JP3511070B2 - 速度演算装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータの回転速
度、製造ラインのライン速度等のように、検出対象物の
速度に対応した周波数を有する検出パルスをカウントし
てそのカウント値を所定のサンプリング周期でサンプリ
ングし、そのサンプリングしたカウント値に基づいて検
出対象物の速度を算出する速度演算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の速度演算装置には、図３
に示す構成のものがある。

【０００３】同図において、１はロータリエンコーダな
どの検出器で、この検出器１からは、検出対象物の速度
に対応した周波数を有する検出パルスが出力される。

【０００４】２はこの検出パルスをカウントして出力す
るＮカウンタで、たとえば、アップ／ダウンカウンタが
適用される。

【０００５】３は時刻を計時する計時手段であって、検
出器１から出力される検出パルスよりも十分に周波数の
高い基準クロックを発生する発振器４と、この基準クロ
ックをカウントするＴカウンタ５とからなる。Ｔカウン
タ５としては、たとえば、アップカウンタが適用され
る。

【０００６】６は検出器１からの検出パルスが入力され
るたびに、その入力時点での計時手段３で計時された時
刻をラッチするレジスタである。

【０００７】８はＮカウンタ２、およびＴレジスタ６の
出力を共に所定の周期でサンプリングし、これらの取り
込んだデータに基づいて検出対象物の速度を演算する演
算手段であって、たとえば、ＣＰＵで構成される。

【０００８】９は演算手段８でサンプリングされるＮカ
ウンタ２、およびＴレジスタ６の出力を一時的に格納す
るメモリである。

【０００９】上記構成の速度演算装置による速度演算の
動作を、図４に示すタイミングチャートを参照して説明
する。

【００１０】検出器１からは、検出対象物の速度に対応
した周波数を有する検出パルスが出力され、この検出パ
ルスがＮカウンタ２で順次カウントされる。

【００１１】一方、発振器４からは、上記の検出パルス
よりも十分に周波数の高い基準クロックが発生され、こ
の基準クロックがＴカウンタ５で順次カウントされる。
そして、そのＴカウンタ５の出力が次段のＴレジスタ６
に出力される。

【００１２】Ｔレジスタ６は、検出器１からの検出パル
スが１パルス入力されるたびに、計時手段３のＴカウン
タ５から出力されるカウント値をラッチする。したがっ
て、Ｔレジスタ６の出力は、各々の検出パルスが出力さ
れる時点で計時手段３で計時された各時刻を示すことに
なる。

【００１３】演算手段８は、Ｎカウンタ２、およびＴレ
ジスタ６の出力を共に所定の周期でサンプリングする。

【００１４】図４において、符号ts₀，ts₁，ts₂，…等
は、演算手段８による各サンプリング時点における時刻
を示している。

【００１５】したがって、たとえば、一つのサンプリン
グ時点(時刻ts₀)では、そのサンプリング時点の直前の
検出パルスの入力時刻t₀、およびこのパルス入力時刻t₀
におけるＮカウンタ２のカウント値Ｎ₀からなる２つの
データt₀，Ｎ₀が演算手段８に同時に取り込まれる。

【００１６】同様に、次のサンプリング時点(時刻ts₁)
では、そのサンプリング時点の直前の検出パルスの入力
時刻t₁、およびこのパルス入力時刻t₁におけるＮカウン
タ２のカウント値Ｎ₁からなる２つのデータt₁，Ｎ₁が演
算手段８に同時に取り込まれる。

【００１７】その他のサンプリング時点についても全く
同じである。

【００１８】そして、演算手段８は、サンプリングした
パルス数Ｎ₀，Ｎ₁，Ｎ₂，…、および各パルス数Ｎ₀，Ｎ
₁，Ｎ₂，…が得られたときの時刻t₀，t₁，t₂，…をメモ
リ９に順次格納する。

【００１９】さらに、演算手段８は、メモリ９に格納さ
れた今回と前回の各サンプリング時点で得られたデータ
に基づいて、検出対象物の速度Ｖ_iを次のようにして演
算する。

【００２０】 Ｖ_i＝p・(ΔＮ_i／ΔＴ_i) (a) ただし、ΔＮ_i＝Ｎ_i−Ｎ_i-1 ΔＴ_i＝t_i−t_i-1 ここに、pは検出パルスの１パルス当たりの検出対象物
の移動量、Ｎ_i，t_iは今回のサンプリング時点で得られ
る検出パルスのパルス数とその入力時刻であり、
Ｎ_i-1，t_i-1は前回のサンプリング時点で得られる検出
パルスのパルス数とその入力時刻である。

【００２１】たとえば、今回と前回の各サンプリング時
点を時刻ts₂，ts₁とすると、今回のサンプリング時点
(時刻ts₂)で得られたデータはＮ₂とt₂であり、前回のサ
ンプリング時点(時刻ts₁)で得られたデータはＮ₁とt₁で
あるから、この場合の演算速度Ｖ₂は、(a)式から、 Ｖ₂＝p・(ΔＮ₂／Δ₂)＝p・(Ｎ₂−Ｎ₁)／(t₂−t₁) となる。

