JP2018025391A - Speed detector and speed control system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress an offset error in speed detection without changing interrupt cycles.SOLUTION: Provided is a speed detector comprising: pulse information acquisition units (51-58) for acquiring pulse information for each set sampling cycle on the basis of output pulses of a pulse encoder 50; a pulse phase buffer 61 for storing the pulse phase information for each sampling cycle; a pulse time buffer 62 for storing pulse occurrence time information; past information selection units (64, 65) for selecting pulse phase information prior to a plurality of sampling cycles in the buffer 61 and selecting pulse occurrence time information prior to the plurality of sampling cycles in the buffer 62 by a selection signal Sel that selects the pulse information acquired and stored before the plurality of sampling cycles; and speed detection computation units (66-68) for computing a speed detection value on the basis of a difference between the latest pulse phase and a pulse phase prior to the plurality of sampling cycles and a difference between the latest pulse occurrence time and a pulse occurrence time prior to the plurality of sampling cycles.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、可変速装置など、回転機(モータ、発電機等)などの回転速度を検出する方式およびその速度制御方式に関する。本発明が対象とする回転位置センサは90度位相差をもつ2相パルスエンコーダであり、発生パルス数と時間差より速度を検出する。この速度検出期間の長さを変えると長所や短所が変化する。本発明は、これらの長所のみを生かすような検出方式や速度制御方式に関する。   The present invention relates to a method for detecting the rotational speed of a rotating machine (motor, generator, etc.), such as a variable speed device, and a speed control system therefor. The rotational position sensor targeted by the present invention is a two-phase pulse encoder having a phase difference of 90 degrees, and detects the speed from the number of generated pulses and the time difference. The advantages and disadvantages change when the length of the speed detection period is changed. The present invention relates to a detection method and a speed control method that make use of only these advantages.

先行技術文献としては、特許文献1があり、この原理は非特許文献1に記載されている。特許文献1では、90°位相差をもつ2相の方形波信号を出力するエンコーダにおいて、一定周期(速度演算周期信号SMPL)で速度を検出する方式を提案している。   As a prior art document, there is Patent Document 1, and this principle is described in Non-Patent Document 1. Patent Document 1 proposes a method of detecting speed at a constant period (speed calculation period signal SMPL) in an encoder that outputs a two-phase square wave signal having a 90 ° phase difference.

特許文献1の特徴は、2相信号の90°位相差の誤差が大きいので、4種類のパルスエッジに応じた4個の検出回路を搭載し、この4種類の検出値から同じエッジ種類のデータを選択して位相差や時間差を計算することにより速度検出の精度を改善したものである。   The feature of Patent Document 1 is that a 90 ° phase difference error of a two-phase signal is large, so four detection circuits corresponding to four types of pulse edges are mounted, and data of the same edge type is obtained from these four types of detection values. The accuracy of speed detection is improved by selecting and calculating the phase difference and time difference.

本発明では、基本的には従来例と同様に発生するパルスの位相差を時間差で除算して速度検出をするものであるが、特許文献1のような4多重方式という特長までは必要としていない。それよりも、一般的な速度検出周期を可変設定できるようにしたり、異なる速度検出期間を有する複数の速度検出を組み合わせたりする方式を提案するものである。   The present invention basically detects the speed by dividing the phase difference of the generated pulse by the time difference in the same manner as in the conventional example, but does not require the feature of the 4-multiplex system as in Patent Document 1. . Instead, it proposes a method that allows a general speed detection period to be variably set or a combination of a plurality of speed detections having different speed detection periods.

そこで説明を簡素化するために、1相パルス信号の例を採用して説明している。もしこの原理を特許文献1のような4多重方式にも拡張することは容易に実現できるので、ここでは異なる方式を組み合わせることについての説明は省略する。   Therefore, in order to simplify the explanation, an example of a one-phase pulse signal is adopted and explained. If this principle can be easily extended to the 4-multiplex system as in Patent Document 1, description of combining different systems is omitted here.

特許第3173174号公報Japanese Patent No. 3173174

電気学会、電気論D,155巻11号 pp1316−1324(平成7年)の2章The Institute of Electrical Engineers of Japan, Electrical Theory D, Vol.155, No.11, pp 1316-1324

従来の速度検出方式では、エンコーダが出力するパルス信号を、高速クロックで動作するディジタル回路によりパルス発生時刻やパルスカウンタ値(位相情報)を逐次計測しておき、一定周期のサンプル信号にてディジタル回路内のラッチ(レジスタ)に記憶する。そして、このサンプル信号と同時に、CPUなどの演算処理装置に割込信号が与えられる。この割込信号により速度検出処理が起動されると、前記ラッチデータを読み出し、そして前回までに読み出した時刻や位相の検出情報との差分から速度検出演算を行っている。   In the conventional speed detection method, the pulse signal output from the encoder is sequentially measured by a digital circuit that operates with a high-speed clock, and the pulse generation time and pulse counter value (phase information) are measured. Stored in a latch (register). Simultaneously with this sample signal, an interrupt signal is given to an arithmetic processing unit such as a CPU. When the speed detection process is activated by this interrupt signal, the latch data is read out, and the speed detection calculation is performed from the difference from the time and phase detection information read up to the previous time.

本明細書にて対策する問題点は、このエンコーダが発生するパルス信号にジッタと呼ばれる発生時刻の揺らぎが生じると、速度検出にオフセット誤差が生じる現象であり、この誤差を抑制するために速度検出期間の長さを可変にして適切なものを選定することを提案する。   The problem addressed in this specification is a phenomenon in which an offset error occurs in speed detection when a fluctuation of the generation time called jitter occurs in the pulse signal generated by this encoder, and speed detection is performed to suppress this error. It is proposed to select an appropriate one with variable duration.

例えば図10(a)のような一定速度における1相パルス信号の場合を考えると、パルスP1aとP1b、もう一つはパルスP1bとP1cのパルス間の検出情報より速度が検出できる。これに対して、ジッタによるパルス発生時刻の揺らぎにより誤差が発生する原理を示すために、図10(b)のようにパルスP1bの発生時刻がΔTだけずれてパルスP2bの時刻で発生したと仮定して説明する。   For example, in the case of a one-phase pulse signal at a constant speed as shown in FIG. 10A, the speed can be detected from detection information between pulses P1a and P1b and the other pulse P1b and P1c. On the other hand, in order to show the principle that an error is generated due to fluctuations in the pulse generation time due to jitter, it is assumed that the generation time of the pulse P1b is shifted by ΔT and generated at the time of the pulse P2b as shown in FIG. To explain.

理想的なジッタ誤差の無い図10(a)では2回の速度検出が可能であり、パルスP1aとP1b間からは(1a)式、パルスP1bとP1c間からは(1b)式となる。同様に図10(b)の場合では、(2a)式と(2b)式として演算することになる。   In FIG. 10A where there is no ideal jitter error, the speed can be detected twice. The equation (1a) is obtained between the pulses P1a and P1b, and the equation (1b) is obtained between the pulses P1b and P1c. Similarly, in the case of FIG. 10B, the calculation is performed as equations (2a) and (2b).

ω1ab=(θ1b−θ1a)/(t1b−t1a)…(1a)
ω1bc=(θ1c−θ1b)/(t1c−t1b)…(1b)
ω2ab=(θ2b−θ2a)/(t2b−t2a)…(2a)
ω2bc=(θ2c−θ2b)/(t2c−t2b)…(2b)
ここで、誤差の影響を具体的に示すために、仮の数値を代入してみる。速度計算上はエンコーダパルスの発生位相差は一定であると仮定するので、図10(a)でも図10(b)でもパルス間の位相差は(3)式のように等しくなる。ここでは値を“1”と仮定している。
ω1ab = (θ1b−θ1a) / (t1b−t1a) (1a)
ω1bc = (θ1c−θ1b) / (t1c−t1b) (1b)
ω2ab = (θ2b−θ2a) / (t2b−t2a) (2a)
ω2bc = (θ2c−θ2b) / (t2c−t2b) (2b)
Here, in order to specifically show the influence of the error, a temporary numerical value is substituted. In the speed calculation, it is assumed that the generated phase difference of the encoder pulse is constant. Therefore, the phase difference between the pulses is equal as shown in the equation (3) in FIG. 10 (a) and FIG. 10 (b). Here, the value is assumed to be “1”.

(θ1b−θ1a)=(θ1c−θ1b)=(θ2b−θ2a)=(θ2c−θ2b)=1…(3)
時間差については、図10(a)のジッタが無い理想的なパルスの方は、(4)式のように2個の時間差は等しくなる。
(Θ1b−θ1a) = (θ1c−θ1b) = (θ2b−θ2a) = (θ2c−θ2b) = 1 (3)
Regarding the time difference, the ideal time pulse with no jitter shown in FIG. 10A has the same time difference between the two as shown in equation (4).

(t1b−t1a)=(t1c−t1b)=1…(4)
これに対して図10(b)側では、ジッタによる時間の揺らぎ(発生時刻のずれ)をΔT=0.3と仮定すると、2個の時間差は(5a)式と(5b)式のような異なる値になる。
(T1b-t1a) = (t1c-t1b) = 1 (4)
On the other hand, on the side of FIG. 10 (b), assuming that the time fluctuation (deviation of the generation time) due to jitter is ΔT = 0.3, the two time differences are as shown in equations (5a) and (5b). It becomes a different value.

(t2b−t2a)=1+0.3=1.3…(5a)
(t2c−t2b)=1−0.3=0.7…(5b)
この仮定の下で、(1a)式と(1b)式および(2a)式と(2b)式の4個の速度を計算してみると次のような値になり、(1a’)式と(1b’)式が示す真の速度1.0に対して、(2a’)式と(2b’)式の方にはジッタによって生じた速度検出誤差が含まれていることが明らかになる。
(T2b-t2a) = 1 + 0.3 = 1.3 (5a)
(T2c-t2b) = 1-0.3 = 0.7 (5b)
Under this assumption, when calculating the four velocities of (1a), (1b), (2a) and (2b), the following values are obtained, and (1a ′) It becomes clear that the speed detection error caused by the jitter is included in the expressions (2a ′) and (2b ′) with respect to the true speed 1.0 indicated by the expression (1b ′).

ω1ab=(θ1b−θ1a)/(t1b−t1a)=1/1=1.0…(1a’)
ω1bc=(θ1c−θ1b)/(t1c−t1b)=1/1=1.0…(1b’)
ω2ab=(θ2b−θ2a)/(t2b−t2a)=1/1.3≒0.76923…(2a’)
ω2bc=(θ2c−θ2b)/(t2c−t2b)=1/0.7≒1.42857…(2b’)
次に従来例として、この速度検出誤差を統計手法により抑制する方法、つまり最も簡単な2回の平均値を取る方法を考える。
ω1ab = (θ1b−θ1a) / (t1b−t1a) = 1/1 = 1.0 (1a ′)
ω1bc = (θ1c−θ1b) / (t1c−t1b) = 1/1 = 1.0 (1b ′)
ω2ab = (θ2b−θ2a) / (t2b−t2a) = 1 / 1.3≈0.76923 (2a ′)
ω2bc = (θ2c−θ2b) / (t2c−t2b) = 1 / 0.7≈1.42857 (2b ′)
Next, as a conventional example, a method of suppressing this speed detection error by a statistical method, that is, a method of taking the simplest two average values will be considered.

理想的なパルスの場合には、(1a’)式と(1b’)式の平均値は(6)式となり、やはり真値のままである。   In the case of an ideal pulse, the average value of the equations (1a ′) and (1b ′) is the equation (6), which is still a true value.

ω1ave_ac=(ω1ab+ω1bc)/2=(1.0+1.0)/2=1.0…(6)
ジッタを含むパルスの方は、(2a’)式と(2b’)式の平均値は(7)式となり真値とは一致しないので誤差は零にはならない。
ω1ave_ac = (ω1ab + ω1bc) / 2 = (1.0 + 1.0) /2=1.0 (6)
In the case of a pulse including jitter, the average value of the equations (2a ′) and (2b ′) is the equation (7) and does not match the true value, so the error does not become zero.

ω2ave_ac=(ω2ab+ω2bc)/2≒(0.76923+1.42857)/2=1.0989…(7)
ジッタによる時間誤差を含むのは中間のパルスP1bのタイミングだけであるので、直感的にはその両側の速度の平均をとれば誤差を零にできると想定することが多い。しかし実際には統計処理では、オフセット誤差が残る。これが本発明の真の解決したい課題である。では、なぜ平均値が零にならないかについて次に説明する。
ω2ave_ac = (ω2ab + ω2bc) / 2≈ (0.76923 + 1.428857) /2=1.0989 (7)
Since it is only the timing of the intermediate pulse P1b that includes a time error due to jitter, it is often assumed that the error can be made zero by intuitively averaging the speeds on both sides. In practice, however, an offset error remains in statistical processing. This is the real problem to be solved by the present invention. Now, why the average value does not become zero will be described below.

上記までは数値例を示したが、オフセット誤差の説明については図11のグラフを使用する。図11は横軸に(2a’)式と(2b’)式の分母のような時間差(T)をとり、縦軸に(2a’)式と(2b’)式の計算結果である速度検出(ω)をプロットしたものである。ジッタによる誤差時間(+ΔT,−ΔT)が存在するので横軸の2点から垂線を引き、この垂線上に速度検出値をプロットしてみると、これらは原点に対して反比例の特性上に存在することになる。   Although numerical examples have been shown so far, the graph of FIG. 11 is used for explaining the offset error. In FIG. 11, the horizontal axis represents the time difference (T) like the denominator of the expressions (2a ′) and (2b ′), and the vertical axis represents the speed detection that is the calculation result of the expressions (2a ′) and (2b ′). (Ω) is plotted. Since there is an error time (+ ΔT, -ΔT) due to jitter, when a perpendicular line is drawn from two points on the horizontal axis and the velocity detection values are plotted on this perpendicular line, these exist on the characteristics that are inversely proportional to the origin. Will do.

