JP3499845B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ制御装置に
関し、特にサーボモータに適するモータ制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、モータを制御するモータ制御装置
にあっては、例えば図４に示されるように構成されてい
る。図４に示される構成にあって、モータ２１にエンコ
ーダ２２が連結されており、そのエンコーダ２２による
回転信号出力がモータ制御装置２３に入力し、モータ制
御装置２３により、回転信号に応じて例えばモータ２１
の回転速度を制御することができる。

【０００３】さらに、図４の構成でサーボモータの制御
も可能である。サーボモータのような高度な制御を行う
ためには、エンコーダ２２に２相エンコーダを用い、単
位時間当たりの各相の信号の立ち上がり及び立ち下がり
エッジを計数する場合がある。一般にサーボモータの速
度制御における応答性能を上げるためには、上記ウィン
ドウ時間を短くすれば可能である。

【０００４】しかしながら、ウィンドウ時間を短くする
とその時間内のエッジの数が減るため、エッジの数に基
づいて算出することになるモータの回転速度の算出値に
大きな量子化誤差が生じる。この量子化誤差が外乱とし
て作用するため、ウィンドウ時間がある一定値よりも短
くなると逆に速度制御の応答性が悪化することになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】回転速度制御における
分解能は、例えば１回転当たり２０４８パルスを発生す
るものを用いた場合には、上記エッジを計数する時間
（ウィンドウ時間）を１００μｓとすると、１パルス当
たり４つのエッジがあることから、エッジを１つ計数可
能な最低回転速度が約７３．２ｒｐｍになる。したがっ
て、その約７３．２ｒｐｍで回転しているものに対し
て、ウィンドウ時間を１００μｓ以下にすると、ある１
つのウィンドウ時間内に１つもエッジが検出されない場
合が生じる。その場合にはエッジの検出のために２つ以
上のウィンドウ時間の経過を必要として、上記した応答
性の悪化となる。

【０００６】上記したような量子化誤差を低減するため
には、より高い分解能を有するエンコーダを使用するよ
うにすれば良いが、そのような高い分解能を有するエン
コーダにあっては、そのコストが高いばかりでなく、大
型化するという問題がある。

【０００７】また、１回転当たり２０４８パルスを発生
するものを例えば６０００ｒｐｍで回転させた場合に
は、エンコーダ２２からの信号周波数は約２０５ｋＨｚ
であるのに対して、分解能を上げるために例えば１回転
当たり３２７６８パルスを発生するものを用いると、上
記信号周波数は約３．３ＭＨｚにもなってしまう。

【０００８】このように２相エンコーダ信号の周波数が
高くなると、ノイズの影響を受け易くなり、エンコーダ
２２とモータ制御装置２３との間を結ぶ信号ケーブル２
４やコネクタ及び入出力回路（図示せず）などを高周波
数に対応させる必要があると共に、それらケーブルやコ
ネクタ及び入出力回路が高騰化するという問題が生じ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、高分解能であって低廉化し得るモータ制御装置を実
現するために、本発明に於いては、モータに連動する回
転パルス発生器からのパルス信号の所定のウィンドウ時
間内の数に基づき当該モータの回転速度を算出して制御
するモータ制御装置において、前記ウィンドウ時間内の
前記パルス信号を計数するパルスカウント手段と、前記
パルス信号の周期よりも短い周期の計数補助信号を発生
する計数補助信号発生手段と、前記計数補助信号を計数
する計数補助信号カウント手段とを設け、前記パルスカ
ウント手段により前記ウィンドウ時間内の前記パルス信
号を計数すると共に、前記ウィンドウ時間の開始時から
前記パルス信号が検出されるまでのパルスカウント前領
域と、前記ウィンドウ時間の終了時直前の前記パルス信
号の検出時から当該終了時までのパルスカウント後領域
とにおける前記計数補助信号を前記計数補助信号カウン
ト手段により計数して、前記パルス信号の計数値と前記
計数補助信号の計数値とに基づいて前記回転速度を算出
すると共に、前記計数補助信号が、前記計数補助信号カ
ウント手段により計数する前の前記パルス信号の周期を
１／ｍ倍した１／ｍ逓倍信号であるものとした。

【００１０】これによれば、ウィンドウ時間内における
最初のパルス信号が検出される前のパルスカウント前領
域と、ウィンドウ時間終了前の最後のパルス信号が検出
された後のパルスカウント後領域とからなるパルス信号
がカウントされない領域を、パルス信号の周期よりも短
い周期の計数補助信号を用いて計数することにより、上
記領域を計測することができ、ウィンドウ時間内のパル
ス信号の数に基づく分解能を高めることができる。