【００２２】そして、演算手段８は、(a)式によって求
まる演算速度Ｖ_iを、そのサンプリング時点ts_iでの速度
とみなして、検出対象物を制御したり、その値Ｖ_iを図
示しない表示器などに出力する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
構成の従来の速度演算装置では、次の問題がある。

【００２４】 いま、検出対象物が減速されたような
場合には、検出パルスのパルス間隔が極度に長くなり、
また、停止された場合には、検出パルスが全く入力され
なくなる。

【００２５】その結果、演算手段８のサンプリング周期
内に検出パルスが入力されなくなる事態が生じて、前述
の(a)式によって演算速度Ｖ_iを算出することができなく
なる。

【００２６】たとえば、図４に示すように、検出パルス
のパルス間隔が次第に長くなった場合、時刻ts₆から時
刻ts₇までのサンプリング周期内に、検出パルスは入力
されない。

【００２７】このため、ts₆からts₇までのサンプリング
周期内では、Ｎカウンタ２とＴレジスタ６の各出力デー
タの内容は変化せず、たとえば、今回のサンプリング時
点（時刻ｔｓ_７）で得られたデータは、その前回のサン
プリング時点(時刻ts₆)で得られたデータと同じであ
る。したがって、(a)式において、ΔＮ₇＝０、ΔＴ₇＝
０となるため、演算速度Ｖ₇を算出することができな
い。

【００２８】 また、演算手段８のサンプリング周期
内に、検出パルスが入力される場合であっても、(a)式
に基づいて得られる演算速度Ｖ_iは、今回のサンプリン
グ時刻ts_iにおける速度ではなく、前回のサンプリング
時点の直前の検出パルスの入力時刻から、今回のサンプ
リング時点の直前の検出パルスの入力時刻までの平均的
な速度である。

【００２９】たとえば、図４において、今回のサンプリ
ング時点の時刻をts₂としたとき、この時刻ts₂で得られ
る演算速度Ｖ₂は、前回のサンプリング時点(時刻ts₁)の
直前の検出パルスの入力時刻t₁から、今回のサンプリン
グ時点(時刻ts₂)の直前の検出パルスの入力時刻t₂まで
の期間(つまり、t₁〜t₂の期間)中の平均的な速度となっ
ている。

【００３０】したがって、あるサンプリング時点におい
て算出される演算速度は、そのサンプリング時点での実
速度と比較したときに、誤差が大きくなる場合があり、
時間遅れ要素となっている。このため、検出対象物の速
度検出の応答性が悪い。

【００３１】ここに、前記の問題点を解決するための
一つの方策として、特公平３−４０８４８号公報に開示
された従来技術がある。

【００３２】この従来技術では、サンプリング周期内に
検出パルスがあった場合は、さらに直近の検出パルスの
あったサンプリングに対して、サンプリング時刻tsj，
パルス数Nj，検出パルスの入力時刻tjとすれば、t_i-1，
N_i-1のかわりにt_j，N_jを用いて(a)式に基づいた前回速
度を求めることができ、さらに同様にして求めた前々回
速度を用い、今回のサンプリング時点の速度を次に示す
(b)式に基づいて予測計算をするようにしている。

【００３３】すなわち、(a)式に基づいて求めた前回の
速度をＶ_j、その時のサンプリング時刻をts_j、前々回の
速度をＶ_k、その時のサンプリング時刻をts_k、今回のサ
ンプリング時刻をts_iとすれば、今回のサンプリング時
点で予測される速度Ｖ_iは、 Ｖ_i＝ΔＶ×n＋Ｖ_j (b) ただし、 n＝ts_i−ts_j／Ｔs (Ｔsはサンプリング周期) ΔＶ＝(Ｖ_j−Ｖ_k)×Ｔs／ts_j−ts_k にて予測計算する。

【００３４】このように、特公平３−４０８４８号公報
に開示された従来技術では、サンプリング周期内の検出
パルスの入力の有無にかかわらずに、(a)式または(b)式
によって速度Ｖ_iを算出するので、検出対象物の制御が
安定化し、また、検出対象物の速度変化に追従して表示
器の速度表示を変更することができる。

【００３５】しかしながら、この従来技術においても、
前記の問題点は依然として解消されていない。

【００３６】つまり、前述したように、(a)式に基づい
て得られる演算速度Ｖ_iは、現在のサンプリング時点(時
刻ts_i)にそのまま対応する速度ではなく、それまでの平
均的な速度である。