誤差成分が分数の分母にのみ存在するために、反比例のような誤差分布になることは容易に想像がつく。もし、誤差分布が「傾きが−1の直線上」に存在してくれるならば、2点の平均値をとれば誤差は零になる。しかし(2a’)式と(2b’)式の速度誤差のように、ジッタによる速度検出は反比例特性、つまり常に「−1の傾きの直線」よりも振幅が大きい方向の誤差を含んでしまう。したがって、大量の平均処理を行っても誤差を零にすることはできず、真値よりも常に振幅が大きくなるというオフセット誤差が残ってしまう。これが問題点であり、ここでは「ジッタによる速度のオフセット誤差」または単に「オフセット誤差」と呼ぶことにする。   Since the error component exists only in the fractional denominator, it is easy to imagine that the error distribution is inversely proportional. If the error distribution exists on a "straight line of -1", the error becomes zero if the average value of the two points is taken. However, like the speed error in the equations (2a ′) and (2b ′), the speed detection based on the jitter includes an inverse proportional characteristic, that is, an error in a direction in which the amplitude is always larger than the “−1 slope straight line”. Therefore, even if a large amount of average processing is performed, the error cannot be made zero, and an offset error that the amplitude always becomes larger than the true value remains. This is a problem and will be referred to herein as “speed offset error due to jitter” or simply “offset error”.

上記の問題点は、ジッタというパルス発生時刻のバラツキが要因であり、その誤差が相対的に小さくなって無視できるほどの長い時間間隔で速度検出すれば、大きな速度誤差は生じないはずである。統計処理をするのではなく、速度検出演算時の分母の時間差の値が大きくなるように、つまり分子の位相差(パルスカウント数の差)を大きくするべきである。例えば図10(b)の例では、(7)式のように短い検出期間の速度検出を統計処理するよりも、(8)式のようにP2aからP2cまでの3パルスという長い間隔にて、分子と分母を個別に積算してから除算する方がオフセット誤差の抑制には有効である。   The above problem is caused by a variation in pulse generation time called jitter, and if the error is relatively small and the speed is detected at a time interval that can be ignored, a large speed error should not occur. Rather than performing statistical processing, the numerator phase difference (pulse count difference) should be increased so that the value of the time difference of the denominator in the speed detection calculation is increased. For example, in the example of FIG. 10 (b), rather than statistically processing speed detection in a short detection period as in equation (7), at a long interval of 3 pulses from P2a to P2c as in equation (8), It is more effective to suppress the offset error by dividing the numerator and denominator separately.

ω2ave_ac’=(θ2c−θ2a)/(t2c−t2a)…(8)
従来より「検出期間を長くすると精度が良い」という経験則が知られていたが、厳密には「オフセット誤差」の原理までは一般的には認識されていないようである。そのため「計測時間を短くしておき、統計処理で解決できる」という誤解をされやすい。そこで以上のような詳細な説明を行うことにより、計測時間の適切な選定の重要性と、本課題に対しては統計処理の効果に限界が存在することを明らかにしてきた。ここまでは、速度検出という限定した部分であったが、以降からは速度制御系に視野を広げ、そして、このオフセット誤差を抑制するための方式を提案する。
ω2ave_ac ′ = (θ2c−θ2a) / (t2c−t2a) (8)
Conventionally, an empirical rule that “the longer the detection period is, the better the accuracy” is known. However, strictly speaking, it seems that the principle of “offset error” is not generally recognized. Therefore, it is easy to be misunderstood that the measurement time can be shortened and solved by statistical processing. Therefore, by explaining in detail as described above, it has been clarified that there is a limit to the importance of appropriate selection of measurement time and the effect of statistical processing on this subject. Up to this point, it was a limited part of speed detection, but from now on, we will expand the field of view to the speed control system and propose a method for suppressing this offset error.

特許文献1ではサンプル時間(CPU割込周期)がこの速度検出時間を支配している。単純に精度を高めるには速度検出の時間差を長くすればよいが、同時に検出遅れ(ムダ時間)も大きくなってしまい、速度制御の応答性を制限する要因となってくる。逆に速度検出時間を短くすれば、速度検出誤差は大きいものの時間遅れ(ムダ時間)が小さくなるので、応答性は高くできる。しかし、ジッタによる速度検出誤差のバラツキが増加するために、モータの制御時に速度制御出力であるトルク指令に大きな脈動成分が生じてしまい、トルク品質が劣化する問題も生じる。   In Patent Document 1, the sample time (CPU interruption period) dominates this speed detection time. To increase the accuracy simply, the time difference in speed detection may be increased, but at the same time, the detection delay (waste time) also increases, which becomes a factor that limits the responsiveness of speed control. Conversely, if the speed detection time is shortened, although the speed detection error is large, the time delay (waste time) is reduced, so that the responsiveness can be improved. However, since the variation in speed detection error due to jitter increases, a large pulsation component is generated in the torque command that is the speed control output during motor control, resulting in a problem that the torque quality deteriorates.

このジッタの発生要因について考えてみると、エンコーダの原理的な種類や組み立て精度などによるバラツキなどに起因するので発生量は一定ではない。そのため「速度制御精度と応答性能とを両立できる」という相反する要求を満足するには、個別のシステムの状況に応じて速度検出時間(割り込み周期)を調整・変更する必要がある。かといって、CPU割込みの周期自体を変化させてしまうと、同じ割込処理で実行している速度制御以外の制御演算に対して特性変化をさせてしまう危惧も生じてくる。   Considering the cause of this jitter, the amount of jitter is not constant because it is caused by variations in the principle type of encoder and assembly accuracy. Therefore, in order to satisfy the conflicting requirement that “speed control accuracy and response performance can be compatible”, it is necessary to adjust and change the speed detection time (interrupt cycle) according to the situation of the individual system. However, if the CPU interrupt cycle itself is changed, there is a fear that the characteristic may be changed for control operations other than speed control executed by the same interrupt processing.

本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、割込周期を変えることなく、速度検出におけるオフセット誤差を抑制して速度検出精度を向上させることができる速度検出装置および速度制御システムを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a speed detection device and a speed control system capable of improving speed detection accuracy by suppressing an offset error in speed detection without changing an interrupt cycle. It is to provide.

上記課題を解決するための請求項1に記載の速度検出装置は、回転機の回転速度を検出する速度検出装置であって、
回転機の回転角度を検出するパルスエンコーダの出力パルスに基づいて、設定したサンプル周期毎に、パルス有無情報、パルス位相情報およびパルス発生時刻情報を取得するパルス情報取得部と、
前記サンプル周期毎に取得された前記パルス位相情報を各々記憶するパルス位相バッファと、
前記サンプル周期毎に取得された前記パルス発生時刻情報を各々記憶するパルス時刻バッファと、
複数サンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための選択信号を設定する選択信号設定部と、
前記選択信号設定部で設定された選択信号によって、前記パルス位相バッファ内の複数サンプル周期前のパルス位相情報を選択し、前記パルス時刻バッファ内の複数サンプル周期前のパルス発生時刻情報を選択する過去情報選択部と、
前記パルス位相バッファ内の最新パルス位相と前記過去情報選択部によって選択された複数サンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファ内の最新パルス発生時刻と前記過去情報選択部によって選択された複数サンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて速度検出値を演算する速度検出演算部と、
を備えたことを特徴とする。
The speed detection device according to claim 1 for solving the above problem is a speed detection device for detecting a rotation speed of a rotating machine,
Based on the output pulse of the pulse encoder that detects the rotation angle of the rotating machine, for each set sample period, a pulse information acquisition unit that acquires pulse presence information, pulse phase information, and pulse generation time information;
A pulse phase buffer for storing each of the pulse phase information acquired for each sample period;
A pulse time buffer for storing each of the pulse generation time information acquired for each sample period;
A selection signal setting unit for setting a selection signal for selecting pulse information acquired and stored before a plurality of sample periods;
Past selecting pulse phase information before a plurality of sample periods in the pulse phase buffer according to a selection signal set by the selection signal setting unit, and selecting pulse generation time information before a plurality of sample periods in the pulse time buffer An information selector,
The difference between the latest pulse phase in the pulse phase buffer and the pulse phase before a plurality of sample periods selected by the past information selection unit, the latest pulse generation time in the pulse time buffer, and the past information selection unit are selected. A speed detection calculation unit that calculates a speed detection value based on a difference from a pulse generation time before a plurality of sample periods;
It is provided with.

また、請求項2に記載の速度検出装置は、請求項1において、
前記パルス情報取得部は、
前記パルスエンコーダからの出力パルスを波形整形してパルスの立上り、立下りの各エッジを検出する波形整形回路と、
前記波形整形回路で検出されたパルスの立上りエッジ、立下りエッジによりアップ/ダウンカウントを行い、カウント値をパルス位相値として出力するパルス位相アップダウンカウンタと、
基準クロックをカウントして時刻データを出力し、設定されたサンプル周期毎に割込信号を出力するタイマ回路と、
前記波形整形回路からパルスの各エッジの検出信号が入力されたときの前記タイマ回路の時刻データを記憶保持し、パルス発生時刻として出力するパルス発生時刻計測回路と、
前記波形整形回路からのパルスの各エッジの検出信号によりセットされ、前記タイマ回路からの割込信号によりリセットされ、該割込信号の発生周期の間にパルスが発生したか否かを示すパルス有無信号を出力するフリップフロップ回路と、
前記タイマ回路からの割込信号をイネーブル信号として、前記パルス位相アップダウンカウンタから送出されるパルス位相値、前記パルス発生時刻計測回路から送出されるパルス発生時刻および前記フリップフロップ回路から送出されるパルス有無信号を各々保持する読み出し用バッファと、を備え、
前記パルス位相バッファおよびパルス時刻バッファは、前記タイマ回路からの割込信号および前記読み出し用バッファからのパルス有無信号の論理積信号をイネーブル信号として、前記読み出し用バッファのパルス位相値およびパルス発生時刻を読み出して記憶する、最新情報記憶用バッファとn段(nは整数)の過去情報記憶用バッファとで各々構成され、
前記選択信号設定部の選択信号は、前記n段の過去情報記憶用バッファのうちいずれかの段のバッファを指定する信号に設定され、
前記過去情報選択部は、前記n段の過去情報記憶用バッファのうち前記選択信号設定部の選択信号で指定された段のバッファの情報を選択する、
ことを特徴としている。
The speed detection device according to claim 2 is the method according to claim 1,
The pulse information acquisition unit
A waveform shaping circuit that shapes the output pulse from the pulse encoder to detect rising and falling edges of the pulse; and
A pulse phase up / down counter that counts up / down at the rising edge and falling edge of the pulse detected by the waveform shaping circuit and outputs the count value as a pulse phase value;
A timer circuit that counts the reference clock, outputs time data, and outputs an interrupt signal for each set sample period;
A pulse generation time measuring circuit that stores and holds time data of the timer circuit when a detection signal of each edge of a pulse is input from the waveform shaping circuit, and outputs the pulse generation time;
Set by the detection signal at each edge of the pulse from the waveform shaping circuit, reset by the interrupt signal from the timer circuit, and the presence / absence of a pulse indicating whether or not a pulse has occurred during the generation period of the interrupt signal A flip-flop circuit that outputs a signal;
Using the interrupt signal from the timer circuit as an enable signal, the pulse phase value sent from the pulse phase up / down counter, the pulse generation time sent from the pulse generation time measuring circuit, and the pulse sent from the flip-flop circuit A read buffer for holding presence / absence signals,
The pulse phase buffer and the pulse time buffer use the AND signal of the interrupt signal from the timer circuit and the pulse presence / absence signal from the read buffer as an enable signal, and determine the pulse phase value and pulse generation time of the read buffer. Each of the latest information storage buffer and the n-stage (n is an integer) past information storage buffer is configured to read and store,
The selection signal of the selection signal setting unit is set to a signal for designating any one of the n stages of past information storage buffers,
The past information selection unit selects information of a buffer at a stage specified by a selection signal of the selection signal setting unit from among the n stages of past information storage buffers;
It is characterized by that.

上記構成によれば、複数パルス周期前のパルス情報から最新パルス情報までの速度検出期間を長くする(選択信号設定部で設定する)ことができ、速度検出における、パルス信号の発生時刻のゆらぎによるオフセット誤差を抑制して速度検出精度を向上させることができる。   According to the above configuration, the speed detection period from the pulse information before a plurality of pulse periods to the latest pulse information can be lengthened (set by the selection signal setting unit), and due to fluctuations in pulse signal generation time in speed detection It is possible to improve the speed detection accuracy by suppressing the offset error.

また、請求項3に記載の速度検出装置は、請求項1において、
前記選択信号設定部は、
第1のサンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための第1の選択信号と、前記第1のサンプル周期前よりも過去の第2のサンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための第2の選択信号とを設定し、
前記過去情報選択部は、
前記第1の選択信号によって、前記パルス位相バッファ内の第1のサンプル周期前のパルス位相情報および前記パルス時刻バッファ内の第1のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する第1の過去情報選択部と、
前記第2の選択信号によって、前記パルス位相バッファ内の第2のサンプル周期前のパルス位相情報および前記パルス時刻バッファ内の第2のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する第2の過去情報選択部とを有し、
前記速度検出演算部は、
前記パルス位相バッファ内の最新パルス位相と前記第1の過去情報選択部によって選択された第1のサンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファ内の最新パルス発生時刻と前記第1の過去情報選択部によって選択された第1のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて第1の速度検出値を演算する第1の速度検出演算部と、
前記パルス位相バッファ内の最新パルス位相と前記第2の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファ内の最新パルス発生時刻と前記第2の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて第2の速度検出値を演算する第2の速度検出演算部とを有している
ことを特徴とする。
The speed detection device according to claim 3 is the method according to claim 1.
The selection signal setting unit includes:
A first selection signal for selecting pulse information acquired and stored before the first sample period, and a pulse acquired and stored before the second sample period before the first sample period And a second selection signal for selecting information,
The past information selection unit
First past information selection for selecting pulse phase information before the first sample period in the pulse phase buffer and pulse time information before the first sample period in the pulse time buffer by the first selection signal And
Second past information selection for selecting the pulse phase information before the second sample period in the pulse phase buffer and the pulse time information before the second sample period in the pulse time buffer by the second selection signal And
The speed detection calculation unit
The difference between the latest pulse phase in the pulse phase buffer and the pulse phase before the first sample period selected by the first past information selection unit, the latest pulse generation time in the pulse time buffer, and the first A first speed detection calculation unit that calculates a first speed detection value based on a difference from a pulse generation time before the first sample period selected by the past information selection unit;
The difference between the latest pulse phase in the pulse phase buffer and the pulse phase before the second sample period selected by the second past information selection unit, the latest pulse generation time in the pulse time buffer, and the second A second speed detection calculation unit that calculates a second speed detection value based on a difference from a pulse generation time before the second sample period selected by the past information selection unit. And