【００１１】 また、逓倍信号を計数する際のパルス信
号の周期に応じて逓倍信号を発生させることから、計数
時の回転速度に対応した算出を行うことができる。

【００１２】また、前記計数補助信号がクロック信号か
らなり、前記計数補助信号カウント手段により前記クロ
ック信号を計数することによれば、各領域の時間測定を
例えば制御装置の基準クロック信号を用いて簡単に行う
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１４】図１は、本発明が適用されたモータ制御装
置内の制御ブロックを示す図である。なお、このモータ
制御装置は、従来例の図４で示したモータ制御装置２３
として用いられるものであって良い。したがって、制御
対象のモータ及びエンコーダの図示を省略する。また、
本制御装置の各回路をブロックで示しているが、各回路
の働きをするようにソフトで実行させるようにしても良
い。

【００１５】図に示されるように、本制御装置内には、
エンコーダ２２からのＡ相及びＢ相からなるパルス信号
が入力するエッジ検出回路１が設けられている。エッジ
検出回路１の出力は周期測定タイマ２に入力し、周期測
定タイマ２の出力は周期保持回路３に入力し、周期保持
回路３の出力は計数補助信号発生手段としての１／ｍ逓
倍信号発生回路４に入力している。なお、上記Ａ相及び
Ｂ相からなるパルス信号が回転方向検出回路５にも入力
している。

【００１６】また、エッジ検出回路１の出力がエッジカ
ウンタ６と１／ｍ逓倍信号カウンタ７とにそれぞれ入力
し、そのエッジカウンタ６の出力がエッジ数ラッチ回路
８に入力し、１／ｍ逓倍信号カウンタ７の出力が１／ｍ
逓倍信号第１ラッチ回路９と１／ｍ逓倍信号第２ラッチ
回路１０とにそれぞれ入力している。それら１／ｍ逓倍
信号第１ラッチ回路９と１／ｍ逓倍信号第２ラッチ回路
１０とには上記エッジ検出回路１の出力もそれぞれ入力
している。

【００１７】また、ウィンドウ時間の基準となるウィン
ドウ基準信号が、周期測定タイマ２に入力していると共
に、エッジカウンタ６、１／ｍ逓倍信号カウンタ７、エ
ッジ数ラッチ回路８、１／ｍ逓倍信号第１ラッチ回路
９、１／ｍ逓倍信号第２ラッチ回路１０にそれぞれ入力
している。なお、本制御装置の制御クロックに同期する
計測用クロック信号が上記各回路２〜１０にそれぞれ入
力している。

【００１８】また、上記回転方向検出回路５の出力が周
期測定タイマ２とエッジカウンタ６とにそれぞれ入力
し、１／ｍ逓倍信号発生回路４の出力が１／ｍ逓倍信号
カウンタ７に入力している。そして、エッジ数ラッチ回
路８と１／ｍ逓倍信号第１ラッチ回路９と１／ｍ逓倍信
号第２ラッチ回路１０とからの各出力信号が回転速度算
出回路１１に入力している。

【００１９】次に、このようにして構成された制御装置
による本発明の制御要領について図２を参照して以下に
示す。図２に示されるように、Ａ相及びＢ相からなるパ
ルス信号は、そのＡ相及びＢ相が互いに９０度位相がず
れており、１パルスに４つのエッジを有するものであ
る。そのエッジをエッジ検出回路１で検出し、エッジ検
出信号をエッジカウンタ６に送る。エッジカウンタ６で
は、所定の間隔で発生するウィンドウ基準信号に区切ら
れたウィンドウ時間Ｔｗ内の上記Ａ相及びＢ相の各エッ
ジの数を計数し、その結果であるエッジ数ＮＥをエッジ
数ラッチ回路８に保持する。

【００２０】また、周期測定タイマ２では、エッジが検
出される度にその１つ前のエッジとの周期を求める。例
えば図２においてＡ相のエッジＡ１が検出された時に
は、その１つ前のエッジがＢ相のエッジＢ１であり、そ
の両エッジＡ１・Ｂ１間の周期Ｔnを算出する。そし
て、次のエッジが検出されるまで、周期保持回路３にそ
の周期（上記例の場合にはＴn）を保持し、１／ｍ逓倍
信号発生回路４により、周期補助信号として例えば周期
（Ｔn）を１／ｍ倍したパルス幅（Ｔn／ｍ）の１／ｍ逓
倍信号を発生させて１／ｍ逓倍信号カウンタ７に入力す
る。