【００３７】また、(b)式に基づいて得られる速度Ｖ
_iは、前回と前前回の両サンプリング時点(時刻ts_i-1，t
s_i-2)で得られる平均速度をそのサンプリング時点での
速度Ｖ_i-1，Ｖ_i-2とみなした上で、今回のサンプリング
時点(時刻ts_i)での速度Ｖ_iを、これらの平均速度
Ｖ_i-1，Ｖ_i-2を結ぶ直線の延長線上にあると仮定して算
出するものであるから、このようにして得られる速度も
実速度との誤差が大きくなる。

【００３８】このため、図５に示すように、検出対象物
が実際は正転しているだけなのに（図５（ａ）の実
線)、予測計算された速度Ｖ_iが負の値となって逆転して
いる結果となる場合がある(図５(a)の破線)。

【００３９】あるいは、検出対象物が実際は停止してい
るに(図５(b)の実線)、予測計算された速度Ｖ_iが有限の
値となって未だ正転している結果となったりする(図５
(b)の破線)などの不具合が生じる。

【００４０】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、サンプリング周期内に検出パルスの入
力がある場合は勿論のこと、検出パルスの入力が途切れ
た場合でも、サンプリング時点の検出対象物の実速度に
より近似した速度が常に得られるようにして、検出対象
物の速度検出が正確で、かつ応答性に優れた速度演算装
置を提供することを課題とする。

【００４１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、次の構成を採る。

【００４２】すなわち、請求項１記載に係る発明の速度
演算装置は、検出対象物の速度に対応した周波数を有す
る検出パルスをカウントして出力する検出パルスカウン
ト手段と、時刻を計時する計時手段と、前記検出パルス
が入力されるたびに、その入力時点での計時手段で計時
された時刻を出力する検出パルス時刻測定手段と、前記
検出パルスカウント手段、および検出パルス時刻測定手
段からの出力を共に所定の周期でサンプリングするとと
もに、そのサンプリング時点での前記計時手段で計時さ
れた時刻を同時に取り込み、これらのデータに基づいて
検出対象物の速度を演算する演算手段とを備え、この演
算手段は、現時点のサンプリング時刻から溯った時間に
入力された各検出パルスの内、検出パルスの直後に位置
する少なくとも３つの最近のサンプリング時刻でそれぞ
れサンプリングして得られた前記データに基づいて、少
なくとも２つのサンプリング周期内における各平均速度
と、それらの平均速度に対応した時刻とをそれぞれ求
め、これらの平均速度とその時刻、および現時点のサン
プリング時刻の各関係を満たす近似式によって、現時点
のサンプリング時刻における速度の予測値Ｖs_iを算出す
る現時点予測演算部を含んでいる。

【００４３】また、請求項２記載の速度演算装置におい
ては、現時点のサンプリング時刻をts_i、そのサンプリ
ング時刻ts_iの直前の検出パルスの入力時刻をt_i、前記
現時点予測演算部によって算出された現時点のサンプリ
ング時刻ts_iに最も接近する時刻における平均速度をＶ
_(i-1)(i)としたとき、これらの各データに基づいて、次
式、 Ｖs_i'＝Ｓign(Ｖ_(i-1)(i))・p／(ts_i−t_i) (ただし、pは１パルス当たりの検出対象物の移動量であ
り、また、Ｓign(Ｖ_(i-1)(i))はＶ_(i-1)(i)の正負の符
号のみを抽出することを意味する)によって、最大予測
値Ｖs_i'を算出する最大予測演算部と、前記現時点予測
演算部で得られる現時点予測値Ｖs_iと、最大予測演算部
で得られる最大予測値Ｖs_i'の内の絶対値の小さい方を
選択し、これを現時点のサンプリング時刻における速度
として出力する選択部とを備える。

【００４４】

【作用】請求項１記載の構成において、演算手段は、サ
ンプリング時点ごとに、計時手段で計時されたそのとき
のサンプリング時刻、検出パルス時刻測定手段で測定さ
れた検出パルスの入力時刻、その入力時刻での検出パル
スカウント手段のカウント値のデータを順次取り込む。

【００４５】演算手段を構成する現時点予測演算部は、
これらのサンプリングしたデータに基づいて現時点予測
値Ｖs_iを算出する。

【００４６】この現時点予測値Ｖs_iは、基本的には、今
回、前回、前前回の各サンプリング時点で得られたデー
タに基づく２つの平均速度と、これらの各平均速度に対
応する時刻、および今回のサンプリング時刻から予測計
算して得られる値である。このため、従来方法により予
測計算して得られる速度よりも、実速度との誤差がより
小さくなる。

【００４７】また、請求項２記載の構成においては、最
大予測演算部は、今回のサンプリング時点で得られる、
サンプリング時刻、そのサンプリング時刻の直前の検出
パルスの入力時刻、および現時点予測演算部によって算
出された今回のサンプリング時点に近い方の平均速度の
各データに基づいて最大予測値Ｖs_i'を算出する。

