JP3528890B2 - パルス信号発生方法及びパルス信号発生装置 - 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、指定されたパルス
数に対して誤差の少ないパルス信号発生方法及びパルス
信号発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ内に設けられたタイマー又
はカウンタへのデータ設定によって、所望のパルス幅を
有するパルス信号を発生させる方法が知られており、基
本となる周波数のクロック信号をカウントし、カウント
数が設定した数になったときに信号の反転を繰り返すこ
とにより、クロック信号のパルス幅に対して設定数分の
パルス幅を有するパルス信号を発生させることができ
る。

【０００３】例えば、パルス（あるいはステッピング）
モータのように、パルス信号を供給することによってそ
の動作をディジタル的に制御することができる制御対象
にあっては、コンピュータ等の計算手段によって、ある
決められたサンプリング周期毎に所望のパルス幅のパル
ス信号を生成することが必要となる。

【０００４】図１４はそのようなパルス信号の一例を示
すものであり、「Ｔｓ」がサンプリング周期を示し、
「ｔ_w」はパルス幅（半値幅）を示している。

【０００５】指令手段によってサンプリング周期Ｔｓの
間に指示されるパルス数を「ｎ_r」とし、その総和を
「Ｎ_r」（＝Σｎ_r）とすると、指令手段から制御対象に
指示される指令内容はＮ_rにより表される。例えば、制
御対象をパルスモータに特定した場合には、Ｎ_rはモー
タに対する位置指令である。

【０００６】そして、Ｔｓが一定値であることから分か
るように、パルス幅ｔ_wを変化させることによってパル
ス数を変えて各種の制御信号を得ることができる。尚、
パルス数の数え方についてはパルスエッジに変化が生じ
た時に１個と計数することにする（つまり、パルスのオ
ン期間とオフ期間を各別に１つと計数するため、オン期
間とオフ期間を含めて１個のパルスとする計数の仕方と
は２倍の違いがあることに注意を要する。）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、制御対象が
指令通りに動作する場合には何の問題もないが、現実の
制御対象の動作と指令との間には一般に誤差が生じる。

【０００８】即ち、サンプリング周期Ｔｓの間の実際の
パルス数（以下、「実パルス数」という。）を「ｎ_m」
とし、その総和を「Ｎ_m」（＝Σｎ_m）とすると、ｎ_m≠
ｎ_rあるいはＮ_m≠Ｎ_rである。

【０００９】そして、誤差要因の中で基本的なものが、
パルス発生の基本となるクロックパルスの幅が有限であ
ることに起因するものである。

【００１０】上述したように、パルス幅ｔ_wは、基本パ
ルスの幅の整数分として生成されるものであり、基本パ
ルスの精度（これを「δｔ」とする。）の大小が制御精
度の限界に影響する。

【００１１】例えば、あるＴｓ間の実際のｎ_mは、「ｎ_m
＝Ｔｓ／ｔ_w」であるが、パルス幅ｔ_wがｔ_w＋δｔの場
合の実パルス数（これを「ｎ_m′」とする。）は「ｎ_m′
＝Ｔｓ／（ｔ_w＋δｔ）」となる。

【００１２】よって、両者間の誤差を「ε」（＝ｎ_m−
ｎ_m′）とすると、これは、「ε＝Ｔｓ／（ｔ_w・（ｔ_w
＋δｔ）」である。

【００１３】例えば、具体的な数値として、Ｔｓ＝１０
０００、ｔ_w＝３０、δｔ＝１（これらの時間の単位に
ついては任意であるため、これ以後も時間の単位を省略
する。）を上式に代入すると、ε＝１０が得られ、よっ
て、このままでは１０個未満のパルス数について制御す
ることができない。つまり、ｎ_m＝３２３とｎ_m＝３３３
との間にあるパルス数を指定してこれを制御対象に送出
することが原理的に不可能である（何故なら、「１００
００／３１≒３２２．５８」、「１００００／３０≒３
３３．３３」であり、ｔ_wが整数値であることから、３
０と３１との間に整数値を指定することができないから
である。）。

【００１４】勿論、このような問題は精度δｔを可能な
限り小さくすることでεをゼロに近づけることができる
が、そのためには特別のハードウェアの設計を必要と
し、またソフトウェア処理上の技巧的な手法等を駆使す
る必要があり、δｔをゼロにすることは困難である。