また、請求項4に記載の速度検出装置は、請求項2において、
前記選択信号設定部は、
第1のサンプル周期前に取得され記憶された、前記n段の過去情報記憶用バッファのうち何れかの段を指定する第1の選択信号と、前記第1のサンプル周期前よりも過去の第2のサンプル周期前に取得され記憶された、前記n段の過去情報記憶用バッファのうち何れかの段を指定する第2の選択信号とを設定し、
前記過去情報選択部は、
前記第1の選択信号によって指定された段の、前記パルス位相バッファの過去情報記憶用バッファ内の第1のサンプル周期前のパルス位相情報および前記パルス時刻バッファの過去情報記憶用バッファ内の第1のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する第1の過去情報選択部と、
前記第2の選択信号によって指定された段の、前記パルス位相バッファの過去情報記憶用バッファ内の第2のサンプル周期前のパルス位相情報および前記パルス時刻バッファの過去情報記憶用バッファ内の第2のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する第2の過去情報選択部とを有し、
前記速度検出演算部は、
前記パルス位相バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新パルス位相と前記第1の過去情報選択部によって選択された第1のサンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新パルス発生時刻と前記第1の過去情報選択部によって選択された第1のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて第1の速度検出値を演算する第1の速度検出演算部と、
前記パルス位相バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新パルス位相と前記第2の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新パルス発生時刻と前記第2の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて第2の速度検出値を演算する第2の速度検出演算部とを有している
ことを特徴とする。
A speed detection device according to claim 4 is the speed detection device according to claim 2,
The selection signal setting unit includes:
A first selection signal that designates one of the n stages of past information storage buffers acquired and stored before the first sample period, and a first selection signal before the first sample period; A second selection signal that designates any one of the n stages of past information storage buffers obtained and stored before two sample periods;
The past information selection unit
The pulse phase information before the first sampling period in the past information storage buffer of the pulse phase buffer and the first in the past information storage buffer of the pulse time buffer at the stage specified by the first selection signal. A first past information selection unit for selecting pulse time information before the sample period;
The pulse phase information before the second sample period in the past information storage buffer of the pulse phase buffer and the second in the past information storage buffer of the pulse time buffer at the stage specified by the second selection signal. A second past information selection unit for selecting the pulse time information before the sample period,
The speed detection calculation unit
The difference between the latest pulse phase in the latest information storage buffer of the pulse phase buffer and the pulse phase before the first sample period selected by the first past information selection unit, and the latest information storage of the pulse time buffer A first speed for calculating a first speed detection value based on a difference between the latest pulse generation time in the buffer and a pulse generation time before the first sample period selected by the first past information selection unit A detection calculation unit;
The difference between the latest pulse phase in the latest information storage buffer of the pulse phase buffer and the pulse phase before the second sample period selected by the second past information selection unit, and the latest information storage of the pulse time buffer Second speed for calculating the second speed detection value based on the difference between the latest pulse generation time in the buffer and the pulse generation time before the second sample period selected by the second past information selection unit And a detection calculation unit.

前記第2の選択信号で設定された第2のサンプル周期前と最新時刻の間は、第1の選択信号で設定された第1のサンプル周期前と最新時刻の間よりも速度検出期間が長い。このため上記構成によれば、異なる2つの速度検出期間による速度検出演算が可能となり、例えば短く設定した速度検出期間による速度検出演算(第1の速度検出演算部)と、長く設定した速度検出期間による速度検出演算(第2の速度検出演算部)とを行うことにより、早い応答性能を満たす速度検出値(第1の速度検出値)と、高い速度検出精度を満たす速度検出値(第2の速度検出値)の両方を得ることができる。   The speed detection period is longer between the time before the second sample period set by the second selection signal and the latest time than between the time before the first sample period set by the first selection signal and the latest time. . For this reason, according to the above configuration, it is possible to perform speed detection calculation using two different speed detection periods. For example, a speed detection calculation (first speed detection calculation unit) based on a short speed detection period and a speed detection period set long. Speed detection calculation (second speed detection calculation unit) by performing a speed detection value (first speed detection value) that satisfies fast response performance and a speed detection value (second speed) that satisfies high speed detection accuracy. Both speed detection values) can be obtained.

また、請求項5に記載の速度制御システムは、
回転機の速度指令と回転機の速度検出値の偏差に対して比例制御を行う比例制御項と、回転機の速度指令と回転機の速度検出値の偏差に対して積分制御を行う積分制御項とを有して、回転機の速度制御を行う速度制御システムであって、
請求項3又は4に記載の速度検出装置を備え、
前記比例制御項における回転機の速度検出値として、前記速度検出装置の第1の速度検出演算部で演算された第1の速度検出値を用い、
前記積分制御項における回転機の速度検出値として、前記速度検出装置の第2の速度検出演算部で演算された第2の速度検出値を用いる、
ことを特徴とする。
The speed control system according to claim 5 is:
A proportional control term that performs proportional control with respect to the deviation between the speed command of the rotating machine and the detected speed value of the rotating machine, and an integral control term that performs integral control with respect to the deviation between the speed command of the rotating machine and the detected speed value of the rotating machine. And a speed control system for controlling the speed of the rotating machine,
The speed detection device according to claim 3 or 4,
As the speed detection value of the rotating machine in the proportional control term, using the first speed detection value calculated by the first speed detection calculation unit of the speed detection device,
As the speed detection value of the rotating machine in the integral control term, the second speed detection value calculated by the second speed detection calculation unit of the speed detection device is used.
It is characterized by that.

上記構成によれば、比例制御項の速度検出値として、速度検出期間が短く速い応答性能を満たす第1の速度検出値が用いられるため、ムダ時間が少なくなって応答性能が高められる。   According to the above configuration, since the first speed detection value that satisfies the quick response performance with a short speed detection period is used as the speed detection value of the proportional control term, the waste time is reduced and the response performance is improved.

また、積分制御項の速度検出値として、速度検出期間が長く高い速度検出精度を満たす第2の速度検出値が用いられるため、速度制御精度が高められる(速度検出期間が長く、ムダ時間が大となっても積分項の制御において、悪影響は少ない)。したがって、速度制御精度と応答性能とを両立する制御系を構築することができる。   Further, since the second speed detection value that has a long speed detection period and satisfies the high speed detection accuracy is used as the speed detection value of the integral control term, the speed control accuracy is improved (the speed detection period is long and the waste time is large). Even if it becomes, there is little adverse effect on the control of the integral term). Therefore, it is possible to construct a control system that achieves both speed control accuracy and response performance.

また、請求項6に記載の速度制御システムは、
回転機の速度指令と回転機の速度検出値の偏差に対して比例制御を行う比例制御項と、回転機の速度指令と回転機の速度検出値の偏差に対して積分制御を行う積分制御項とを有して、回転機の速度制御を行う速度制御システムであって、
請求項4に記載の速度検出装置を備え、
回転機の速度指令を時間積分して位相指令を求める速度指令/位相指令変換回路を設け、
前記速度検出装置のタイマ回路からの割込信号をイネーブル信号として、前記速度指令/位相指令変換回路で求められた位相指令を保持する位相指令読み出し用バッファと、
最新情報記憶用バッファおよびn段(nは整数)の過去情報記憶用バッファとで構成され、前記速度検出装置の読み出し用バッファからのパルス有無信号をイネーブル信号として、前記位相指令読み出し用バッファ内の位相指令を読み出して記憶する位相指令バッファと、
前記速度検出装置の選択信号設定部で設定された第2の選択信号によって指定された段の、前記位相指令バッファの過去情報記憶用バッファ内の第2のサンプル周期前の位相指令を選択する第3の過去情報選択部と、
前記位相指令バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新位相指令と前記第3の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前の位相指令との差分を、前記速度検出装置の第2の速度検出演算部における最新パルス発生時刻と第2のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分で除算する演算回路とによって、
平均化速度指令を求める平均化速度指令演算部をさらに設け、
前記積分制御項における回転機の速度指令として、前記平均化速度指令演算部で求められた平均化速度指令を用い、
前記比例制御項における回転機の速度検出値として、前記速度検出装置の第1の速度検出演算部で演算された第1の速度検出値を用い、
前記積分制御項における回転機の速度検出値として、前記速度検出装置の第2の速度検出演算部で演算された第2の速度検出値を用いる
ことを特徴とする。
Further, the speed control system according to claim 6 is:
A proportional control term that performs proportional control with respect to the deviation between the speed command of the rotating machine and the detected speed value of the rotating machine, and an integral control term that performs integral control with respect to the deviation between the speed command of the rotating machine and the detected speed value of the rotating machine. And a speed control system for controlling the speed of the rotating machine,
A speed detection device according to claim 4,
A speed command / phase command conversion circuit that obtains a phase command by integrating the speed command of the rotating machine over time is provided.
A phase command read buffer for holding an interrupt signal from the timer circuit of the speed detection device as an enable signal and holding the phase command obtained by the speed command / phase command conversion circuit;
The latest information storage buffer and the n-stage (n is an integer) past information storage buffer, and a pulse presence / absence signal from the read buffer of the speed detection device is used as an enable signal in the phase command read buffer. A phase command buffer for reading and storing the phase command;
A phase command for selecting the phase command before the second sample period in the past information storage buffer of the phase command buffer at the stage specified by the second selection signal set by the selection signal setting unit of the speed detection device. 3 past information selection sections;
The difference between the latest phase command in the latest information storage buffer of the phase command buffer and the phase command before the second sample period selected by the third past information selection unit is calculated as a second value of the speed detection device. An arithmetic circuit that divides by the difference between the latest pulse generation time and the pulse generation time before the second sample period in the speed detection calculation unit,
An average speed command calculation unit for obtaining an average speed command is further provided.
As the speed command of the rotating machine in the integral control term, using the averaged speed command obtained by the averaged speed command calculation unit,
As the speed detection value of the rotating machine in the proportional control term, using the first speed detection value calculated by the first speed detection calculation unit of the speed detection device,
The second speed detection value calculated by the second speed detection calculation unit of the speed detection device is used as the speed detection value of the rotating machine in the integral control term.

上記構成によれば、積分制御項において、加速中は、速度検出期間が長くムダ時間の大きい第2の速度検出値と平均化速度指令との差が小さくなり、速度検出遅れ時間による影響を小さくできる。このため、加速中に前記検出時間遅れ成分が積分器に溜まる量が抑制され、一定速度に移行した際の、前記積分器に溜まった量の放出によるオーバーシュートを抑制することができる。これによって速度制御の精度が向上する。   According to the above configuration, in the integral control term, during acceleration, the difference between the second speed detection value having a long speed detection period and a large waste time and the average speed command becomes small, and the influence of the speed detection delay time is reduced. it can. For this reason, the amount of the detection time delay component that accumulates in the integrator during acceleration is suppressed, and overshoot due to the release of the amount accumulated in the integrator when shifting to a constant speed can be suppressed. This improves the accuracy of speed control.

(1)請求項1〜6に記載の発明によれば、速度検出におけるオフセット誤差が抑制され、速度検出精度が向上する。
(2)請求項3、4に記載の発明によれば、異なる2つの速度検出期間による速度検出演算が可能となり、例えば短く設定した速度検出期間による速度検出演算(第1の速度検出演算部)と、長く設定した速度検出期間による速度検出演算(第2の速度検出演算部)とを行うことにより、早い応答性能を満たす速度検出値(第1の速度検出値)と、高い速度検出精度を満たす速度検出値(第2の速度検出値)の両方を得ることができる。
(3)請求項5に記載の発明によれば、比例制御項の速度検出値として、速度検出期間が短く速い応答性能を満たす第1の速度検出値が用いられるため、ムダ時間が少なくなって応答性能が高められる。
(1) According to the first to sixth aspects of the invention, the offset error in the speed detection is suppressed, and the speed detection accuracy is improved.
(2) According to the third and fourth aspects of the invention, speed detection calculation can be performed by two different speed detection periods. For example, speed detection calculation by a short speed detection period (first speed detection calculation unit) And a speed detection calculation (second speed detection calculation unit) with a long speed detection period, a speed detection value (first speed detection value) that satisfies fast response performance and high speed detection accuracy. Both satisfying speed detection values (second speed detection values) can be obtained.
(3) According to the invention described in claim 5, since the first speed detection value that satisfies the quick response performance with a short speed detection period is used as the speed detection value of the proportional control term, the waste time is reduced. Response performance is improved.

また、積分制御項の速度検出値として、速度検出期間が長く高い速度検出精度を満たす第2の速度検出値が用いられるため、速度制御精度が高められる(速度検出期間が長く、ムダ時間が大となっても積分項の制御において、悪影響は少ない)。したがって、速度制御精度と応答性能とを両立する制御系を構築することができる。
(4)請求項6に記載の発明によれば、積分制御項において、加速中に検出時間遅れ成分が積分器に溜まる量が抑制され、一定速度に移行した際の、前記積分器に溜まった量の放出によるオーバーシュートを抑制することができる。これによって速度制御の精度が向上する。
Further, since the second speed detection value that has a long speed detection period and satisfies the high speed detection accuracy is used as the speed detection value of the integral control term, the speed control accuracy is improved (the speed detection period is long and the waste time is large). Even if it becomes, there is little adverse effect on the control of the integral term). Therefore, it is possible to construct a control system that achieves both speed control accuracy and response performance.
(4) According to the invention described in claim 6, in the integral control term, the amount of the detection time delay component accumulated in the integrator during acceleration is suppressed, and accumulated in the integrator when shifting to a constant speed. Overshoot due to the release of the amount can be suppressed. This improves the accuracy of speed control.