【００４８】この最大予測値Ｖs_i'は、今回のサンプリ
ング時点で予測される速度の最大値を示している。ゆえ
に、この最大予測値Ｖs_i'を基準値として設定した場
合、現時点予測値Ｖs_iがこの基準値Ｖs_i'を越えるとき
は、その予測は誤っており、現時点予測値Ｖs_iがこの基
準値Ｖs_i'以下ならば現時点予測値Ｖs_iは妥当なもので
あると判断してよい。

【００４９】このため、選択部は、現時点予測値Ｖs_iと
最大予測値Ｖs_i'の内の絶対値の小さい方を選択して出
力する。したがって、選択部から出力される速度の予測
値は、一層信頼性の高いものとなる。

【００５０】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る速度演算装置
の構成を示すブロック図であり、図３に示した従来例に
対応する部分には同一の参照符号を付している。

【００５１】図１において、１はロータリエンコーダな
どの検出器で、この検出器１からは、検出対象物の速度
に対応した周波数を有する検出パルスが出力される。

【００５２】２はこの検出パルスをカウントして出力す
るＮカウンタであり、たとえば、アップ／ダウンカウン
タが適用される。そして、このＮカウンタ２が特許請求
の範囲における検出パルスカウント手段に相当する。

【００５３】３は時刻を計時する計時手段であって、検
出器１から出力される検出パルスよりも十分に周波数の
高い基準クロックを発生する発振器４と、この基準クロ
ックをカウントするＴカウンタ５とからなる。Ｔカウン
タ５としては、たとえば、アップカウンタが適用され
る。

【００５４】なお、上記のＮカウンタ２、およびＴカウ
ンタ５は、有限の値を扱うものであるから、時間経過と
ともにカウント値が増加して最後にオーバフローが発生
するが、たとえば、２進カウンタの場合には、差分の結
果に有効ビットのみ論理積演算を行うことにより、カウ
ント値を正しく求めることができる。

【００５５】６は検出器１からの検出パルスが入力され
るたびに、その入力時点での計時手段３で計時された時
刻をラッチするＴレジスタであり、このＴレジスタ６が
特許請求の範囲における検出パルス時刻測定手段に相当
する。

【００５６】８はＮカウンタ２、およびＴレジスタ６の
各出力を共に所定の周期でサンプリングするとともに、
そのサンプリング時点での計時手段３で計時された時刻
も同時に取り込み、これらのデータに基づいて検出対象
物の速度を演算する演算手段であって、たとえば、ＣＰ
Ｕで構成される。

【００５７】９は演算手段８でサンプリングされるＮカ
ウンタ２、およびＴレジスタ６の出力、およびサンプリ
ング時点の計時手段３の時刻の各データを一時的に格納
するメモリである。

【００５８】上記の演算手段８は、現時点予測演算部１
２、最大予測演算部１４、および選択部１６を含んでい
る。

【００５９】これらの各部１２，１４，１６の機能につ
いては、以下に述べる速度演算動作とあわせて説明す
る。

【００６０】図２は上記構成の速度演算装置の動作の説
明図である。なお、図２では、検出対象物の実速度(図
中の実線)、図１の構成の速度演算装置によって得られ
る演算速度(図中の一点鎖線)、および検出パルスの関係
を示している。

【００６１】検出器１からは、検出対象物の速度に対応
した周波数を有する検出パルスが出力されるので、この
検出パルスがＮカウンタ２で順次カウントされる。

【００６２】一方、発振器４からは、上記の検出パルス
よりも十分に周波数の高い基準クロックが発生され、こ
の基準クロックがＴカウンタ５で順次カウントされる。
そして、そのＴカウンタ５の出力が次段のＴレジスタ６
に出力されるとともに、演算手段８にも加えられる。

【００６３】Ｔレジスタ６は、検出器１からの検出パル
スが１パルス入力されるたびに、Ｔカウンタ５から出力
されるカウント値をラッチする。したがって、Ｔレジス
タ６の出力は、個々の検出パルスが入力される時点での
各時刻を示すことになる。

【００６４】演算手段８は、Ｎカウンタ２、Ｔレジスタ
６、Ｔカウンタ５の各出力を共に所定の周期で同時にサ
ンプリングする。

【００６５】図２において、符号ts₀，ts₁，ts₂，ts₃，
…は、演算手段８による各サンプリング時点での時刻
(すなわち、Ｔカウンタ５の出力を取り込んで得られる
時刻)を示している。

【００６６】したがって、たとえば、一つのサンプリン
グ時点(時刻ts₂)では、そのサンプリング時点の時刻t
s₂、このサンプリング時点の直前の検出パルスの入力時
刻t₂、およびこのパルス入力時刻t₂におけるＮカウンタ
２のカウント値Ｎ₂からなる３つのデータts₂，t₂，Ｎ₂
が演算手段８に同時に取り込まれる。