【００１５】本発明は、整数値で指定されるパルス数を
過不足なく制御するとともに、基本パルスの精度に起因
する誤差の蓄積がパルス総数に悪影響を及ぼさないよう
にすることを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記し
た課題を解決するために、１単位のサンプリング周期だ
け時間的に前に位置する前回の期間において実際に発生
されたパルス数を計数して、そのパルス数の総数を算出
した後、これと前回までの指令パルス数の総数との間の
誤差を計算し、この誤差を今回の期間において指令され
るパルス数に加算し又は減算することにより補正を行っ
て指令に係る新たなパルス数を算出し、この値でサンプ
リング周期を除した場合の商としてパルス幅を算出した
後、商の整数部分によって規定されるパルス幅の設定を
行い、当該パルス幅に対応する数だけ基本パルスを計数
することによってパルス信号を発生させるという過程
を、指令パルス数の総数が所定の指令値になるまで繰り
返すようにしたものである。従って、本発明によれば、
前回の期間におけるパルス数の誤差を今回のパルス数の
指令値に組み込むことによって誤差補償を行い、新たに
算出されたパルス数でサンプリング周期を除した場合の
商の整数部分に対応するパルス幅を算出し設定するとい
う操作をサンプリング周期毎に行っているので、基本パ
ルスの精度に起因する誤差の蓄積が低減される。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係るパルス発生装
置の機能的な構成を概念的に示すものであり、パルス発
生装置１は、指令手段２、基本パルス発生手段３、カウ
ンタ手段４を備えている。

【００１８】カウンタ手段４は、基本パルス発生手段３
によって生成される一定のパルス幅をもった基本パルス
の数を計数するものであり、設定手段５によってパルス
数の設定が行われる。尚、基本パルス発生手段３及びカ
ウンタ手段４を併せるとタイマー手段を構成することか
ら明らかなように、要は、ある基本パルスの幅を整数倍
したパルス幅をもって所望のパルス信号を設定により自
在に生成することができる計時手段又は計数手段であれ
ば、その具体的な構成は問わない。

【００１９】指令手段２はパルス数に係る指令信号を誤
差補償手段６を介して設定手段５に送出し、カウンタ手
段４による基本パルスのカウント数が設定値になったと
きに、その出力パルス（そのパルス幅が「ｔ_w」であ
る。）を、図示しない制御対象に送出するとともに誤差
補償手段６に送出する。

【００２０】指令手段２から設定手段５に送出される指
令通りにカウンタ手段４の出力パルスが生成される場
合、つまり、基本パルスの精度δｔ＝０であってカウン
タ手段４に計数誤差がない場合には、上記誤差補償手段
６は不要であるが、上述したように、精度δｔが有限値
であり、所定のサンプリング周期Ｔｓ中におけるパルス
数が、Ｔｓをパルス幅ｔ_wで割ったときの整数値として
指定される場合には、丸めの誤差をなんらかの方法で補
償しない限り、誤差の蓄積がパルス総数に反映されて制
御精度の低下をもたらす原因になる。

【００２１】尚、以下の説明に必要な諸量（例えば、上
述したｎ_r、Ｎ_r、ｎ_m、Ｎ_m等を含む。）の定義を下表１
にまとめて示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】本発明に係るパルス発生方法については、
下記に示すように２つの方法が基本的事項とされる。

【００２４】１）パルス数に関する丸めの誤差を補償す
る方法 ２）パルス幅に関する丸めの誤差を補償する方法。

【００２５】先ず、方法１）が必要である理由の１つ
は、パルス数の指令値ｎ_rがサンプリング周期Ｔｓを常
に割り切るとは限らないためである（以下、これを「誤
差要因１」という。）。

【００２６】即ち、あるｎ_r値を指定したときに、パル
ス幅ｔ_w＝Ｔｓ／ｎ_rが常に整数になるとは限らず、一般
には「ｔ_w＝[Ｔｓ／ｎ_r]＋δ」で表される。但し、記号
[ｘ]は実数ｘを越えない最大の整数を示すガウス記号で
あり、δは剰余（０≦δ＜１）である。よって、δを常
に切り捨てていった場合には、パルス総数が指令値Ｎ_r
とはかけ離れた値になってしまうことになる。