本発明の実施例1による速度検出装置の全体構成図。1 is an overall configuration diagram of a speed detection device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施例1における要部構成図。The principal part block diagram in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の速度検出装置の動作を説明するタイムチャート。The time chart explaining operation | movement of the speed detection apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2による速度検出装置の構成図。The block diagram of the speed detection apparatus by Example 2 of this invention. 本発明の実施例2による速度制御システムの構成図。The block diagram of the speed control system by Example 2 of this invention. 速度検出遅れ時間による速度指令との差分を起因として生じる問題点を説明する速度−時間特性図。The speed-time characteristic figure explaining the problem which arises because of the difference with the speed command by speed detection delay time. 本発明の実施例3による速度検出装置の構成図。The block diagram of the speed detection apparatus by Example 3 of this invention. 本発明の実施例3による速度制御システムの構成図。The block diagram of the speed control system by Example 3 of this invention. 本発明の実施例3による効果を説明する速度−時間特性図。The speed-time characteristic view explaining the effect by Example 3 of this invention. エンコーダが発生するパルス信号と位相、時刻の関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the pulse signal which an encoder generate | occur | produces, a phase, and time. パルス発生時刻が揺らいだ際に、平均処理では速度検出のオフセット誤差を無くすことができないことを表す説明図。Explanatory drawing showing that the offset error of speed detection cannot be eliminated by the averaging process when the pulse generation time fluctuates.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、ディジタル回路とCPU演算は相互に置き換えが可能な部分があるので、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。本実施形態では、まず最初に、割込周期は固定したままで、個別装置において速度検出時間を任意に可変設定できる方式を実施例1として提案する。それから、実施例2以降にて、さらに「速度制御精度と応答性能とを両立できる」改善策を提案する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments because the digital circuit and the CPU operation can be replaced with each other. . In the present embodiment, first, a method is proposed as Example 1 in which the speed detection time can be arbitrarily variably set in an individual apparatus while the interrupt period is fixed. Then, in the second and subsequent embodiments, a further improvement measure “which can achieve both speed control accuracy and response performance” is proposed.

図1は実施例1の速度検出装置の構成を示している。図1の構成は大きく分けて、左側の「ディジタル検出回路」と右側の「CPU演算」に分けられる。ディジタル検出回路の部分は、基本的には特許文献1や非特許文献1の検出回路と同様である。しかし4多重方式回路や正転と逆転との切り替えまで考慮すると複雑になるので、本発明では、説明を簡素にするために、パルスエンコーダからの出力パルスを波形整形する波形整形回路の出力は、後述する図3のような正転パルス(Edg_up)のみの1相パルス信号に限定して取り扱うことにする。   FIG. 1 shows the configuration of the speed detection apparatus of the first embodiment. The configuration of FIG. 1 is roughly divided into a “digital detection circuit” on the left side and a “CPU calculation” on the right side. The part of the digital detection circuit is basically the same as the detection circuit of Patent Document 1 or Non-Patent Document 1. However, since it becomes complicated when considering the switching between the 4-multiplex system circuit and the forward rotation and the reverse rotation, in the present invention, in order to simplify the explanation, the output of the waveform shaping circuit that shapes the output pulse from the pulse encoder is Only one-phase pulse signals with only forward rotation pulses (Edg_up) as shown in FIG.

図1において、50は回転機の回転角度を検出するパルスエンコーダであり、モータなどの回転体の位相に応じてパルス信号を発生する。   In FIG. 1, reference numeral 50 denotes a pulse encoder that detects the rotation angle of a rotating machine, and generates a pulse signal in accordance with the phase of a rotating body such as a motor.

51はパルスエンコーダ50からの出力パルスを波形整形する波形整形回路であり、パルスエンコーダ50の出力パルスの立上り、立下がりの各エッジを検出し、位相に相当するカウンタのUP/DOWN信号(Edg_up/Edg_dw)に変換する。   A waveform shaping circuit 51 shapes the output pulse from the pulse encoder 50. The rising and falling edges of the output pulse of the pulse encoder 50 are detected, and the UP / DOWN signal (Edg_up / Edg_dw).

52は、波形整形回路51から出力されるカウンタのUP/DOWN信号のOR演算を行ってパルス発生信号Edgを出力するOR回路である。以降、「パルス発生信号」を「パルス」と簡素化して使用する場合もある。   52 is an OR circuit that performs an OR operation on the UP / DOWN signal of the counter output from the waveform shaping circuit 51 and outputs a pulse generation signal Edg. Hereinafter, the “pulse generation signal” may be used simply as “pulse”.

53は、波形整形回路51で検出されたパルスの立上りエッジ、立下りエッジによりアップ/ダウンカウントを行い、カウント値をパルス位相値(θpp)として出力するパルス位相アップダウンカウンタであり、UP/DOWN信号(Edg_up/Edg_dw)によりカウンタ値θppをインクリメント(Up)/デクリメント(Dw)する。   53 is a pulse phase up / down counter that counts up / down at the rising and falling edges of the pulse detected by the waveform shaping circuit 51 and outputs the count value as a pulse phase value (θpp). The counter value θpp is incremented (Up) / decremented (Dw) by the signal (Edg_up / Edg_dw).

54は、パルスの発生時刻を計測するための基準時刻を生成するタイマ回路であり、ディジタル回路の基準クロックをカウントして時刻データtを出力する。またタイマ回路54は、CPUからD型フリップフロップ55を介して入力されるサンプル周期設定に応じて、該サンプル周期毎に割込信号Smpl(m)を出力する機能も有している。   A timer circuit 54 generates a reference time for measuring the pulse generation time, counts the reference clock of the digital circuit, and outputs time data t. The timer circuit 54 also has a function of outputting an interrupt signal Smpl (m) for each sample period in accordance with the sample period setting input from the CPU via the D-type flip-flop 55.

ここで、Smpl(m)の(m)は発生するタイミングを示すための識別子であり、mの具体的な値については「m1,m2,m3…」として表す。56は、前記パルス発生信号Edgが発生したときのタイマ回路54から出力された時刻データtを記憶保持し、パルス発生時刻tppとして出力するパルス発生時刻計測回路であり、OR回路52の出力(Edg)をイネーブル信号とするラッチ回路(DEN−ff)で構成されている。   Here, (m) of Smpl (m) is an identifier for indicating the timing of occurrence, and specific values of m are represented as “m1, m2, m3...”. 56 is a pulse generation time measuring circuit that stores and holds the time data t output from the timer circuit 54 when the pulse generation signal Edg is generated, and outputs it as the pulse generation time tpp. The output (Edg) of the OR circuit 52 ) Is a latch circuit (DEN-ff) using an enable signal.

57は、OR回路52からのパルス発生信号Edgによりセットされ、タイマ回路54からの割込信号Smpl(m)によりリセットされ、該割込信号の発生周期の間にパルスエッジ(Edg)が発生したか否かを検出するフリップフロップ回路である。このフリップフロップ回路57は、セット優先のSR−フリップフロップ(SRff)回路であり、割込信号Smpl(m)間にパルスエッジ(Edg)が発生していなければ「0」、発生していれば「1」のパルス有無フラグを出力し、次段の読み出し用バッファ58に出力(厳密には、受信側のEN(イネーブル)信号発生時にデータの転送が行われる)。   57 is set by the pulse generation signal Edg from the OR circuit 52, reset by the interrupt signal Smpl (m) from the timer circuit 54, and a pulse edge (Edg) is generated during the generation period of the interrupt signal. It is a flip-flop circuit that detects whether or not. This flip-flop circuit 57 is a set-priority SR-flip flop (SRff) circuit. If no pulse edge (Edg) occurs between the interrupt signals Smpl (m), the flip-flop circuit 57 is “0”. A pulse presence / absence flag of “1” is output and output to the next-stage read buffer 58 (strictly speaking, data is transferred when an EN (enable) signal on the receiving side is generated).

このように割込信号Smpl(m)は、速度検出演算が可能/不可能であるかの判定のためにフリップフロップ回路57に使用されるだけでなく、後述する多段バッファから成る読み出し用バッファ58のデータ転送の制御にも利用される。したがって、前記3種類の「パルス有無フラグとパルス位相値θppとパルス発生時刻tpp」は同時に更新される。   As described above, the interrupt signal Smpl (m) is not only used by the flip-flop circuit 57 for determining whether the speed detection calculation is possible or not, but also a read buffer 58 including a multistage buffer described later. It is also used to control data transfer. Accordingly, the three types of “pulse presence / absence flag, pulse phase value θpp, and pulse generation time tpp” are updated simultaneously.

読み出し用バッファ58は、前記タイマ回路54からの割込信号Smpl(m)をイネールブル信号として、パルス位相アップダウンカウンタ53から送出されるパルス位相値θpp、パルス発生時刻計測回路56から送出されるパルス発生時刻tppおよびフリップフロップ回路57から送出されるパルス有無フラグ(パルス有無信号)を各々保持する。   The read buffer 58 uses the interrupt signal Smpl (m) from the timer circuit 54 as an enable signal, the pulse phase value θpp sent from the pulse phase up / down counter 53, and the pulse sent from the pulse generation time measuring circuit 56. The generation time tpp and the pulse presence / absence flag (pulse presence / absence signal) sent from the flip-flop circuit 57 are held.

この読み出し用バッファ58は、割込信号Smpl(m)の発生時刻における「パルス有無フラグ」、「パルス位相値θpp」、「パルス発生時刻tpp」の3個の瞬時値を記憶するラッチ回路58a〜58c(図示Dff1〜Dff3)で構成されている。   The read buffer 58 stores three instantaneous values of “pulse presence / absence flag”, “pulse phase value θpp”, and “pulse generation time tpp” at the generation time of the interrupt signal Smpl (m). 58c (Dff1 to Dff3 in the figure).

ラッチ回路58a〜58cの出力側はCPUなどから計測値として読み出すものであり、複数のデータがバスアクセスされる期間中に値が変化して同時性が失われないように、割込信号Smpl(m)の発生タイミングで同時にラッチさせ、それ以外の期間では値を保持させている。   The output side of the latch circuits 58a to 58c is read as a measured value from the CPU or the like, and the interrupt signal Smpl ( The latches are simultaneously latched at the occurrence timing of m), and the values are held in other periods.

尚、前記波形整形回路51、OR回路52、パルス位相アップダウンカウンタ53、タイマ回路54、D型フリップフロップ55、パルス発生時刻計測回路56、フリップフロップ回路57および読み出し用バッファ58によってパルス情報取得部を構成している。   The waveform shaping circuit 51, the OR circuit 52, the pulse phase up / down counter 53, the timer circuit 54, the D-type flip-flop 55, the pulse generation time measuring circuit 56, the flip-flop circuit 57, and the reading buffer 58 are used to obtain a pulse information acquisition unit. Is configured.

61は前記ラッチ回路58b(Dff2)のレジスタ値(パルス位相値θpp)を読み出して記憶するパルス位相バッファ(多段バッファ;Buff2)であり、62は前記ラッチ回路58c(Dff3)のレジスタ値(パルス発生時刻tpp)を読み出して記憶するパルス時刻バッファ(多段バッファ;Buff3)である。   61 is a pulse phase buffer (multi-stage buffer; Buff2) for reading and storing the register value (pulse phase value θpp) of the latch circuit 58b (Dff2), and 62 is a register value (pulse generation) of the latch circuit 58c (Dff3). This is a pulse time buffer (multi-stage buffer; Buff3) for reading and storing time (tpp).

63は、複数サンプル周期前に取得され、パルス位相バッファ61、パルス時刻バッファ62に記憶されたパルス情報(パルス位相値θpp、パルス発生時刻tpp)を選択するための選択信号(Sel)を設定する速度差データ選択回路(選択信号設定部)である。選択信号Selは、具体的にはサンプル周期毎に出力される割込信号Smpl(m)の識別子である(m)の値であり、複数サンプル周期前に相当する値に設定される。   63 is a selection signal (Sel) for selecting pulse information (pulse phase value θpp, pulse generation time tpp) acquired before a plurality of sample periods and stored in the pulse phase buffer 61 and the pulse time buffer 62. It is a speed difference data selection circuit (selection signal setting unit). Specifically, the selection signal Sel is a value of (m) that is an identifier of the interrupt signal Smpl (m) output for each sample period, and is set to a value corresponding to a plurality of sample periods before.

64は、前記パルス位相バッファ61に記憶されたパルス位相情報のうち、前記選択信号Selが示す複数サンプル周期前の(過去の)パルス位相情報を選択する前回値選択用セレクタ(Select2)(過去情報選択部)である。   64 is a previous value selection selector (Select2) (past information) for selecting (previous) pulse phase information before a plurality of sample periods indicated by the selection signal Sel among the pulse phase information stored in the pulse phase buffer 61. Selection section).

65は、前記パルス時刻バッファ62に記憶されたパルス時刻情報のうち、前記選択信号Selが示す複数サンプル周期前の(過去の)パルス時刻情報を選択する前回値選択用セレクタ(Select3)(過去情報選択部)である。   65 is a previous value selection selector (Select3) for selecting (previous) pulse time information before a plurality of sample periods indicated by the selection signal Sel among the pulse time information stored in the pulse time buffer 62 (past information). Selection section).

前記パルス位相バッファ61およびパルス時刻バッファ62は、従来の例えば特許文献1では最新のパルス情報を1段目のバッファに、過去のパルス情報を2段目のバッファに記憶させておき、この2個の情報に基づいて速度検出値を演算するものであったが、本発明では図2に示すように、多段のFIFO(ファーストインファーストアウト)動作をするスタックメモリ(多段バッファ)に拡張している。   In the conventional pulse phase buffer 61 and the pulse time buffer 62, for example, in Patent Document 1, the latest pulse information is stored in the first stage buffer, and the past pulse information is stored in the second stage buffer. In the present invention, as shown in FIG. 2, the present invention is extended to a stack memory (multistage buffer) that performs a multistage FIFO (first in first out) operation. .

図2において、71は、図1の割込信号Smpl(m)(タイマ回路54の出力)およびパルス有無信号(ラッチ回路Dff1の出力)の論理積を演算するAND回路である。   In FIG. 2, 71 is an AND circuit that calculates the logical product of the interrupt signal Smpl (m) (output of the timer circuit 54) and the pulse presence / absence signal (output of the latch circuit Dff1) of FIG.

72は、図1の読み出し用バッファ58から読み出されたパルス位相情報およびパルス発生時刻情報(検出データ)を格納する多段バッファであり、最新情報を記憶するラッチ回路72−0(Dff0)(最新情報記憶用バッファ)と、過去情報を記憶するn段(nは整数)のラッチ回路72−1〜72−5(Dff1〜Dff5)(過去情報記憶用バッファ)とで構成されている。   72 is a multistage buffer for storing pulse phase information and pulse generation time information (detection data) read from the read buffer 58 of FIG. 1, and a latch circuit 72-0 (Dff0) (latest information) for storing the latest information. (Information storage buffer) and n stages (n is an integer) of latch circuits 72-1 to 72-5 (Dff1 to Dff5) (past information storage buffer) for storing past information.

