5で説明したアブソリュート位置エンコード処理であり、ここでの処理により前記したアブソリュート位置エンコード値、すなわち位置制御対象物101の絶対位置が得られる。
Step S615 is the absolute position encoding process described with reference to FIG. 5, and the absolute position encoded value described above, that is, the absolute position of the
ステップS616では、ステップS615で得られた絶対位置を用いて、フィードバック制御に用いられるインクリメンタル位置エンコード値(相対位置)の補正を行う。前記したように絶対位置の検出は位置制御装置の起動時や、インクリメンタル位置エンコード値が異常となった場合などに実行されるが、ここでの処理によりインクリメンタル位置エンコード値を補正することで絶対位置に基づくフィードバック制御が実行可能になる。なお、補正の手法としては、相対位置そのものを絶対位置で書き換えてもよいし、相対位置と絶対位置の差分を記憶し、その差分情報を用いて以後の相対位置を絶対位置に換算してもよい。そして以上の処理を実行後、ステップS601に戻る。 In step S616, the incremental position encoding value (relative position) used for feedback control is corrected using the absolute position obtained in step S615. As described above, the absolute position is detected when the position control device is started up or when the incremental position encoded value becomes abnormal. However, the absolute position encoded value is corrected by this process to correct the absolute position encoded value. The feedback control based on can be executed. As a correction method, the relative position itself may be rewritten with the absolute position, or the difference between the relative position and the absolute position may be stored, and the subsequent relative position may be converted into the absolute position using the difference information. Good. And after performing the above process, it returns to step S601.
なお、以上の説明では3種類のピッチのインクリメンタル信号を用いた場合について説明しているが、4種類以上のピッチの信号を用いる場合においては、すべてのピッチの信号を検出する分だけ図6のステップS612〜S614と同様の処理を追加すればよい。 In the above description, the case where incremental signals of three types of pitches are used is described. However, in the case where signals of four or more types of pitches are used, the signals shown in FIG. What is necessary is just to add the process similar to step S612-S614.
また、以上の説明では最小のピッチであるピッチαのインクリメンタル信号を用いてフィードバック制御を実行しているが、その他のピッチの信号を用いてもよい。その場合は以上の説明において、ピッチαとフィードバック制御に用いるピッチ(βまたはγ)の説明部分を入れ替えれば同様の制御を行うことができる。 In the above description, the feedback control is executed using the incremental signal of the pitch α which is the minimum pitch, but signals of other pitches may be used. In that case, in the above description, the same control can be performed by exchanging the description portion of the pitch α and the pitch (β or γ) used for feedback control.
以上で説明した処理は、前記したようにフィードバック制御の実行周期で反復実行される。以下では例としてフィードバック制御周期が0.1msec(制御周波数10kHz)の場合について説明する。 The process described above is repeatedly executed in the feedback control execution cycle as described above. Below, the case where a feedback control period is 0.1 msec (control frequency 10 kHz) is demonstrated as an example.
まず、絶対位置検出を行わない場合は、ピッチαのインクリメンタル信号によるフィードバック制御処理であるステップS602〜S608が0.1msec周期で実行される。一方、絶対位置検出を行う場合はフィードバック制御処理に加えて、ピッチの切り替え、信号取得および絶対位置検出処理であるステップS601、S609〜S616が実行される。ここでピッチの切り替えと信号取得を十分短い時間間隔で実行し、フィードバック制御周期である0.1msecの時間内にステップS601からステップS616の全ての処理が実行されるように構成することで、絶対位置検出を行わない場合と同じ制御周期でフィードバック制御を行うことができる。 First, when absolute position detection is not performed, steps S602 to S608, which are feedback control processing using an incremental signal of pitch α, are executed at a cycle of 0.1 msec. On the other hand, when performing absolute position detection, steps S601 and S609 to S616, which are pitch switching, signal acquisition, and absolute position detection processing, are executed in addition to the feedback control processing. Here, pitch switching and signal acquisition are executed at a sufficiently short time interval, and all the processes from step S601 to step S616 are executed within a time of 0.1 msec which is a feedback control cycle. Feedback control can be performed in the same control cycle as when position detection is not performed.
このように、ピッチ切り替えと信号取得をフィードバック制御周期より短い時間間隔で実行することで、フィードバック制御処理を実行していない期間を用いて絶対位置検出の処理を実行することができる。この結果、制御対象物を静止させるように制御した状態でピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を検出することができ、これらの信号を組み合わせて制御対象物の絶対位置の演算を正しく行うことができる。 As described above, by executing pitch switching and signal acquisition at a time interval shorter than the feedback control cycle, it is possible to execute the absolute position detection process using a period in which the feedback control process is not executed. As a result, a plurality of incremental signals having different pitches can be detected in a state in which the controlled object is controlled to be stationary, and the absolute position of the controlled object can be correctly calculated by combining these signals.