【００６７】同様に、次のサンプリング時点(時刻ts₃)
では、そのサンプリング時点の時刻ts₃、このサンプリ
ング時点の直前の検出パルスの入力時刻t₃、およびこの
パルス入力時刻t₃におけるＮカウンタ２のカウント値Ｎ
₃からなる３つのデータts₃，t₃，Ｎ₃が演算手段８に同
時に取り込まれる。

【００６８】なお、図２からも分かるように、本例にお
いては、各サンプリング期間(ts₀〜ts₁，ts₁〜ts₂，ts₂
〜ts₃，…)は、いずれも一定期間であることは必ずしも
必要ではなく、各期間の長さは互いに異なっていてもよ
い。これは、後述する(１)，(２)式によって速度の平均
値が求まればよいからである。

【００６９】そして、演算手段８は、各々のサンプリン
グごとに得られるこれらのサンプリング時刻、検出パル
スの入力時刻、その入力時刻でのカウント値のデータを
メモリ９に順次格納する。

【００７０】続いて、現時点予測演算部１２は、サンプ
リング時刻、検出パルスの入力時刻、およびその入力時
刻でのカウント値の各データに基づいて、まず検出パル
スの入力の有無を調べた後、次の(１)〜(４)式によっ
て、平均速度Ｖ_(i-1)(i)，Ｖ_(i-2)(i-1)と、これらの平
均速度に対応する時刻t_(i-1)(i)，t_(i-2)(i-1)とを求め
る。

【００７１】なお、サンプリング期間中の検出パルスの
入力の有無は、Ｎカウンタ２のカウント値が変化したか
否かを調べることで判断される。

【００７２】 Ｖ_(i-1)(i) ＝p・{(Ｎ_i−Ｎ_i-1)／(t_i−t_i-1)} (１) Ｖ_(i-2)(i-1)＝p・{(Ｎ_i-1−Ｎ_i-2)／(t_i-1−t_i-2)} (２) t_(i-1)(i) ＝(t_i-1＋t_i)／２ (３) t_(i-2)(i-1)＝(t_i-2＋t_i-1)／２ (４) ここに、pは１パルス当たりの被測定物の移動量であ
り、t_i，t_i-1，t_i-2は、現時点のサンプリング時刻から
溯った時間に入力された各検出パルスの内、検出パルス
の直後に位置する３つの最近のサンプリング時刻ts_i，t
s_i-1，ts_i-2で得られる検出パルスの入力時刻であり、
Ｎ_i，Ｎ_i-1，Ｎ_i-2は各検出パルスの入力時刻t_i，
t_i-1，t_i-2に対応する検出パルスのカウント値である。

【００７３】たとえば、図２において、今回のサンプリ
ング時刻をts₃としたとき、その現時点から溯った時間
に入力された検出パルスの内、各々の検出パルスの直後
に位置する３つの最近のサンプリング時刻はts₃，ts₂，
ts₁である。

【００７４】そして、これらの各サンプリング時刻t
s₃，ts₂，ts₁で得られる検出パルスの入力時刻(Ｔレジ
スタ６でラッチされた値)をt₃，t₂，t₁、これらの入力
時刻t₃，t₂，t₁に対応する検出パルスのカウント値(Ｎ
カウンタ２のカウント値)をＮ₃，Ｎ₂，Ｎ₁とすると、前
記(１)，(２)式から算出される平均速度Ｖ₂₃，Ｖ₁₂は、 Ｖ₂₃＝p・{(Ｎ₃−Ｎ₂)／(t₃−t₂)} Ｖ₁₂＝p・{(Ｎ₂−Ｎ₁)／(t₂−t₁)} となる。

【００７５】また、前記(３)，(４)式から算出される各
平均速度Ｖ₂₃，Ｖ₁₂に対応する時刻t₂₃，t₁₂は、速度変
化を一定(等加速度)とみなせば、 t₂₃＝(t₂＋t₃)／２ t₁₂＝(t₁＋t₂)／２ となる。

【００７６】また、図２において、現時点のサンプリン
グ時刻をts₄としたとき、今回のサンプリング時刻ts₄と
前回のサンプリング時刻ts₃との間には検出パルスの入
力がないので、今回のサンプリング時刻ts₄から溯った
時間に入力された検出パルスの内、各々の検出パルスの
直後に位置する３つの最近のサンプリング時刻はts₃，t
s₂，ts₁となる。

【００７７】したがって、この場合も上記と同様に
(１)，(２)式から算出される平均速度Ｖ₂₃，Ｖ₁₂は、 Ｖ₂₃＝p・{(Ｎ₃−Ｎ₂)／(t₃−t₂)} V₁₂＝p・{(Ｎ₂−Ｎ₁)／(t₂−t₁)} であり、また、(３)，(４)式から算出される各平均速度
Ｖ₂₃，Ｖ₁₂に対応する時刻t₂₃，t₁₂は、 t₂₃＝(t₂＋t₃)／２ t₁₂＝(t₁＋t₂)／２ となる。