尚本実施例では、過去情報記憶用バッファであるn段のラッチ回路を5つとして構成しているが、他の複数段数で構成してもよい。また、図1の読み出し用バッファ58のラッチ回路58a〜58cのDff1〜Dff3と、図2のラッチ回路72−1〜72−3のDff1〜Dff3は同一記号の表記を使用しているが、これらは異なる回路である。   In this embodiment, the n-stage latch circuit, which is a past information storage buffer, is configured as five, but may be configured by other plural stages. Further, Dff1 to Dff3 of the latch circuits 58a to 58c of the read buffer 58 of FIG. 1 and Dff1 to Dff3 of the latch circuits 72-1 to 72-3 of FIG. Are different circuits.

ラッチ回路72−0のD端子には、読み出し用バッファ58のラッチ回路58bの出力(パルス位相情報)又はラッチ回路58cの出力(パルス時刻情報)が検出データとして入力される。   The output (pulse phase information) of the latch circuit 58b of the read buffer 58 or the output (pulse time information) of the latch circuit 58c is input as detection data to the D terminal of the latch circuit 72-0.

ラッチ回路72−0のQ出力はラッチ回路72−1のD端子に入力され、ラッチ回路72−1のQ出力はラッチ回路72−2のD端子に入力され、ラッチ回路72−2のQ出力はラッチ回路72−3のD端子に入力され、ラッチ回路72−3のQ出力はラッチ回路72−4のD端子に入力され、ラッチ回路72−4のQ出力はラッチ回路72−5のD端子に入力されている。   The Q output of the latch circuit 72-0 is input to the D terminal of the latch circuit 72-1, the Q output of the latch circuit 72-1 is input to the D terminal of the latch circuit 72-2, and the Q output of the latch circuit 72-2. Is input to the D terminal of the latch circuit 72-3, the Q output of the latch circuit 72-3 is input to the D terminal of the latch circuit 72-4, and the Q output of the latch circuit 72-4 is the D output of the latch circuit 72-5. Input to the terminal.

各ラッチ回路72−0〜72−5は、割込信号とパルス有無信号の論理積をとったAND回路71の出力をイネーブル信号とし、読み込みデータの書き込みや、バッファ間(ラッチ回路72−0〜72−5間)のデータ移動が割込処理により実行される。   Each of the latch circuits 72-0 to 72-5 uses the output of the AND circuit 71, which is the logical product of the interrupt signal and the pulse presence / absence signal, as an enable signal to write read data or between buffers (latch circuits 72-0 to 72-0). 72-5) is executed by the interrupt process.

このように割込信号とパルス有無信号の論理積信号をイネーブル信号としているため、パルス有無信号(パルス有無フラグ)が「パルスが発生」した場合のみ各バッファ(ラッチ回路72−0〜72−5)を動作させ、パルスが無い場合には過去の値を保持させることができる。このようなパルス有無信号によるデータ転送制限機能を有しているため、回転速度が低下してパルス発生周期が割込信号周期よりも長くなって「パルス休止」状態になっても対応できる。   Since the logical product signal of the interrupt signal and the pulse presence / absence signal is used as the enable signal in this way, each buffer (latch circuit 72-0 to 72-5) is used only when the pulse presence / absence signal (pulse presence / absence flag) is “generated”. ) Is operated, and when there is no pulse, the past value can be held. Since the data transfer limiting function based on such a pulse presence / absence signal is provided, it is possible to cope with a case where the rotation speed is lowered and the pulse generation period becomes longer than the interrupt signal period to enter the “pulse pause” state.

図2の73は、図1の前回値選択用セレクタ64,65(Select2,Select3)の機能を実現する前回値選択用セレクタであり、ラッチ回路72−1〜72−5の各Q出力であるデータData(1)〜Data(5)のうち、速度差データ選択回路63(スタックバッファ)からの選択信号Selが示す複数サンプル周期前のデータを選択する。   Reference numeral 73 in FIG. 2 denotes a previous value selection selector that realizes the functions of the previous value selection selectors 64 and 65 (Select 2 and Select 3) in FIG. 1, and the Q outputs of the latch circuits 72-1 to 72-5. Among the data Data (1) to Data (5), data before a plurality of sample periods indicated by the selection signal Sel from the speed difference data selection circuit 63 (stack buffer) is selected.

前記選択信号SelをCPUへの設定により切り替える(速度差データ選択回路63における選択信号を変更する)ことにより、固定したサンプル周期でデータをラッチさせていても、任意のサンプル回数より以前の時刻で発生したパルスの情報を取り出すことが可能になる。   By switching the selection signal Sel according to the setting of the CPU (changing the selection signal in the speed difference data selection circuit 63), even if the data is latched at a fixed sample period, at a time before an arbitrary number of samples. It is possible to extract information on the generated pulse.

図1の66は、パルス位相バッファ61内の最新パルス位相と、前回値選択用セレクタ64で選択された複数サンプル周期前のパルス位相との差分を計算する減算器(Sub2)であり、67は、パルス時刻バッファ62内の最新パルス時刻と、前回値選択用セレクタ65で選択された複数サンプル周期前のパルス時刻との差分を計算する減算器(Sub3)である。   66 in FIG. 1 is a subtracter (Sub2) that calculates the difference between the latest pulse phase in the pulse phase buffer 61 and the pulse phase before the plurality of sample periods selected by the previous value selection selector 64. The subtracter (Sub3) calculates the difference between the latest pulse time in the pulse time buffer 62 and the pulse time before the plurality of sample periods selected by the previous value selection selector 65.

68は、減算器66の出力である位相差分を、減算器67の出力である時間差分で除算して速度検出1(速度検出値)を出力する除算器である。前記減算器66,67および除算器68によって本発明の速度検出演算部を構成している。   Reference numeral 68 denotes a divider that divides the phase difference output from the subtractor 66 by the time difference output from the subtractor 67 and outputs speed detection 1 (speed detection value). The subtractors 66 and 67 and the divider 68 constitute a speed detection calculation unit of the present invention.

前記パルス位相バッファ61、パルス時刻バッファ62、速度差データ選択回路63、前回値選択用セレクタ64,65、減算器66,67、除算器68は、CPU演算機能の構成要素としてソフトウェアなどで実装することを想定している。   The pulse phase buffer 61, the pulse time buffer 62, the speed difference data selection circuit 63, the previous value selection selectors 64 and 65, the subtractors 66 and 67, and the divider 68 are implemented as software as components of the CPU calculation function. Assumes that.

尚、前記速度差データ選択回路63の選択信号Selをどのように決定するかは、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、速度演算を計算する時間間隔は短いほうが応答性能を高くでき、逆に長いほうが精度が良いことに鑑みて、エンコーダの種類やパルス数およびジッタの発生量などから経験的に設定するなどの方法が考えられる。   As described in the section “Problems to be solved by the invention”, how to select the selection signal Sel of the speed difference data selection circuit 63 depends on a shorter time interval for calculating the speed calculation. In view of the fact that the performance can be improved and the accuracy is better when the length is longer, a method of setting empirically from the type of encoder, the number of pulses, the amount of jitter generated, and the like can be considered.

次に、上記のように構成された装置の動作を図3のタイムチャートとともに説明する。図3ではモータなどの回転機が正転方向に一定速度で回転している状態の例を示しており、(a)は波形整形回路51からパルス位相アップダウンカウンタ53に出力されるup信号であるEdg_upを示している。   Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described with reference to the time chart of FIG. FIG. 3 shows an example of a state in which a rotating machine such as a motor is rotating at a constant speed in the forward direction, and (a) is an up signal output from the waveform shaping circuit 51 to the pulse phase up / down counter 53. A certain Edg_up is shown.

図3(b)はパルス位相アップダウンカウンタ53の位相カウンタ値、すなわちパルス位相値θppと時間tの関係である時間位相特性を示し、図3(c)はタイマ回路54から出力される割込信号Smpl(m)を示し、図3(d)はパルス位相バッファ61の位相θ(m)の最新データの更新状況を示し、図3(e)はパルス時刻バッファ62のパルス時刻t(m)の最新データの更新状況を示している。   FIG. 3B shows the phase counter value of the pulse phase up / down counter 53, that is, the time phase characteristic which is the relationship between the pulse phase value θpp and time t, and FIG. 3C shows the interrupt output from the timer circuit 54. 3D shows the signal Smpl (m), FIG. 3D shows the update status of the latest data of the phase θ (m) of the pulse phase buffer 61, and FIG. 3E shows the pulse time t (m) of the pulse time buffer 62. The latest data update status is shown.

図3(f)は、特許文献1のように2個の連続するサンプル周期で読み出した位相と時刻の情報から速度を検出する従来方式による速度検出値を速度検出1’として示し、図3(g)は、図1の実施例による速度検出値を速度検出1として示している。   FIG. 3F shows a speed detection value according to a conventional method for detecting speed from phase and time information read out in two consecutive sample periods as in Patent Document 1, as speed detection 1 ′. g) shows the speed detection value according to the embodiment of FIG.

図3において、Edg_upのパルスがほぼ一定間隔で発生しており、位相カウンタ値θpp(θ1,θ2,θ3,…)もパルス発生ごとにインクリメントしている。ここでは後述の説明のために、個々のEdg_upパルスに識別用の番号を割り振ってある。このパルス発生時と同時に時刻データtpp(t1,t2,t3,…)もパルス発生時刻計測回路56(DEN−ff)にラッチされている。   In FIG. 3, Edg_up pulses are generated at substantially constant intervals, and the phase counter value θpp (θ1, θ2, θ3,...) Is incremented every time the pulse is generated. Here, an identification number is assigned to each Edg_up pulse for the following description. Simultaneously with the generation of the pulse, the time data tpp (t1, t2, t3,...) Is also latched in the pulse generation time measuring circuit 56 (DEN-ff).

これに対して、割込信号Smpl(m1,m2,m3,…)が発生するタイミングでラッチ回路58b(Dff2)にθppが、ラッチ回路58c(Dff3)にtppが各々ラッチされ、CPUはこのラッチデータを読み出して、FIFOスタック動作をするバッファ(パルス位相バッファ61、パルス時刻バッファ62)に記憶する。図3では、バッファの最新データの更新状況をθ(m)とt(m)に示しており、もしサンプル割込信号(Smpl)の周期間中に複数のパルスが発生した場合には、最後にラッチされた最新時刻のパルス情報が読み出される。   On the other hand, at the timing when the interrupt signal Smpl (m1, m2, m3,...) Is generated, θpp is latched in the latch circuit 58b (Dff2) and tpp is latched in the latch circuit 58c (Dff3). Data is read out and stored in a buffer (pulse phase buffer 61, pulse time buffer 62) that performs a FIFO stack operation. In FIG. 3, the update status of the latest data in the buffer is indicated by θ (m) and t (m). If multiple pulses occur during the period of the sample interrupt signal (Smpl), The pulse information of the latest time latched in the period is read out.

例えば図3(c)のSmplのm3とm4の間では、図3(a)に示すEdg_upの3個のパルス7,8,9が発生しているため、最後にラッチされたパルス9のパルス情報が読み出され、図3(d),(e)のθ6→θ9、t6→t9へ更新される。   For example, since the three pulses 7, 8, and 9 of Edg_up shown in FIG. 3A are generated between m3 and m4 of Smpl in FIG. 3C, the pulse of the last latched pulse 9 is generated. Information is read out and updated from θ6 → θ9 and t6 → t9 in FIGS. 3 (d) and 3 (e).

従来方式による速度検出1’では、2個の連続するサンプル周期で読み出した位相と時刻情報から速度演算を行っていた。図3(f)ではそれを具体的にどの時刻のサンプル情報を使っていつ演算するかを明示している。   In the speed detection 1 'according to the conventional method, the speed calculation is performed from the phase and time information read out at two consecutive sample periods. In FIG. 3 (f), it is clearly shown at which time the sample information is used for the calculation.

例えば、Smpl(m4)の時刻では、最新位相θ9と最新時刻t9を読み出し、前回のバッファ値であるθ6とt6との差分より、速度検出ω1’(m4)=(θ9−θ6)/(t9−t6)を計算していた。これを図3(b)の時間位相特性において図示すると、実線の矢印のようなパルス間で速度検出をしていることに相当している。   For example, at the time of Smpl (m4), the latest phase θ9 and the latest time t9 are read, and the speed detection ω1 ′ (m4) = (θ9−θ6) / (t9) from the difference between the previous buffer values θ6 and t6. -T6) was calculated. If this is illustrated in the time phase characteristic of FIG. 3B, it corresponds to speed detection between pulses as indicated by a solid arrow.

一方実施例1による速度検出1は、過去の情報を「複数サンプル前の情報」とすることにより、等価的に速度計測期間を長くするものであり、図3(g)において、どの時刻のサンプル情報を使って、いつ演算するのかを明示している。   On the other hand, the speed detection 1 according to the first embodiment makes the speed measurement period equivalently longer by setting the past information as “information before a plurality of samples”. In FIG. The information is used to specify when the calculation is performed.

尚図3(g)の例では、図1の速度差データ選択回路63において設定される「複数サンプル周期前」を指定する選択信号Selの値を、「4サンプル周期前」に設定している。   In the example of FIG. 3G, the value of the selection signal Sel that designates “before a plurality of sample periods” set in the speed difference data selection circuit 63 of FIG. 1 is set to “four sample periods before”. .

例えばSmpl(m4)の時刻においては、最新情報θ9とt9に対して、前回値としてSmpl(4−4)=Smpl(0)のサンプルタイミングで読み出した情報である位相θ0と時刻t0が選択され、速度検出1を、ω1(m4)=(θ9−θ0)/(t9−t0)として計算する。   For example, at the time of Smpl (m4), for the latest information θ9 and t9, the phase θ0 and the time t0 that are information read at the sample timing of Smpl (4-4) = Smpl (0) are selected as the previous values. The speed detection 1 is calculated as ω1 (m4) = (θ9−θ0) / (t9−t0).

そして同様に、次のサンプルタイミングSmpl(5)では最新情報θ11、t11と、前回値としてSmpl(5−4)=Smpl(1)のサンプルタイミングで読み出した情報であるθ1、t1との差分より速度検出1が更新される。   Similarly, at the next sample timing Smpl (5), the difference between the latest information θ11, t11 and the information read at the sample timing Smpl (5-4) = Smpl (1) as the previous value is θ1, t1. Speed detection 1 is updated.

これを図3(b)の時間位相特性において図示すると、破線の矢印のようなパルス間で速度検出をしていることに相当している。   If this is illustrated in the time phase characteristic of FIG. 3B, it corresponds to the speed detection between pulses as indicated by the dashed arrow.