【００２１】また、ウィンドウ時間Ｔｗの開始時から最
初のパルス信号におけるエッジ検出信号（図２のＢ２）
が発生するまでの間のパルスカウント前領域Ｒｓを、１
／ｍ逓倍信号カウンタ７で、ウィンドウ基準信号の入力
とエッジ検出信号の入力とから認識すると共に、そのパ
ルスカウント前領域Ｒｓ内で入力された１／ｍ逓倍信号
を計数し、その結果である１／ｍ逓倍信号の第１計数値
Ｎｓを１／ｍ逓倍信号第１ラッチ回路９に保持する。

【００２２】同様に、ウィンドウ時間Ｔｗの終了直前の
エッジ検出信号（図２のＡ４）の発生からウィンドウ時
間Ｔｗの終了時までの間のパルスカウント後領域Ｒｅ内
で１／ｍ逓倍信号カウンタ７に入力された１／ｍ逓倍信
号を計数し、その結果である１／ｍ逓倍信号の第２計数
値Ｎｅを１／ｍ逓倍信号第２ラッチ回路１０に保持す
る。この場合の１／ｍ逓倍信号にあっては、１つ前のエ
ッジ間周期（図示例の場合にはＴn+6）に基づくことか
ら、そのパルス幅がＴn+6／ｍである。

【００２３】そして、回転速度算出回路１１で、ウィン
ドウ時間Ｔｗ内のエッジ数ＮＥと各計数値Ｎｓ・Ｎｅと
を用いて、次式によりモータ回転速度Ｎを算出する。 Ｎ＝Ｋ｛Ｎｓ＋ｍ（ＮＥ−１）＋Ｎｅ｝ …（１） ここで、Ｋは比例定数であり、ｍは上記した逓倍率であ
る。

【００２４】上記式では、ウィンドウ時間Ｔｗ内をエッ
ジの間隔（Ｔn、…）よりも細かな間隔の逓倍信号の数
で計数することに相当し、エッジの計数値のみでモータ
回転速度Ｎを算出する場合に対して高精度化し得る。ま
た、その計算をモータ制御装置２３側で行うものであっ
て良く、エンコーダ２２からのエンコーダ信号の分解能
がそれ程高くなくても、逓倍率ｍに応じた高い分解能に
てモータ回転速度Ｎを算出することができる。したがっ
て、図４における信号ケーブル２４やコネクタ及び入出
力回路などに高周波数対応品を用いる必要がないため、
それらケーブルやコネクタ及び入出力回路の高周波数対
応化に伴う高騰化を回避することができる。

【００２５】なお、図示例に対する反対方向における場
合も同様であり、その図示を省略すると共に、回転方向
の反転に対しては、回転方向検出回路５にてＡ相Ｂ相の
入力順序の違いにより判別可能であり、何ら問題なく対
処し得る。

【００２６】次に、本発明に基づく第２の例を図３の制
御ブロック図を参照して以下に示す。なお、図３におい
て、図２と同様の部分には同一の符号を付してその詳し
い説明を省略する。この第２の例にあっては、図２の周
期測定タイマ２に対応する２つのタイマである周期測定
第１タイマ２ａ及び周期測定第２タイマ２ｂを互いに並
列に設け、各出力をそれぞれに対応する第１周期保持回
路９ａ及び第２周期保持回路１０ａに入力している。な
お、これら各回路には２ａ・２ｂ・９ａ・１０ａには、
図２と同様に計測用クロック信号とウィンドウ基準信号
とがそれぞれ入力している。また、この第２の例にあっ
ても、回転方向検出回路５、エッジカウンタ６、エッジ
数ラッチ回路８が設けられている。

【００２７】この第２の例の制御要領にあっては、エッ
ジ数ラッチ回路８の出力が上記例と同じくウィンドウ時
間Ｔｗ内のエッジ数ＮＥである。また、上記周期測定第
１タイマ２ａは、ウィンドウ基準信号の入力とエッジ検
出回路１からの信号入力とにより、図２に示されるパル
スカウント前領域Ｒｓを認識すると共に、その領域の時
間Ｔｓを計測するものであり、上記周期測定第２タイマ
２ｂは、同様の信号入力により図２に示されるパルスカ
ウント後領域Ｒｅ認識すると共に、その領域の時間Ｔｅ
を計測するものである。

【００２８】また、周期測定第１タイマ２ａの出力（パ
ルスカウント前時間Ｔｓ）を第１周期保持回路９ａによ
り保持しており、したがってその第１周期保持回路９ａ
からはパルスカウント前時間Ｔｓが出力される。同様
に、周期測定第２タイマ２ｂの出力（パルスカウント後
時間Ｔｅ）を第２周期保持回路１０ａにより保持してお
り、したがって第２周期保持回路１０ａからはパルスカ
ウント後時間Ｔｅが出力される。