【００７８】引き続いて、現時点予測演算部１２は、
(１)〜(４)式で得られる各平均速度Ｖ_(i-1)(i)，Ｖ
_(i-2)(i-1)と、これに対応する時刻t_(i-1)(i)，t
_(i-2)(i-1)、および今回のサンプリング時刻ts_iに基づ
いて、これらのデータの各関係を満たす次の直線近似式
(一次近似式)、 Ｖs_i＝{(Ｖ_(i-1)(i)−Ｖ_(i-2)(i-1))/(t_(i-1)(i)−t_(i-2)(i-1))} ×(ts_i−t_(i-2)(i-1))＋Ｖ_(i-2)(i-1) (５) によって、現時点予測値Ｖs_iを算出する。

【００７９】たとえば、上記の例において、今回のサン
プリング時刻がts₃の場合には、平均速度Ｖ₂₃，Ｖ₁₂と
その時刻t₂₃，t₁₂が既に(１)〜(４)式によって算出され
ているので、そのときの現時点予測値Ｖs₃は、(５)式か
ら、 Ｖs₃＝{(Ｖ₂₃−Ｖ₁₂)／(t₂₃−t₁₂)}・(ts₃−t₁₂)＋Ｖ₁₂ として求まる。

【００８０】また、今回のサンプリング時刻がts₄の場
合の現時点予測値Ｖs₄は、同様に、 Ｖs₄＝{(Ｖ₂₃−Ｖ₁₂)／(t₂₃−t₁₂)}・(ts₄−t₁₂)＋Ｖ₁₂ として求まる。

【００８１】現時点予測演算部１２によって、(５)式に
基づいて算出される現時点予測値Ｖs_iは、従来技術とし
て前述の(b)式に基づいて算出する速度に比べて、実速
度と比較した場合の誤差が小さくなる。その理由を次に
説明する。

【００８２】図２に示す例において、今回のサンプリン
グ時刻をts₃としたとき、従来では、前回と前前回の両
サンプリング時点(時刻ts₂，ts₁)で得られる各平均速度
Ｖ₁₂，Ｖ₀₁がそれらの時刻ts₂，ts₁における速度である
とみなし、今回のサンプリング時刻ts₃における速度Ｖs
₃''は、これらの平均速度Ｖ₁₂，Ｖ₀₁を結ぶ延長線(図中
の二点鎖線)上にあると仮定して算出している。

【００８３】これに対して、本発明では、今回と前回の
サンプリング時点(時刻ts₃，ts₂)で得られる平均速度Ｖ
₂₃，Ｖ₁₂は、時刻t₂〜t₃および時刻t₁〜t₂の各中間の時
刻t₂₃，t₁₂における速度とみなし、今回のサンプリング
時刻ts₃における速度Ｖs₃は、(５)式からも分かるよう
に、これらの平均速度Ｖ₂₃，Ｖ₁₂を結ぶ延長線(図中の
一点鎖線)上にあると仮定して算出している。

【００８４】このため、従来方法により算出される速度
Ｖs₃''よりも、(５)式に基づいて得られる予測値Ｖs₃の
方が、実速度(図中の実線)との誤差がより小さくなる。

【００８５】なお、現時点予測演算部１２において、予
測演算を行う際の正当性を高めるために、次の場合に
は、現時点予測値Ｖs_iとして、(５)式を適用してＶs_iを
求める代わりに、次の値を適用する。

【００８６】 予測演算を開始する初期段階のため、
いずれのサンプリング時点においても未だデータが得ら
れていない場合 この場合には、 Ｖs_i＝０ とする。

【００８７】 予測演算を開始する初期段階のため、
今回と前回のサンプリング時点の計２回のデータしか得
られていない場合 この場合には、前前回のサンプリング時点でのデータが
ないので、(２)式および(４)式に基づくＶ_(i-2)(i-1)，
t_(i-2)(i-1)は得られないから、 Ｖs_i＝Ｖ_(i-1)(i) とする。

【００８８】 前述の(１)，(２)式でそれぞれ得られ
る各平均速度Ｖ_(i-1)(i)とＶ_(i-2)(i-1)の正負の符号が
異なっている場合 この場合には、t_(i-2)(i-1)〜t_(i-1)(i)の期間中に回転
が反転したと考えられるので、 Ｖs_i＝Ｖ_(i-1)(i) とする。

【００８９】 前述の(１)式で得られる平均速度Ｖ
_(i-1)(i)と(５)式で得られる予測値Ｖs_iの正負の符号が
異なっている場合 この場合は、の場合と異なり、予測値Ｖs_iは零に近い
値となっていて、検出対象物が停止したと考えてよいの
で、 Ｖs_i＝０ とする。

【００９０】一方、最大予測演算部１４は、今回のサン
プリング時点で得られる、サンプリング時刻ts_i、この
サンプリング時刻ts_iの直前の検出パルスの入力時刻
t_i、および現時点予測演算部１２で算出された今回のサ
ンプリング時点ts_iに近い方の平均速度Ｖ_(i-1)(i)のデ
ータに基づいて、次式によって、最大予測値Ｖs_i'を算
出する。