本実施例1によれば、サンプル周期(割込周期)自体を長い時間に変更する方式ではなく、一定のサンプル周期に設定しておき、過去の情報をスタックできるバッファとそれから任意のデータを選択できる機能を使うことにより、あたかもサンプル周期を長くしたような精度の速度検出が可能になる。   According to the first embodiment, instead of changing the sample period (interrupt period) itself to a long time, it is set to a constant sample period, and a buffer in which past information can be stacked and arbitrary data are selected therefrom. By using this function, it is possible to detect speed as accurately as if the sample period was extended.

さらに、サンプル周期自体を長くしてしまうと、速度検出値の更新周期も同じように間延びしてしまい、速度検出波形が時間軸でも速度軸でも粗く変化するようになる。これに対して、実施例1の方式では、図3のように速度検出データはサンプル割込信号Smpl(m)の周期でデータを小刻みに更新するので、時間軸も速度軸も小刻みに変化するようになる。これは、データを更新する周期が長いことに起因するムダ時間成分を抑制できることを意味しており、その分だけ速度応答を改善できる効果もある。   Furthermore, if the sample period itself is lengthened, the update period of the speed detection value is also extended in the same manner, and the speed detection waveform changes roughly on both the time axis and the speed axis. On the other hand, in the method of the first embodiment, the speed detection data is updated in small increments with the cycle of the sample interrupt signal Smpl (m) as shown in FIG. 3, so that both the time axis and the velocity axis change in small increments. It becomes like this. This means that the waste time component due to a long data update cycle can be suppressed, and the speed response can be improved by that amount.

さらに、Smpl(m)の周期は速度指令や速度制御演算の周期でもあるので、エンコーダの性能(パルス分解能やバラツキ)などにかかわらず、制御装置ではできるだけ短くかつ一定にしておきたい。その点でも、本発明方式ではサンプル周期を固定して、速度検出期間のみ任意に長くすることができるので、速度検出以外の制御系に対して影響を与えないという、装置全体の制御系から見た利点もある。   Furthermore, since the cycle of Smpl (m) is also the cycle of speed command and speed control calculation, it is desired to keep it as short and constant as possible in the control apparatus regardless of the performance (pulse resolution and variation) of the encoder. In this respect as well, in the method of the present invention, since the sample period can be fixed and only the speed detection period can be arbitrarily lengthened, it is viewed from the control system of the entire apparatus that does not affect the control system other than the speed detection. There are also advantages.

実施例1では、固定割込周期であっても、速度検出期間を可変にできる構成を示した。これは、CPU内部のメモリ機能などを有効利用すれば簡単に実現できる。さらに、速度演算回数を増やせば、異なる速度検出期間を有する複数の速度検出演算を実行することもできる。そこで、複数の速度検出を有効利用することが実施例2のポイントであり、これらを速度制御と組み合わせることにより機能改善を図っている。   In the first embodiment, the configuration in which the speed detection period can be made variable even in the fixed interrupt cycle is shown. This can be easily realized by effectively using a memory function in the CPU. Furthermore, if the number of speed calculations is increased, a plurality of speed detection calculations having different speed detection periods can be executed. Therefore, effective use of a plurality of speed detection is the point of the second embodiment, and the function is improved by combining these with speed control.

図4に、速度検出1と速度検出2の2個の速度検出演算を実行する例を示す。図4において、図1と異なる部分を説明すると、選択信号設定部として、図1の速度差データ選択回路63に代えて第1のサンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための第1の選択信号Sel1(前回1)と、第1のサンプル周期前よりも過去の第2のサンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための第2の選択信号Sel2(前回2)とを設定する速度差データ選択回路83が設けられている。   FIG. 4 shows an example in which two speed detection calculations of speed detection 1 and speed detection 2 are executed. In FIG. 4, a different part from FIG. 1 will be described. As a selection signal setting unit, instead of the speed difference data selection circuit 63 of FIG. 1, pulse information acquired and stored before the first sample period is selected. The first selection signal Sel1 (previous 1) and the second selection signal Sel2 (previous 2) for selecting pulse information acquired and stored before the second sample period before the first sample period. ) Is set. A speed difference data selection circuit 83 is provided.

また、第1の過去情報選択部として、第1の選択信号Sel1によりパルス位相バッファ61内の第1のサンプル周期前のパルス位相情報を選択する前回値1選択用セレクタ64−1と、パルス時刻バッファ62内の第1のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する前回値1選択用セレクタ65−1とが設けられている。   In addition, as the first past information selection unit, the previous value 1 selection selector 64-1 for selecting the pulse phase information before the first sample period in the pulse phase buffer 61 by the first selection signal Sel1, and the pulse time A previous value 1 selection selector 65-1 for selecting the pulse time information before the first sample period in the buffer 62 is provided.

また、第2の過去情報選択部として、第2の選択信号Sel2によりパルス位相バッファ61内の第2のサンプル周期前のパルス位相情報を選択する前回値2選択用セレクタ64−2と、パルス時刻バッファ62内の第2のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する前回値2選択用セレクタ65−2とが設けられている。   In addition, as a second past information selection unit, the previous value 2 selection selector 64-2 for selecting the pulse phase information before the second sample period in the pulse phase buffer 61 by the second selection signal Sel2, and the pulse time A previous value 2 selection selector 65-2 for selecting pulse time information before the second sample period in the buffer 62 is provided.

また、第1の速度検出演算部として、パルス位相バッファ61の最新パルス位相と前回値1選択用セレクタ64−1によって選択された第1のサンプル周期前のパルス位相との差分を計算する減算器66−1と、パルス時刻バッファ62の最新パルス発生時刻と前回値1選択用セレクタ65−1によって選択された第1のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分を計算する減算器67−1と、減算器66−1の偏差出力である位相差分を、減算器67−1の偏差出力である時間差分で除算して速度検出1(第1の速度検出値)を出力する除算器68−1とが設けられている。   Further, as a first velocity detection calculation unit, a subtractor that calculates a difference between the latest pulse phase of the pulse phase buffer 61 and the pulse phase before the first sample period selected by the previous value 1 selection selector 64-1. 66-1, a subtractor 67-1 for calculating a difference between the latest pulse generation time of the pulse time buffer 62 and the pulse generation time before the first sample period selected by the previous value 1 selection selector 65-1. The divider 68-1 that divides the phase difference that is the deviation output of the subtractor 66-1 by the time difference that is the deviation output of the subtractor 67-1 and outputs the speed detection 1 (first speed detection value). And are provided.

また、第2の速度検出演算部として、パルス位相バッファ61の最新パルス位相と前回値2選択用セレクタ64−2によって選択された第2のサンプル周期前のパルス位相との差分を計算する減算器66−2と、パルス時刻バッファ62の最新パルス発生時刻と前回値2選択用セレクタ65−2によって選択された第2のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分を計算する減算器67−2と、減算器66−2の偏差出力である位相差分を、減算器67−2の偏差出力である時間差分で除算して速度検出2(第2の速度検出値)を出力する除算器68−2とが設けられている。   Further, as a second speed detection calculation unit, a subtractor that calculates a difference between the latest pulse phase of the pulse phase buffer 61 and the pulse phase before the second sample period selected by the previous value 2 selection selector 64-2. 66-2, a subtractor 67-2 for calculating a difference between the latest pulse generation time of the pulse time buffer 62 and the pulse generation time before the second sample period selected by the previous value 2 selection selector 65-2; The divider 68-2 outputs the speed detection 2 (second speed detection value) by dividing the phase difference, which is the deviation output of the subtractor 66-2, by the time difference, which is the deviation output of the subtractor 67-2. And are provided.

その他の部分は図1と同一に構成されている。   The other parts are the same as in FIG.

図4の構成において、速度検出演算までの各動作は図1と同様であり、異なる速度検出期間により演算した速度検出1と速度検出2を得ることができる。   In the configuration of FIG. 4, the operations up to the speed detection calculation are the same as in FIG. 1, and speed detection 1 and speed detection 2 calculated in different speed detection periods can be obtained.

このように、2種類の速度検出において異なる速度検出期間を設定しておき、それぞれの速度検出の長所を生かすことにより、発明が解決しようとする課題の欄で示した「速度検出周期が短いとジッタによる速度誤差が大きくなり、逆に長いとムダ時間が長くなって応答性能に制限が生じる」という課題を対策することができる。その対策を行った回転機の速度制御系の構成図が図5であり、本発明を一般的な比例積分(微分)制御(PI(D)制御)と呼ばれる速度制御方式に適用した例である。   In this way, different speed detection periods are set in the two types of speed detection, and the advantages of the respective speed detections are utilized, so that “the speed detection cycle is short” shown in the column of the problem to be solved by the invention. The problem that the speed error due to jitter becomes large, and conversely, if it is long, the waste time becomes long and the response performance is limited, can be addressed. FIG. 5 is a configuration diagram of a speed control system of a rotating machine that has taken such measures, and is an example in which the present invention is applied to a speed control method called general proportional integral (differential) control (PI (D) control). .

図5では、CPU演算部分を枠として表現して中央に配置してあり、この枠外の左側が図1や図4のディジタル検出回路に相当し、該ディジタル検出回路内のパルスエンコーダ50以外の各回路を速度検出回路100としている。   In FIG. 5, the CPU calculation part is expressed as a frame and arranged in the center, and the left side outside this frame corresponds to the digital detection circuit of FIGS. The circuit is a speed detection circuit 100.

CPU演算部分のASR制御部(Automatic Speed Regulator;自動速度制御部)200は、次のように構成されている。   An ASR control unit (Automatic Speed Regulator; automatic speed control unit) 200 of the CPU calculation part is configured as follows.

速度指令発生部201は、時間に応じて回転機の目標速度を速度指令として出力し、速度制御はこれに追従する動作を行う。   The speed command generator 201 outputs the target speed of the rotating machine as a speed command according to time, and the speed control performs an operation following this.

速度検出演算部210は図4右側のCPU演算部分に相当し、速度検出1と速度検出2という、速度検出期間が異なる2種類の速度検出値を出力する。   The speed detection calculation unit 210 corresponds to the CPU calculation part on the right side of FIG. 4 and outputs two types of speed detection values, speed detection 1 and speed detection 2, with different speed detection periods.

減算器202において速度指令と速度検出1の偏差がとられ、減算器203において速度指令と速度検出2の偏差がとられる。   The subtractor 202 takes the deviation between the speed command and the speed detection 1, and the subtracter 203 takes the deviation between the speed command and the speed detection 2.

204は減算器202の偏差出力に対して比例(微分)制御を行う比例制御項としてのP(D)制御部であり、205は減算器203の偏差出力に対して積分制御を行う積分制御項としてのI制御部である。   Reference numeral 204 denotes a P (D) control unit as a proportional control term that performs proportional (differential) control on the deviation output of the subtractor 202, and 205 indicates an integral control term that performs integral control on the deviation output of the subtractor 203. As an I control unit.

P(D)制御部204およびI制御部205の各出力を加算器206で加算したPI制御出力は、回転機に発生させたいトルク指令に相当する。   The PI control output obtained by adding the outputs of the P (D) control unit 204 and the I control unit 205 by the adder 206 corresponds to a torque command to be generated by the rotating machine.

300は、加算器206の出力であるトルク指令を回転機に流す電流指令に変換するトルク/電流指令変換部である。   Reference numeral 300 denotes a torque / current command conversion unit that converts a torque command, which is an output of the adder 206, into a current command that flows to the rotating machine.

トルク/電流指令変換部300の出力は減算器400において電流検出値(実電流)との偏差がとられる。   The output of the torque / current command conversion unit 300 is deviated from the detected current value (actual current) by the subtractor 400.

ACR制御部500は、減算器400の偏差出力に対してACR制御を行って出力電圧指令を出力するものであり、前記電流指令に実電流が追従するように電流制御(ACR)する。   The ACR control unit 500 performs ACR control on the deviation output of the subtractor 400 and outputs an output voltage command, and performs current control (ACR) so that the actual current follows the current command.

上記の構成において、ASR制御部200内のPI制御は、「P制御が高速な応答性能を実現し、I制御が定常誤差などをゆっくりと補正する」という2種類の機能を組み合わせた制御方式である。したがって速度指令との偏差をとる速度検出情報もこれに対応した機能を十分に発揮できる性質を有するものを使用すればよい。   In the above configuration, the PI control in the ASR control unit 200 is a control method that combines two types of functions: “P control realizes high-speed response performance and I control slowly corrects steady errors”. is there. Therefore, it is sufficient to use speed detection information that takes a deviation from the speed command, and that has a property that can sufficiently exhibit a function corresponding to the speed detection information.

そこで本実施例では、図4の速度検出1を得るための第1の選択信号Sel1を、例えば2サンプル周期前のパルス情報を選択するための選択信号に設定し、速度検出2を得るための第2の選択信号Sel2を、例えば8サンプル周期前のパルス情報を選択するための選択信号に設定しておく。これによって、速度検出1は短い検出期間を有し、速度検出2は長い検出期間を有することになる。   Therefore, in the present embodiment, the first selection signal Sel1 for obtaining the speed detection 1 in FIG. 4 is set to a selection signal for selecting, for example, pulse information two sample periods before, and the speed detection 2 is obtained. The second selection signal Sel2 is set as a selection signal for selecting, for example, pulse information eight samples before. Thus, the speed detection 1 has a short detection period, and the speed detection 2 has a long detection period.

図5のASR制御部200における比例制御(P(D)制御部204)は応答性の性能に影響するので、速度検出1の検出期間が短い情報を使用してムダ時間を少なくし、比例項の制御ゲインをできるだけ高く設定して応答性能を高める。   Since the proportional control (P (D) control unit 204) in the ASR control unit 200 of FIG. 5 affects the performance of responsiveness, the waste time is reduced by using information with a short detection period of the speed detection 1, and the proportional term is used. The control gain is set as high as possible to improve response performance.

一方で、積分項の時定数は機械の慣性モーメントにより決まる値であり、通常は速度検出周期よりも長いことが多い。そこで、積分項(I制御部205)の速度検出には、ムダ時間の大きな信号を用いても悪影響は少ないことを利用して、速度検出2の計測時間が長い(ムダ時間は大きいが精度が良い)情報を使用する。   On the other hand, the time constant of the integral term is a value determined by the moment of inertia of the machine, and is usually longer than the speed detection cycle. Therefore, for the speed detection of the integral term (I control unit 205), the fact that there is little adverse effect even if a signal with a large waste time is used, the measurement time of speed detection 2 is long (the waste time is large but the accuracy is high). Use good) information.