なお、絶対位置検出の処理中に位置制御装置に衝撃などが加わると、制御対象物を静止させるように制御していても制御対象物の位置が変化してしまう場合がある。このような場合に絶対位置の演算が誤って実行されないようにするために、以上で説明した複数のインクリメンタル信号の検出と絶対位置検出処理を複数回連続して実行し、結果が一致または所定の閾値内に入っているかどうかを判定するようにしてもよい。結果が不一致であれば再度検出処理を実行することで、絶対位置の演算が誤って実行されることを防ぐことができる。 If an impact or the like is applied to the position control device during the absolute position detection process, the position of the control object may change even if the control object is controlled to be stationary. In such a case, in order to prevent the calculation of the absolute position from being erroneously executed, the detection of the plurality of incremental signals and the absolute position detection process described above are continuously executed a plurality of times, and the result is consistent or predetermined. You may make it determine whether it is in the threshold value. If the results do not match, the detection process is executed again, thereby preventing the absolute position calculation from being erroneously executed.
以下で、本発明の実施例2について説明する。前記した実施例1においては、ピッチαのインクリメンタル信号によるフィードバック制御を行いつつ、フィードバック制御処理を実行していない期間に他の全てのピッチへの切替と信号検出を終了させていた。これに対して以下で説明する実施例2においては、フィードバックの1回の制御周期内ですべてのピッチの処理を終了させるのではなく、複数回の制御周期に分割して処理を行う。 Hereinafter, Example 2 of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the feedback control by the pitch α incremental signal is performed, and the switching to all other pitches and the signal detection are ended during the period when the feedback control process is not executed. On the other hand, in the second embodiment described below, the processing for all pitches is not finished within one feedback control cycle, but the processing is divided into a plurality of control cycles.
前記した実施例1においては、フィードバックの1回の制御周期内に図6の全ての処理が実行されるように構成している。ここでピッチの切り替えと信号取得を行う際には、前記のように信号回路の電気特性に応じた静定時間の経過を待つ必要がある。一方でフィードバック制御周期は制御対象物等の物理的・電気的特性、位置制御装置に要求される制御応答性・安定性などから規定される。このため位置制御装置の特性や要求性能によっては、フィードバック制御周期の時間内に全ての処理が実行できるとは限らない。そこで以下で説明する実施例2では、複数のフィードバック制御周期に分割して処理を行うように構成している。 In the first embodiment described above, all the processes in FIG. 6 are performed within one control cycle of feedback. Here, when switching the pitch and acquiring the signal, it is necessary to wait for the elapse of the settling time according to the electrical characteristics of the signal circuit as described above. On the other hand, the feedback control cycle is defined by physical / electrical characteristics of the controlled object, control responsiveness / stability required for the position control device, and the like. For this reason, depending on the characteristics and required performance of the position control device, not all processes can be executed within the time of the feedback control cycle. Therefore, in the second embodiment described below, the processing is divided into a plurality of feedback control periods.
実施例2における位置制御装置の構成、インクリメンタル位置エンコード処理およびアブソリュート位置エンコード処理の内容は、前記した実施例1と同様であるので、説明は省略する。以下では実施例2の特徴である位置制御処理について説明する。なお、以下では3種類のピッチのインクリメンタル信号を用いた場合について説明しているが、ピッチが4種類以上の構成とすることもできる点は実施例1と同様である。 Since the configuration of the position control device, the incremental position encoding process, and the absolute position encoding process in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. Below, the position control process which is the characteristic of Example 2 is demonstrated. In addition, although the case where the incremental signal of 3 types of pitches is used is demonstrated below, the point which can also be set as a 4 or more types of pitch is the same as that of Example 1. FIG.
図7は、本発明の実施例2である位置制御装置における位置制御処理のフローチャートである。以下の処理はマイクロコンピュータ104にて実行される。
FIG. 7 is a flowchart of the position control process in the position control apparatus according to the second embodiment of the present invention. The following processing is executed by the
図7のステップS701では、RAM106に保持されている変数であるステータスカウンタの値として0をセットする。このステータスカウンタは、複数のフィードバック制御周期に分割して処理を行う際に処理内容を区別するために用いるデータである。次のステップS702〜S709の処理は、実施例1の説明における図6のステップS601〜S608と同じであるので説明は省略する。ステップS709で絶対位置検出を実行すると判別した場合はステップS710へ処理を移し、実行しないと判別した場合はステップS703に戻る。 In step S701 in FIG. 7, 0 is set as the value of the status counter, which is a variable held in the RAM. This status counter is data used for distinguishing processing contents when processing is performed by being divided into a plurality of feedback control cycles. The processing of the next steps S702 to S709 is the same as steps S601 to S608 of FIG. If it is determined in step S709 that absolute position detection is to be executed, the process proceeds to step S710. If it is determined not to execute absolute position detection, the process returns to step S703.