【００９１】 Ｖs_i'＝Ｓign(Ｖ_(i-1)(i))・p／(ts_i−t_i) (６) ここに、pは１パルス当たりの検出対象物の移動量、Ｓi
gn(Ｖ_(i-1)(i))はＶ_(i-1)(i)の正負の符号のみを抽出す
ることを意味する。

【００９２】たとえば、上記の例において、Ｓign
(Ｖ₂₃)は正となるから、 Ｖs₃'＝Ｓign(Ｖ₂₃)・p／(ts₃−t₃) ＝p／(ts₃−t₃) となる。

【００９３】なお、最大予測演算部１４において、予測
演算を行う際の正当性を高めるために、次の扱いをす
る。

【００９４】いま、今回のサンプリング時点の時刻ts_i
からその直前の検出パルスの入力時刻t_iまでの期間ts_i
−t_iが基準値Δt以上となったときには、検出パルスが
長期にわたって入力されず、検出対象物が停止したか、
あるいは何らかの異常が発生していると想定されるの
で、予測値の演算を強制的に打ち切る必要がある。この
ため、最大予測値Ｖs_i'として、(６)式を適用してＶs_i'
を求める代わりに、 Ｖs_i'＝０ とする。

【００９５】選択部１６は、現時点予測演算部１２で得
られる現時点予測値Ｖs_iと、最大予測演算部１４で得ら
れる最大予測値Ｖs_i'の内の絶対値の小さい方を選択
し、これを今回のサンプリング時点で得られた速度とし
て、その結果を表示器等に出力する。

【００９６】ここで、現時点予測演算部１２に加えて、
最大予測演算部１４および選択部１６を設けている理由
を次に説明する。

【００９７】(６)式の分母の(ts_i−t_i)は、今回のサン
プリング時点の時刻ts_iと、その直前の検出パルスの入
力時刻t_iとの期間を表している。

【００９８】いま、ある時刻t_iに検出パルスが入力され
た後、今回のサンプリング時刻ts_iと丁度同じときに次
の検出パルスが入力された(サンプリング時刻と検出パ
ルスの入力時刻とが一致した)と仮定すると、期間(ts_i
−t_i)は検出パルスの１周期に相当する。

【００９９】これに対して、ある時刻t_iで検出パルスが
入力されてから、今回のサンプリング時刻ts_iまでは検
出パルスは入力されず、今回のサンプリング時刻ts_iよ
りも後に次の検出パルスが入力されたと仮定すると、こ
の場合の検出パルスの１周期は、期間(ts_i−t_i)よりも
長くなる。

【０１００】したがって、(６)式で与えられる最大予測
値Ｖs_i'は、今回のサンプリング時刻ts_iにおいて予測さ
れる速度の最大値を示していることになる。

【０１０１】ゆえに、この最大予測値Ｖs_i'を基準値と
して設定した場合、現時点予測手段１２によって(５)式
で得られる現時点予測値Ｖs_iが、この基準値(最大予測
値Ｖs_i')を越えるときは、その予測は誤っていると判断
してよい。

【０１０２】そこで、現時点予測値Ｖs_iが最大予測値Ｖ
s_i'を越える場合(｜Ｖs_i'｜＜｜Ｖs_i｜)には、この現時
点予測値Ｖs_iは非現実的であり、最大予測値Ｖs_i'の方
がより実速度に近い値とみなすことができる。

【０１０３】一方、現時点予測値Ｖs_iが最大予測値(基
準値)Ｖs_i'よりも小さい場合(｜Ｖs_i'｜≧｜Ｖs_i｜)に
は、現時点予測値Ｖs_iが最大予測値Ｖs_i'よりもより実
速度に近い値とみなすことができる。

【０１０４】そこで、選択部１６によって、現時点予測
値Ｖs_iと最大予測値Ｖs_i'の内の絶対値の小さい方を選
択することで、より実速度に近い値を出力することがで
きる。

【０１０５】たとえば、図２において、あるサンプリン
グ時刻ts₄において、t₃からサンプリング時刻ts₄の期間
中に、検出対象物の速度が急変した場合、現時点予測演
算部１２は、図中の一点鎖線で示すような速度変化が起
こるものと予測して現時点予測値Ｖs₄を算出することに
なるが、最大予測演算部１４では、この現時点予測値Ｖ
s₄よりも小さい値の最大予測値Ｖs₄'を算出するので、
選択部１６によって最大予測値Ｖs₄'が選択される。こ
のため、検出対象物の実速度の変化に追従した速度が得
られることになる。