このように、2種類の速度検出が有している特長が発揮できるように、制御項によって使用する速度情報を使い分けることにより、「速度制御精度と応答性能」とを両立する制御系を構築することができる。   In this way, a control system that achieves both "speed control accuracy and response performance" is constructed by using different speed information depending on the control term so that the features of the two types of speed detection can be demonstrated. be able to.

実施例2の図4および図5では、2種類の速度検出を組み合わせたPI制御方式を提示したが、速度指令については共通な最新の速度指令を使用している。しかし速度と時間の関係を示す図6のように、一定加速度で加速している場合を考えると、速度検出2のように速度検出時間を長く設定するとムダ時間も長くなってしまうため、変化している速度指令(実線)に対して速度検出(破線)の追従遅れが大きくなる。   In FIG. 4 and FIG. 5 of the second embodiment, the PI control method in which two types of speed detection are combined is presented, but the latest latest speed command common to the speed commands is used. However, considering the case where the vehicle is accelerating at a constant acceleration as shown in FIG. 6 showing the relationship between speed and time, if the speed detection time is set longer as in speed detection 2, the waste time also becomes longer, and therefore changes. The follow-up delay of speed detection (broken line) becomes larger than the speed command (solid line).

この追従遅れ成分はI制御(205)内に蓄積されてしまい、加速中に網塗り部分が積算されることになる。次に速度指令が一定速度に移行すると、積算した積分項を吐き出す必要があるために、一定な速度指令よりも斜線部のようにオーバーシュートする。実施例3では、この加減速後のオーバーシュートを抑制する対策を行う。具体的には、実施例2のようにPI制御のうち積分(I)制御側の速度検出を速度検出2としておき、さらに積分制御の速度指令にも改善を加えるものである。   This follow-up delay component is accumulated in the I control (205), and the halftone portion is accumulated during acceleration. Next, when the speed command shifts to a constant speed, it is necessary to discharge the integrated integral term, and therefore overshoots as indicated by the hatched portion of the constant speed command. In Example 3, measures are taken to suppress this overshoot after acceleration / deceleration. Specifically, as in the second embodiment, the speed detection on the integral (I) control side of the PI control is set as the speed detection 2, and the speed command for the integral control is further improved.

速度指令の修正方法の構成例を図7に示す。図7において図4と異なる部分を説明すると、まず速度指令をディジタル回路内のフリップフロップ90(DEN−ff)に書き込み、フリップフロップ90の出力にディジタル回路のクロック周期Tcを乗算器91で乗算する。   A configuration example of the speed command correction method is shown in FIG. In FIG. 7, a different part from FIG. 4 will be described. First, a speed command is written in a flip-flop 90 (DEN-ff) in the digital circuit, and the output of the flip-flop 90 is multiplied by a clock cycle Tc of the digital circuit by a multiplier 91. .

乗算器91の出力(位相成分)は、位相の前回値θref_clk(位相指令積算器93のQ出力)と位相の増分(乗算器91の出力)を加算する加算器92と、D型フリップフロップで構成される位相指令積算器93と、OR回路52の出力をイネーブル信号とするフリップフロップ回路94とから成る積分回路(速度指令/位相指令変換回路)に投入され、フリップフロップ回路94のQ出力には速度指令を時間積分した位相指令θrefが得られる。このため、前記積分回路は模擬的な回転位相指令発生器とみなすことができる。   The output (phase component) of the multiplier 91 is an adder 92 for adding the previous phase value θref_clk (Q output of the phase command integrator 93) and the phase increment (output of the multiplier 91), and a D-type flip-flop. The integrated circuit (speed command / phase command conversion circuit) composed of the phase command integrator 93 and the flip-flop circuit 94 that uses the output of the OR circuit 52 as an enable signal is input to the Q output of the flip-flop circuit 94. Obtains a phase command θref obtained by time-integrating the speed command. For this reason, the integration circuit can be regarded as a simulated rotational phase command generator.

58dは前記位相指令θrefをラッチするラッチ回路(Dff4)(位相指令読み出し用バッファ)であり、パルス位相アップダウンカウンタ53の出力をラッチするラッチ回路58bと同様に割込信号Smpl(m)をイネーブル信号としている。   58d is a latch circuit (Dff4) (phase command read buffer) that latches the phase command θref, and enables the interrupt signal Smpl (m) in the same manner as the latch circuit 58b that latches the output of the pulse phase up / down counter 53. It is a signal.

95は、ラッチ回路58dのQ出力(位相指令)を読み出して多段にスタックする位相指令バッファ(Buff4)であり、速度検出側の例えばパルス位相バッファ61と同様に最新情報記憶用バッファおよびn段(nは整数)の過去情報記憶用バッファとで構成されている。   Reference numeral 95 denotes a phase command buffer (Buff4) that reads out the Q output (phase command) of the latch circuit 58d and stacks it in multiple stages. Like the pulse phase buffer 61 on the speed detection side, for example, the latest information storage buffer and n stages ( n is an integer) past information storage buffer.

96は、速度差データ選択回路83から出力される第2の選択信号Sel2によって指定された段の、位相指令バッファ95の過去情報記憶用バッファ内の第2のサンプル周期前の位相指令を選択する位相指令選択用セレクタ(第3の過去情報選択部)である。   96 selects the phase command before the second sample period in the past information storage buffer of the phase command buffer 95 at the stage specified by the second selection signal Sel2 output from the speed difference data selection circuit 83. This is a phase command selection selector (third past information selection unit).

尚、位相指令バッファ95は例えば図2と同様の多段バッファで構成される。   Note that the phase command buffer 95 is composed of, for example, a multistage buffer similar to that shown in FIG.

97は、位相指令バッファ95の最新情報記憶用バッファ内の最新位相指令と、前記位相指令選択用セレクタ96によって選択された第2のサンプル周期前の位相指令との差分を計算する減算器である。   A subtractor 97 calculates a difference between the latest phase command in the latest information storage buffer of the phase command buffer 95 and the phase command before the second sample period selected by the phase command selection selector 96. .

98は、減算器97の出力である位相指令差分を、減算器67−2の出力である時間差分で除算して平均化速度指令を出力する除算器である。   Reference numeral 98 denotes a divider that divides the phase command difference, which is the output of the subtractor 97, by the time difference, which is the output of the subtractor 67-2, and outputs an average speed command.

尚、ラッチ回路58d、位相指令バッファ95、位相指令選択用セレクタ96、減算器97および除算器98によって、本発明の平均化速度指令演算部を構成している。   The latch circuit 58d, the phase command buffer 95, the phase command selection selector 96, the subtractor 97, and the divider 98 constitute the average speed command calculation unit of the present invention.

その他の部分は図4と同一に構成されている。   The other parts are the same as in FIG.

図7のように構成された装置を、図5と同様の速度制御系に適用した構成例を図8に示す。図8のASR制御部200’内の220は図7の速度検出演算部および平均化速度指令演算部を表している。   FIG. 8 shows a configuration example in which the apparatus configured as shown in FIG. 7 is applied to a speed control system similar to that shown in FIG. 220 in the ASR control unit 200 'in FIG. 8 represents the speed detection calculation unit and the averaged speed command calculation unit in FIG.

図8においてI制御部205は、減算器213の出力である平均化速度指令と速度検出2の偏差分に対して積分制御を行うものであり、その他の部分は図5と同様に構成されている。   In FIG. 8, the I control unit 205 performs integration control on the deviation between the averaged speed command and the speed detection 2 that is the output of the subtractor 213, and the other parts are configured in the same manner as in FIG. Yes.

本実施例3では、実施例2に対して、さらに速度指令を積分演算することにより位相指令に変換し、これから元の速度情報に戻す際に、速度検出2と同期した時刻でラッチさせた位相指令バッファ95の情報を使用して平均化速度指令を計算するようにしたので、速度と時間の関係を示す図9のように、細い実線の速度指令が加速中においても、太い実線の平均化速度指令が破線の速度検出2の時間遅れとほぼ同じ程度の遅れ時間を有するようになる。   In the third embodiment, a phase that is latched at a time synchronized with the speed detection 2 when the speed command is converted into a phase command by performing an integral operation and then restored to the original speed information. Since the average speed command is calculated using the information in the command buffer 95, the thick solid line is averaged even during acceleration of the thin solid speed command as shown in FIG. 9 showing the relationship between the speed and time. The speed command has a delay time substantially equal to the time delay of the broken line speed detection 2.

その結果、積分(I)制御を、この平均化速度指令と速度検出2との差分で演算するように変更することにより、加速中において検出時間遅れ成分がI制御部205の積分器に積算される量が抑制され、一定速度に移行した際のオーバーシュート量を抑制することができる。この、平均化速度指令に遅延を挿入するのは、実施例2と同様に、「積分項の時定数は機械の慣性モーメントにより決まる値であり、通常は速度検出周期よりも長いことが多い」ことを利用するものである。   As a result, by changing the integral (I) control so that the difference between the average speed command and the speed detection 2 is calculated, the detected time delay component is integrated into the integrator of the I control unit 205 during acceleration. The amount of overshoot is suppressed, and the amount of overshoot when shifting to a constant speed can be suppressed. The delay is inserted into the averaged speed command, as in the second embodiment. “The time constant of the integral term is a value determined by the moment of inertia of the machine, and is usually longer than the speed detection cycle.” Is to use that.

ジッタを含むパルスエンコーダでは、検出速度にオフセット誤差が生じるのを抑制するために、例えば実施例2のように積分制御に使用する速度検出の検出期間を長くすると、増加した時間遅れ成分により加減速状態にて積分項に蓄積される値が大きくなり、一定速度に移行した際のオーバーシュートが大きくなる。これに対し実施例3では速度検出とほぼ同等な遅れ時間を有する速度指令、すなわち「平均化速度指令」を生成し、速度検出との差分をとるようにしたので、図9で述べたように加減速後の速度のオーバーシュート量を小さくすることができる。すなわち、速度制御の精度が向上される。   In a pulse encoder including jitter, in order to suppress the occurrence of an offset error in the detection speed, for example, if the detection period of speed detection used for integral control is lengthened as in the second embodiment, acceleration / deceleration is caused by an increased time delay component. In the state, the value accumulated in the integral term increases, and the overshoot at the time of shifting to a constant speed increases. On the other hand, in the third embodiment, a speed command having a delay time substantially equal to the speed detection, that is, an “averaged speed command” is generated, and the difference from the speed detection is taken. Therefore, as described in FIG. The amount of overshoot of the speed after acceleration / deceleration can be reduced. That is, the accuracy of speed control is improved.

50…パルスエンコーダ
51…波形整形回路
52…OR回路
53…パルス位相アップダウンカウンタ
54…タイマ回路
55…D型フリップフロップ
56…パルス発生時刻計測回路
57,94…フリップフロップ回路
58…読み出し用バッファ
58a〜58d,72−0〜72−5…ラッチ回路
61…パルス位相バッファ
62…パルス時刻バッファ
63,83…速度差データ選択回路
64,65,73…前回値選択用セレクタ
64−1,65−1…前回値1選択用セレクタ
64−2,65−2…前回値2選択用セレクタ
66,66−1,66−2,67,67−1,67−2,97,202,203,213,400…減算器
71…AND回路
68,68−1,68−2,98…除算器
91…乗算器
93…位相指令積算器
95…位相指令バッファ
100…速度検出回路
200,200’…ASR制御部
201…速度指令発生部
204…P(D)制御部
205…I制御部
300…トルク/電流指令変換部
500…ACR制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Pulse encoder 51 ... Waveform shaping circuit 52 ... OR circuit 53 ... Pulse phase up / down counter 54 ... Timer circuit 55 ... D-type flip-flop 56 ... Pulse generation time measuring circuit 57, 94 ... Flip-flop circuit 58 ... Reading buffer 58a 58d, 72-0 to 72-5 ... Latch circuit 61 ... Pulse phase buffer 62 ... Pulse time buffer 63,83 ... Speed difference data selection circuit 64,65,73 ... Previous value selection selector 64-1,65-1 ... previous value 1 selection selector 64-2, 65-2 ... previous value 2 selection selector 66, 66-1, 66-2, 67, 67-1, 67-2, 97, 202, 203, 213, 400 ... Subtractor 71 ... AND circuit 68, 68-1, 68-2, 98 ... Divider 91 ... Multiplier 93 ... Phase command integrator 95 ... Rank Phase command buffer 100 ... Speed detection circuit 200, 200 '... ASR control unit 201 ... Speed command generation unit 204 ... P (D) control unit 205 ... I control unit 300 ... Torque / current command conversion unit 500 ... ACR control unit

Claims (6)