ステップS710では、ステータスカウンタの値が0であるかどうかを判別する。ステータスカウンタが0の場合はステップS711に進み、ピッチβの信号の処理を行う。ステップS711〜S713の処理は図6のステップS609〜S611の処理と同じである。ステップS714ではステータスカウンタの値として1をセットし、ステップS702に戻る。 In step S710, it is determined whether or not the status counter value is zero. If the status counter is 0, the process proceeds to step S711 to process the signal of pitch β. The processing in steps S711 to S713 is the same as the processing in steps S609 to S611 in FIG. In step S714, 1 is set as the value of the status counter, and the process returns to step S702.
一方、ステップS710でステータスカウンタが0でないと判別された場合はステップS715に進み、ピッチγの信号の処理および絶対位置検出の処理を行う。ステップS715〜S719の処理は図6のステップS612〜S616の処理と同じである。ステップS720ではステータスカウンタの値として0をセットし、ステップS702に戻る。 On the other hand, if it is determined in step S710 that the status counter is not 0, the process proceeds to step S715 to perform processing of a signal of pitch γ and processing of absolute position detection. The processing in steps S715 to S719 is the same as the processing in steps S612 to S616 in FIG. In step S720, 0 is set as the value of the status counter, and the process returns to step S702.
以上で説明したように、本発明の実施例2ではステータスカウンタの値が0の場合と1の場合で、フィードバック制御周期の時間内に実行する処理を変更している。すなわちステータスカウンタの値が0の場合はピッチβへの切り替えと信号取得、1の場合はピッチγへの切り替え、信号取得および絶対位置検出の処理を実行する。ピッチαの信号取得およびフィードバック制御の処理はステータスカウンタの値によらず、フィードバック制御周期で実行される。このように構成することで、フィードバック制御を所定の周期で実行しつつ、フィードバック制御の2周期の期間ですべてのピッチのインクリメンタル信号を取得し絶対位置の検出を行うことができる。 As described above, in the second embodiment of the present invention, the processing to be executed within the time of the feedback control cycle is changed depending on whether the value of the status counter is 0 or 1. That is, when the value of the status counter is 0, switching to the pitch β and signal acquisition, and when it is 1, switching to the pitch γ, signal acquisition and absolute position detection are executed. The signal acquisition and feedback control processing of the pitch α is executed in the feedback control cycle regardless of the value of the status counter. With this configuration, it is possible to detect the absolute position by acquiring the incremental signals of all pitches during the period of two cycles of the feedback control while executing the feedback control at a predetermined cycle.
なお、ピッチが4種類以上の場合はその分だけステータスカウンタの場合分けを増やし、3周期以上に分割して処理を行えばよい。また、実施例1の場合と同様に、ピッチαのインクリメンタル信号の代わりにその他のピッチの信号を用いてフィードバック制御を実行してもよい。その場合は以上の説明において、ピッチαとフィードバック制御に用いるピッチ(βまたはγ)の説明部分を入れ替えれば同様の制御を行うことができる。 If there are four or more types of pitches, the number of status counters can be increased accordingly, and the processing can be divided into three or more cycles. Similarly to the case of the first embodiment, feedback control may be executed using signals of other pitches instead of the incremental signals of pitch α. In that case, in the above description, the same control can be performed by exchanging the description portion of the pitch α and the pitch (β or γ) used for feedback control.
以上説明した本発明の実施例によれば、ピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を同一の信号線に出力する構成においても、フィードバック制御により制御対象物を静止させた状態でピッチの異なる複数のインクリメンタル信号を検出することができる。そしてこれらの信号を組み合わせて、制御対象物の絶対位置の演算を正しく行うことができる。 According to the embodiment of the present invention described above, a plurality of incremental signals having different pitches in a state where the control target is stationary by feedback control even in a configuration in which a plurality of incremental signals having different pitches are output to the same signal line. Can be detected. By combining these signals, the absolute position of the controlled object can be correctly calculated.
以上、本発明をその好適な実施例に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施例の一部を適宜組み合わせてもよい。 The present invention has been described in detail based on the preferred embodiments thereof, but the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. A part of the above-described embodiments may be appropriately combined.
また、上述の実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線/無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。 When a software program that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied from a recording medium directly to a system or apparatus having a computer that can execute the program using wired / wireless communication, and the program is executed. Are also included in the present invention.
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。 Accordingly, the program code itself supplied and installed in the computer in order to implement the functional processing of the present invention by the computer also realizes the present invention. That is, the computer program itself for realizing the functional processing of the present invention is also included in the present invention.
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。 In this case, the program may be in any form as long as it has a program function, such as an object code, a program executed by an interpreter, or script data supplied to the OS.