【０１０６】なお、上記の実施例では、現時点のサンプ
リング時刻から溯った最近の３つのサンプリング時点で
得られるデータに基づいて(５)式の直線近似式(一次近
似式)によって現サンプリング時点の速度Ｖs_iを予測し
ているが、これに限定されるものでなはく、n＋２(ただ
し、n≧２)個のデータをサンプリングして、これらのデ
ータをn次近似式にフィッティングすることで、現時点
のサンプリング時刻における速度を予測するようにする
ことも可能である。

【０１０７】また、検出対象物の運動法則に基づく１次
式(等加速度)や指数関数を求め、これらを用いたり、あ
るいは、ファジイ推論を用いて現サンプリング時点の速
度Ｖs_iを予測することも可能である。

【０１０８】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を奏する。

【０１０９】 請求項１記載に係る発明においては、
検出パルスの周波数が低い場合、あるいは検出対象物の
速度変化に即座に追従するためにサンプリング周期を短
くした場合など、サンプリング周期内にパルスが入力さ
れない情況になっても速度を予測することができる。

【０１１０】また、サンプリング時点の速度を予測でき
るので制御入力に用いた場合時間的遅れ要素が少ないた
め応答性に優れた制御が可能になる。

【０１１１】そして、時間的な遅れ要素が少ないので、
検出対象物の速度が変化した場合でも、これに即座に追
従して予測値が変更されるため、応答性に優れたものと
なる。

【０１１２】したがって、従来のように、実際には速度
が変化しているのに、予測値は一定のまま継続して算出
されるといった不都合が生じることはない。

【０１１３】 また、請求項２記載に係る発明におい
ては、現時点で想定し得る最大速度を予測し、その最大
速度を請求項１記載の発明で得られる予測値とを比較し
て現時点の予測値の妥当性の有無を検証するので実際に
は速度が変化しているのに、予測値は一定のまま継続し
て算出されるといった不都合が生じることはないから上
記の効果に加えて、検出対象物の速度検出の信頼性が
一層高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る速度演算装置の構成を示
すブロック図である。

【図２】検出対象物の実速度、図１に示す構成の速度演
算装置によって得られる演算速度、および検出パルスの
関係を示す説明図である。

【図３】従来の速度演算装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図４】図３の速度演算装置の速度演算動作の説明に供
するタイムチャートである。

【図５】図３の速度演算装置の予測計算で得られる速度
と実速度との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１…検出器、２…Ｎカウンタ(検出パルスカウント手
段)、３…計時手段、４…発振器、５…Ｔカウンタ、６
…Ｔレジスタ(検出パルス時刻測定手段)、８…演算手
段、９…メモリ、１２…現時点予測演算部、１４…最大
予測演算部、１６…選択部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 3/489

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出対象物の速度に対応した周波数を有
   する検出パルスをカウントして出力する検出パルスカウ
   ント手段と、 時刻を計時する計時手段と、 前記検出パルスが入力されるたびに、その入力時点での
   計時手段で計時された時刻を出力する検出パルス時刻測
   定手段と、 前記検出パルスカウント手段、および検出パルス時刻測
   定手段からの出力を共に所定の周期でサンプリングする
   とともに、そのサンプリング時点での前記計時手段で計
   時された時刻を同時に取り込み、これらのデータに基づ
   いて検出対象物の速度を演算する演算手段とを備え、 この演算手段は、現時点のサンプリング時刻から溯った
   時間に入力された各検出パルスの内、検出パルスの直後
   に位置する少なくとも３つの最近のサンプリング時刻で
   それぞれサンプリングして得られた前記データに基づい
   て、少なくとも２つのサンプリング周期内における各平
   均速度と、それらの平均速度に対応した時刻とをそれぞ
   れ求め、これらの平均速度とその時刻、および現時点の
   サンプリング時刻の各関係を満たす近似式によって、現
   時点のサンプリング時刻における速度の予測値Ｖs_iを算
   出する現時点予測演算部を含む、 ことを特徴とする速度演算装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の速度演算装置において、 現時点のサンプリング時刻をts_i、そのサンプリング時
   刻ts_iの直前の検出パルスの入力時刻をt_i、前記現時点
   予測演算部によって算出された現時点のサンプリング時
   刻ts_iに最も接近する時刻における平均速度をＶ
   _(i-1)(i)としたとき、これらの各データに基づいて、次
   式、 Ｖs_i'＝Ｓign(Ｖ_(i-1)(i))・p／(ts_i−t_i) (ただし、pは１パルス当たりの検出対象物の移動量であ
   り、また、Ｓign(Ｖ_(i-1)(i))はＶ_(i-1)(i)の正負の符
   号のみを抽出することを意味する)によって、最大予測
   値Ｖs_i'を算出する最大予測演算部と、 前記現時点予測演算部で得られる現時点予測値Ｖs_iと、
   最大予測演算部で得られる最大予測値Ｖs_i'の内の絶対
   値の小さい方を選択し、これを現時点のサンプリング時
   刻における速度として出力する選択部と、 を備えることを特徴とする速度演算装置。