【００２９】そして、回転速度算出回路１１で、ウィン
ドウ時間Ｔｗ内のエッジ数ＮＥと各時間Ｔｓ・Ｔｅとを
用いて、次式によりモータ回転速度Ｎを算出する。 Ｎ＝Ｋ１（１／Ｔｓ）＋Ｋ２（ＮＥ−１）＋Ｋ１（１／Ｔｅ） …（２） ここで、Ｋ１及びＫ２は比例定数である。

【００３０】上記式では、ウィンドウ時間Ｔｗ内のエッ
ジが計数されない領域Ｒｓ・Ｒｅをも含めたエッジの周
期に相当する時間に基づいて回転速度Ｎを算出すること
になり、上述した第１の例と同様に、エッジの計数値の
みに基づいてモータ回転速度Ｎを算出する場合に対して
高精度化し得る。この場合にあっても、計算をモータ制
御装置２３側で行うものであって良く、上述した効果と
同様の効果を奏し得る。

【００３１】

【発明の効果】このように本発明によれば、ウィンドウ
時間内におけるパルス信号がカウントされない領域をパ
ルス信号の周期よりも短い周期の計数補助信号を用いて
計数することにより上記領域を計測することができ、ウ
ィンドウ時間内のパルス信号の数に基づく分解能を高め
ることができるため、その処理をモータ制御装置側で行
うことによりエンコーダ出力信号を高周波数化すること
なく分解能を高めることができる。したがって、エンコ
ーダとモータ制御装置との間を結ぶ信号ケーブルやコネ
クタ及び入出力回路を高周波数対応品（高価格）にする
必要が無いと共に、それらの耐ノイズ性も高める必要が
無く、高分解能化しても装置が高騰化することがない。

【００３２】また、数補助信号カウント手段により計数
する前のパルス信号の周期を逓倍して形成した逓倍信号
を用いることにより、逓倍信号を計数する際のパルス信
号の周期に応じて逓倍信号を発生させることになり、計
数時の回転速度に対応した算出を容易に行うことができ
る。

【００３３】また、パルスカウント前後の各領域をクロ
ック信号を用いて計数することにより、各領域の時間測
定を例えば制御装置の基準クロック信号を用いて簡単に
行うことができ、回路を簡略化し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたモータ制御装置内の制御ブ
ロックを示す図。

【図２】本発明に基づく制御要領を示すタイムチャー
ト。

【図３】第２の例を示す図２に対応する制御ブロック
図。

【図４】モータ制御装置を用いたシステムの概略を示す
図。

【符号の説明】

１ エッジ検出回路 ２ 周期測定タイマ ３ 周期保持回路 ４ １／ｍ逓倍信号発生回路 ５ 回転方向検出回路 ６ エッジカウンタ ７ １／ｍ逓倍信号カウンタ ８ エッジ数ラッチ回路 ９ １／ｍ逓倍信号第１ラッチ回路 １０ １／ｍ逓倍信号第２ラッチ回路 １１ 回転速度算出回路 ２１ モータ ２２ エンコーダ ２３ モータ制御装置 ２４ 信号ケーブル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータに連動する回転パルス発生器から
   のパルス信号の所定のウィンドウ時間内の数に基づき当
   該モータの回転速度を算出して制御するモータ制御装置
   において、 前記ウィンドウ時間内の前記パルス信号を計数するパル
   スカウント手段と、前記パルス信号の周期よりも短い周
   期の計数補助信号を発生する計数補助信号発生手段と、
   前記計数補助信号を計数する計数補助信号カウント手段
   とを設け、 前記パルスカウント手段により前記ウィンドウ時間内の
   前記パルス信号を計数すると共に、前記ウィンドウ時間
   の開始時から前記パルス信号が検出されるまでのパルス
   カウント前領域と、前記ウィンドウ時間の終了時直前の
   前記パルス信号の検出時から当該終了時までのパルスカ
   ウント後領域とにおける前記計数補助信号を前記計数補
   助信号カウント手段により計数して、 前記パルス信号の計数値と前記計数補助信号の計数値と
   に基づいて前記回転速度を算出すると共に、 前記計数補助信号が、前記計数補助信号カウント手段に
   より計数する前の前記パルス信号の周期を１／ｍ倍した
   １／ｍ逓倍信号である ことを特徴とするモータ制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記計数補助信号がクロック信号からな
   り、前記計数補助信号カウント手段により前記クロック
   信号を計数することを特徴とする請求項１に記載のモー
   タ制御装置。