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光/光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。 As a recording medium for supplying the program, for example, a magnetic recording medium such as a hard disk or a magnetic tape, an optical / magneto-optical storage medium, or a nonvolatile semiconductor memory may be used.
また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。 As a program supply method, a computer program that forms the present invention is stored in a server on a computer network, and a connected client computer downloads and programs the computer program.
101 位置制御対象物
102 エンコーダ
104 マイクロコンピュータ
109 モータ
110 ピッチ切り替え信号出力部
101
Claims (8)
前記位置検出信号出力手段から出力される前記位置検出信号の周期を切り替える信号切替手段と、
前記位置検出信号の複数の周期のうちの第1の周期の位置検出信号により前記位置制御対象物の相対位置を演算する相対位置演算手段と、
前記第1の周期の位置検出信号および前記位置検出信号の複数の周期のうちの第2の周期の位置検出信号により前記位置制御対象物の絶対位置を演算する絶対位置演算手段と、
前記位置制御対象物を駆動する駆動手段と、
前記相対位置演算手段の相対位置演算結果を用いて前記駆動手段を駆動し、前記位置制御対象物の位置を所定の制御周期で制御する位置制御手段とを備え、
前記位置制御手段は、前記制御周期よりも短い時間間隔で前記信号切替手段による前記位置検出信号の周期の切り替えを行わせ、前記位置検出信号の取得を行い、前記絶対位置演算手段による絶対位置演算を行わせることを特徴とする位置制御装置。 A position detection signal output means for outputting a plurality of position detection signals of different periods on the same signal line, which periodically change with the movement of the position control object;
Signal switching means for switching the cycle of the position detection signal output from the position detection signal output means;
A relative position calculating means for calculating a relative position of the position control object by a position detection signal of a first period among a plurality of periods of the position detection signal;
Absolute position calculating means for calculating the absolute position of the position control object based on a position detection signal of the first period and a position detection signal of a second period among a plurality of periods of the position detection signal;
Drive means for driving the position control object;
A position control means for driving the drive means using the relative position calculation result of the relative position calculation means, and controlling the position of the position control object in a predetermined control cycle;
The position control unit causes the signal switching unit to switch the cycle of the position detection signal at a time interval shorter than the control cycle, acquires the position detection signal, and performs absolute position calculation by the absolute position calculation unit. A position control device characterized in that
前記位置制御手段は、1回の前記制御周期内で、前記信号切替手段による前記第2の周期すべての切り替えを終了させ、前記位置検出信号の取得を行うことを特徴とする請求項1に記載の位置制御装置。 The second period is two or more different periods;
The position control means ends the switching of all the second periods by the signal switching means within one control period, and acquires the position detection signal. Position control device.
前記位置制御手段は、複数回の前記制御周期に分けて、前記信号切替手段による前記第2の周期すべての切り替えを行わせ、前記位置検出信号の取得を行うことを特徴とする請求項1に記載の位置制御装置。 The second period is two or more different periods;
2. The position control means acquires the position detection signal by dividing the second period by the signal switching means and dividing the second period into a plurality of control periods. The position control device described.
前記位置検出信号出力手段から出力される前記位置検出信号の周期を切り替える信号切替ステップと、
前記位置検出信号の複数の周期のうちの第1の周期の位置検出信号により前記位置制御対象物の相対位置を演算する相対位置演算ステップと、
前記第1の周期の位置検出信号および前記位置検出信号の複数の周期のうちの第2の周期の位置検出信号により前記位置制御対象物の絶対位置を演算する絶対位置演算ステップと、
前記相対位置演算結果を用いて前記駆動手段を駆動し、前記位置制御対象物の位置を所定の制御周期で制御する位置制御ステップとを有し、
前記位置制御ステップでは、前記制御周期よりも短い時間間隔で前記信号切替ステップによる前記位置検出信号の周期の切り替えを行わせ、前記位置検出信号の取得を行い、前記絶対位置演算ステップによる絶対位置演算を行わせることを特徴とする位置制御方法。 Position detection signal output means for outputting a plurality of position detection signals with different periods, which change periodically with movement of the position control object, on the same signal line, and drive means for driving the position control object. A signal switching step of switching a cycle of the position detection signal output from the position detection signal output means;
A relative position calculating step of calculating a relative position of the position control object by a position detection signal of a first period among a plurality of periods of the position detection signal;
An absolute position calculating step of calculating an absolute position of the position control object by a position detection signal of the first period and a position detection signal of a second period among a plurality of periods of the position detection signal;
A position control step of driving the drive means using the relative position calculation result and controlling the position of the position control object at a predetermined control cycle;
In the position control step, the position detection signal is switched by the signal switching step at a time interval shorter than the control period, the position detection signal is acquired, and the absolute position calculation by the absolute position calculation step is performed. The position control method characterized by performing.
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