回転機の回転速度を検出する速度検出装置であって、
回転機の回転角度を検出するパルスエンコーダの出力パルスに基づいて、設定したサンプル周期毎に、パルス有無情報、パルス位相情報およびパルス発生時刻情報を取得するパルス情報取得部と、
前記サンプル周期毎に取得された前記パルス位相情報を各々記憶するパルス位相バッファと、
前記サンプル周期毎に取得された前記パルス発生時刻情報を各々記憶するパルス時刻バッファと、
複数サンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための選択信号を設定する選択信号設定部と、
前記選択信号設定部で設定された選択信号によって、前記パルス位相バッファ内の複数サンプル周期前のパルス位相情報を選択し、前記パルス時刻バッファ内の複数サンプル周期前のパルス発生時刻情報を選択する過去情報選択部と、
前記パルス位相バッファ内の最新パルス位相と前記過去情報選択部によって選択された複数サンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファ内の最新パルス発生時刻と前記過去情報選択部によって選択された複数サンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて速度検出値を演算する速度検出演算部と、
を備えたことを特徴とする速度検出装置。
A speed detection device for detecting the rotation speed of a rotating machine,
Based on the output pulse of the pulse encoder that detects the rotation angle of the rotating machine, for each set sample period, a pulse information acquisition unit that acquires pulse presence information, pulse phase information, and pulse generation time information;
A pulse phase buffer for storing each of the pulse phase information acquired for each sample period;
A pulse time buffer for storing each of the pulse generation time information acquired for each sample period;
A selection signal setting unit for setting a selection signal for selecting pulse information acquired and stored before a plurality of sample periods;
Past selecting pulse phase information before a plurality of sample periods in the pulse phase buffer according to a selection signal set by the selection signal setting unit, and selecting pulse generation time information before a plurality of sample periods in the pulse time buffer An information selector,
The difference between the latest pulse phase in the pulse phase buffer and the pulse phase before a plurality of sample periods selected by the past information selection unit, the latest pulse generation time in the pulse time buffer, and the past information selection unit are selected. A speed detection calculation unit that calculates a speed detection value based on a difference from a pulse generation time before a plurality of sample periods;
A speed detection device comprising:
前記パルス情報取得部は、
前記パルスエンコーダからの出力パルスを波形整形してパルスの立上り、立下りの各エッジを検出する波形整形回路と、
前記波形整形回路で検出されたパルスの立上りエッジ、立下りエッジによりアップ/ダウンカウントを行い、カウント値をパルス位相値として出力するパルス位相アップダウンカウンタと、
基準クロックをカウントして時刻データを出力し、設定されたサンプル周期毎に割込信号を出力するタイマ回路と、
前記波形整形回路からパルスの各エッジの検出信号が入力されたときの前記タイマ回路の時刻データを記憶保持し、パルス発生時刻として出力するパルス発生時刻計測回路と、
前記波形整形回路からのパルスの各エッジの検出信号によりセットされ、前記タイマ回路からの割込信号によりリセットされ、該割込信号の発生周期の間にパルスが発生したか否かを示すパルス有無信号を出力するフリップフロップ回路と、
前記タイマ回路からの割込信号をイネーブル信号として、前記パルス位相アップダウンカウンタから送出されるパルス位相値、前記パルス発生時刻計測回路から送出されるパルス発生時刻および前記フリップフロップ回路から送出されるパルス有無信号を各々保持する読み出し用バッファと、を備え、
前記パルス位相バッファおよびパルス時刻バッファは、前記タイマ回路からの割込信号および前記読み出し用バッファからのパルス有無信号の論理積信号をイネーブル信号として、前記読み出し用バッファのパルス位相値およびパルス発生時刻を読み出して記憶する、最新情報記憶用バッファとn段(nは整数)の過去情報記憶用バッファとで各々構成され、
前記選択信号設定部の選択信号は、前記n段の過去情報記憶用バッファのうちいずれかの段のバッファを指定する信号に設定され、
前記過去情報選択部は、前記n段の過去情報記憶用バッファのうち前記選択信号設定部の選択信号で指定された段のバッファの情報を選択する、
ことを特徴とする請求項1に記載の速度検出装置。
The pulse information acquisition unit
A waveform shaping circuit that shapes the output pulse from the pulse encoder to detect rising and falling edges of the pulse; and
A pulse phase up / down counter that counts up / down at the rising edge and falling edge of the pulse detected by the waveform shaping circuit and outputs the count value as a pulse phase value;
A timer circuit that counts the reference clock, outputs time data, and outputs an interrupt signal for each set sample period;
A pulse generation time measuring circuit that stores and holds time data of the timer circuit when a detection signal of each edge of a pulse is input from the waveform shaping circuit, and outputs the pulse generation time;
Set by the detection signal at each edge of the pulse from the waveform shaping circuit, reset by the interrupt signal from the timer circuit, and the presence / absence of a pulse indicating whether or not a pulse has occurred during the generation period of the interrupt signal A flip-flop circuit that outputs a signal;
Using the interrupt signal from the timer circuit as an enable signal, the pulse phase value sent from the pulse phase up / down counter, the pulse generation time sent from the pulse generation time measuring circuit, and the pulse sent from the flip-flop circuit A read buffer for holding presence / absence signals,
The pulse phase buffer and the pulse time buffer use the AND signal of the interrupt signal from the timer circuit and the pulse presence / absence signal from the read buffer as an enable signal, and determine the pulse phase value and pulse generation time of the read buffer. Each of the latest information storage buffer and the n-stage (n is an integer) past information storage buffer is configured to read and store,
The selection signal of the selection signal setting unit is set to a signal for designating any one of the n stages of past information storage buffers,
The past information selection unit selects information of a buffer at a stage specified by a selection signal of the selection signal setting unit from among the n stages of past information storage buffers;
The speed detection apparatus according to claim 1, wherein:
前記選択信号設定部は、
第1のサンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための第1の選択信号と、前記第1のサンプル周期前よりも過去の第2のサンプル周期前に取得され記憶されたパルス情報を選択するための第2の選択信号とを設定し、
前記過去情報選択部は、
前記第1の選択信号によって、前記パルス位相バッファ内の第1のサンプル周期前のパルス位相情報および前記パルス時刻バッファ内の第1のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する第1の過去情報選択部と、
前記第2の選択信号によって、前記パルス位相バッファ内の第2のサンプル周期前のパルス位相情報および前記パルス時刻バッファ内の第2のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する第2の過去情報選択部とを有し、
前記速度検出演算部は、
前記パルス位相バッファ内の最新パルス位相と前記第1の過去情報選択部によって選択された第1のサンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファ内の最新パルス発生時刻と前記第1の過去情報選択部によって選択された第1のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて第1の速度検出値を演算する第1の速度検出演算部と、
前記パルス位相バッファ内の最新パルス位相と前記第2の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファ内の最新パルス発生時刻と前記第2の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて第2の速度検出値を演算する第2の速度検出演算部とを有している
ことを特徴とする請求項1に記載の速度検出装置。
The selection signal setting unit includes:
A first selection signal for selecting pulse information acquired and stored before the first sample period, and a pulse acquired and stored before the second sample period before the first sample period And a second selection signal for selecting information,
The past information selection unit
First past information selection for selecting pulse phase information before the first sample period in the pulse phase buffer and pulse time information before the first sample period in the pulse time buffer by the first selection signal And
Second past information selection for selecting the pulse phase information before the second sample period in the pulse phase buffer and the pulse time information before the second sample period in the pulse time buffer by the second selection signal And
The speed detection calculation unit
The difference between the latest pulse phase in the pulse phase buffer and the pulse phase before the first sample period selected by the first past information selection unit, the latest pulse generation time in the pulse time buffer, and the first A first speed detection calculation unit that calculates a first speed detection value based on a difference from a pulse generation time before the first sample period selected by the past information selection unit;
The difference between the latest pulse phase in the pulse phase buffer and the pulse phase before the second sample period selected by the second past information selection unit, the latest pulse generation time in the pulse time buffer, and the second A second speed detection calculation unit that calculates a second speed detection value based on a difference from a pulse generation time before the second sample period selected by the past information selection unit. The speed detection device according to claim 1.
前記選択信号設定部は、
第1のサンプル周期前に取得され記憶された、前記n段の過去情報記憶用バッファのうち何れかの段を指定する第1の選択信号と、前記第1のサンプル周期前よりも過去の第2のサンプル周期前に取得され記憶された、前記n段の過去情報記憶用バッファのうち何れかの段を指定する第2の選択信号とを設定し、
前記過去情報選択部は、
前記第1の選択信号によって指定された段の、前記パルス位相バッファの過去情報記憶用バッファ内の第1のサンプル周期前のパルス位相情報および前記パルス時刻バッファの過去情報記憶用バッファ内の第1のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する第1の過去情報選択部と、
前記第2の選択信号によって指定された段の、前記パルス位相バッファの過去情報記憶用バッファ内の第2のサンプル周期前のパルス位相情報および前記パルス時刻バッファの過去情報記憶用バッファ内の第2のサンプル周期前のパルス時刻情報を選択する第2の過去情報選択部とを有し、
前記速度検出演算部は、
前記パルス位相バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新パルス位相と前記第1の過去情報選択部によって選択された第1のサンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新パルス発生時刻と前記第1の過去情報選択部によって選択された第1のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて第1の速度検出値を演算する第1の速度検出演算部と、
前記パルス位相バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新パルス位相と前記第2の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前のパルス位相との差分と、前記パルス時刻バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新パルス発生時刻と前記第2の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分に基づいて第2の速度検出値を演算する第2の速度検出演算部とを有している
ことを特徴とする請求項2に記載の速度検出装置。
The selection signal setting unit includes:
A first selection signal that designates one of the n stages of past information storage buffers acquired and stored before the first sample period, and a first selection signal before the first sample period; A second selection signal that designates any one of the n stages of past information storage buffers obtained and stored before two sample periods;
The past information selection unit
The pulse phase information before the first sampling period in the past information storage buffer of the pulse phase buffer and the first in the past information storage buffer of the pulse time buffer at the stage specified by the first selection signal. A first past information selection unit for selecting pulse time information before the sample period;
The pulse phase information before the second sample period in the past information storage buffer of the pulse phase buffer and the second in the past information storage buffer of the pulse time buffer at the stage specified by the second selection signal. A second past information selection unit for selecting the pulse time information before the sample period,
The speed detection calculation unit
The difference between the latest pulse phase in the latest information storage buffer of the pulse phase buffer and the pulse phase before the first sample period selected by the first past information selection unit, and the latest information storage of the pulse time buffer A first speed for calculating a first speed detection value based on a difference between the latest pulse generation time in the buffer and a pulse generation time before the first sample period selected by the first past information selection unit A detection calculation unit;
The difference between the latest pulse phase in the latest information storage buffer of the pulse phase buffer and the pulse phase before the second sample period selected by the second past information selection unit, and the latest information storage of the pulse time buffer Second speed for calculating the second speed detection value based on the difference between the latest pulse generation time in the buffer and the pulse generation time before the second sample period selected by the second past information selection unit The speed detection device according to claim 2, further comprising a detection calculation unit.
回転機の速度指令と回転機の速度検出値の偏差に対して比例制御を行う比例制御項と、回転機の速度指令と回転機の速度検出値の偏差に対して積分制御を行う積分制御項とを有して、回転機の速度制御を行う速度制御システムであって、
請求項3又は4に記載の速度検出装置を備え、
前記比例制御項における回転機の速度検出値として、前記速度検出装置の第1の速度検出演算部で演算された第1の速度検出値を用い、
前記積分制御項における回転機の速度検出値として、前記速度検出装置の第2の速度検出演算部で演算された第2の速度検出値を用いる、
ことを特徴とする速度制御システム。
A proportional control term that performs proportional control with respect to the deviation between the speed command of the rotating machine and the detected speed value of the rotating machine, and an integral control term that performs integral control with respect to the deviation between the speed command of the rotating machine and the detected speed value of the rotating machine. And a speed control system for controlling the speed of the rotating machine,
The speed detection device according to claim 3 or 4,
As the speed detection value of the rotating machine in the proportional control term, using the first speed detection value calculated by the first speed detection calculation unit of the speed detection device,
As the speed detection value of the rotating machine in the integral control term, the second speed detection value calculated by the second speed detection calculation unit of the speed detection device is used.
A speed control system characterized by that.
回転機の速度指令と回転機の速度検出値の偏差に対して比例制御を行う比例制御項と、回転機の速度指令と回転機の速度検出値の偏差に対して積分制御を行う積分制御項とを有して、回転機の速度制御を行う速度制御システムであって、
請求項4に記載の速度検出装置を備え、
回転機の速度指令を時間積分して位相指令を求める速度指令/位相指令変換回路を設け、
前記速度検出装置のタイマ回路からの割込信号をイネーブル信号として、前記速度指令/位相指令変換回路で求められた位相指令を保持する位相指令読み出し用バッファと、
最新情報記憶用バッファおよびn段(nは整数)の過去情報記憶用バッファとで構成され、前記速度検出装置の読み出し用バッファからのパルス有無信号をイネーブル信号として、前記位相指令読み出し用バッファ内の位相指令を読み出して記憶する位相指令バッファと、
前記速度検出装置の選択信号設定部で設定された第2の選択信号によって指定された段の、前記位相指令バッファの過去情報記憶用バッファ内の第2のサンプル周期前の位相指令を選択する第3の過去情報選択部と、
前記位相指令バッファの最新情報記憶用バッファ内の最新位相指令と前記第3の過去情報選択部によって選択された第2のサンプル周期前の位相指令との差分を、前記速度検出装置の第2の速度検出演算部における最新パルス発生時刻と第2のサンプル周期前のパルス発生時刻との差分で除算する演算回路とによって、
平均化速度指令を求める平均化速度指令演算部をさらに設け、
前記積分制御項における回転機の速度指令として、前記平均化速度指令演算部で求められた平均化速度指令を用い、
前記比例制御項における回転機の速度検出値として、前記速度検出装置の第1の速度検出演算部で演算された第1の速度検出値を用い、
前記積分制御項における回転機の速度検出値として、前記速度検出装置の第2の速度検出演算部で演算された第2の速度検出値を用いる
ことを特徴とする速度制御システム。
A proportional control term that performs proportional control with respect to the deviation between the speed command of the rotating machine and the detected speed value of the rotating machine, and an integral control term that performs integral control with respect to the deviation between the speed command of the rotating machine and the detected speed value of the rotating machine. And a speed control system for controlling the speed of the rotating machine,
A speed detection device according to claim 4,
A speed command / phase command conversion circuit that obtains a phase command by integrating the speed command of the rotating machine over time is provided.
A phase command read buffer for holding an interrupt signal from the timer circuit of the speed detection device as an enable signal and holding the phase command obtained by the speed command / phase command conversion circuit;
The latest information storage buffer and the n-stage (n is an integer) past information storage buffer, and a pulse presence / absence signal from the read buffer of the speed detection device is used as an enable signal in the phase command read buffer. A phase command buffer for reading and storing the phase command;
A phase command for selecting the phase command before the second sample period in the past information storage buffer of the phase command buffer at the stage specified by the second selection signal set by the selection signal setting unit of the speed detection device. 3 past information selection sections;
The difference between the latest phase command in the latest information storage buffer of the phase command buffer and the phase command before the second sample period selected by the third past information selection unit is calculated as a second value of the speed detection device. An arithmetic circuit that divides by the difference between the latest pulse generation time and the pulse generation time before the second sample period in the speed detection calculation unit,
An average speed command calculation unit for obtaining an average speed command is further provided.
As the speed command of the rotating machine in the integral control term, using the averaged speed command obtained by the averaged speed command calculation unit,
As the speed detection value of the rotating machine in the proportional control term, using the first speed detection value calculated by the first speed detection calculation unit of the speed detection device,
A speed control system using a second speed detection value calculated by a second speed detection calculation unit of the speed detection device as the speed detection value of the rotating machine in the integral control term.
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