【００２７】そこで、δの和（Σδ）を計算して、これ
が１を越えたときに、次回のｎ_r値に１を加えて補正す
る方法が考えられるが（つまり、西暦における閏年の計
算法と同じ考え方。）、その補正時期が一定していない
ため、補正の遅れが問題になる場合には用いることがで
きない。

【００２８】また、δについて四捨五入を行ってΣδを
平均的にゼロに近づける方法が考えられるが、この方法
も長期的にみた場合にその効果が期待されるものであ
り、従って、所定期間内における誤差を所定値以下にす
る必要がある場合には用いることができない。

【００２９】方法１）を必要とするもう一つの理由はパ
ルス数の補償計算や制御対象に係る処理に有限の時間が
かかるためである（以下、これを「誤差要因２」とい
う。）。

【００３０】設定手段５によってパルス幅を所望の値に
設定するタイミングとしては、例えば、ソフトウェアに
よるタイマー割込みで行うことができるが、この処理に
多くの仕事をさせることには計算能力上の限界がある。
つまり、パルス幅ｔ_wが充分に大きい場合には所期の仕
事を実行することができるが、ｔ_wがある程度小さくな
ると所期の仕事を実行させることができなくなる。

【００３１】例えば、制御対象を、モータ及びその制御
系を含む系（以下、「モータ系」という。）に特定し該
モータがパルスモータの場合には、パルス幅ｔ_wの設定
に要する最低限の仕事内容は、下記に示すようなる。

【００３２】（１）指令手段２からの指令値（ｎ_r、
Ｎ_r）に対応したパルス幅ｔ_wの計算 （２）パルス数のカウント及びパルス反転 （３）モータの方向制御 （４）モータ励磁モードの選択 （５）実パルス数の総和Ｎ_mや誤差εのチェック （６）その他（レジスタの退避、復帰等）。

【００３３】このような処理に、例えば、１ミリ秒の時
間を必要とする場合には、ｔ_wとしてこれ以下のパルス
幅のパルスを発生させることができないことになる。従
って、実パルス数ｎ_m＝Ｔｓ／ｔ_wの関係から明らかなよ
うに、ｔ_wの下限値が大きくなることは、ｎ_mが小さくな
ることを意味し、モータの最高速度が小さくなるため動
作時間（タクトタイム）の短縮化を図ることが困難にな
る。

【００３４】そこで、多重割込みの手法を用いて、
（１）、（４）乃至（６）の仕事を、Ｔｓ期間毎の割込
み処理に転嫁させることができるが、その処理に時間Δ
Ｔｓを要する場合には、パルス幅ｔ_wの確定に遅れが生
じることになる。即ち、図２に示すように、時間的に前
にある期間Ｔｓにおいて設定されたパルス幅（これを「
ｔ_wp」とする。）が次の期間ＴｓにおけるΔＴｓの期間
に及んでしまって、新たなパルス幅ｔ_wをもったパルス
がΔＴｓの経過後に発生することになるため、Ｔｓ間に
パルス幅の異なるパルスが混在してしまい、これがパル
ス数の誤差原因になる。

【００３５】本発明に係る補償方法では、現時点を基準
として、その前の期間Ｔｓにおける実パルス数ｎ_mを計
数して前回までの実パルス数の総数を計算し、これと前
回までの指令パルス数ｎ_rの総数との間の誤差を計算し
て、この誤差を今回の期間における指令パルス数に加算
し又は減算することにより補正を行って指令に係る新た
なパルス数を算出し、この値でサンプリング周期を除し
た場合の商としてパルス幅を算出した後、商の整数部分
によって規定されるパルス幅の設定を行い、当該パルス
幅に対応する数だけ基本パルスをカウンタ手段４により
計数することでパルス信号を発生させる。

【００３６】その際、カウンタ手段４による基本パルス
の計数動作を途中で一時的に止めるような操作を禁止す
ることを前提とする。このような操作は処理の複雑化を
招くとともに、誤差のつけ入る隙きを生みだす原因とな
りかねないからである。

【００３７】さて、量Ｘに対して期間Ｔｓ毎の値が定め
られる場合に、ある時点における量Ｘより時間Ｔｓだけ
前の量を、「＃Ｘ」で表記することにする（つまり、
「＃」は時間をＴｓだけ前にずらす演算子であり、時間
的に一単位前に戻すことを意味する。）と、ある期間Ｔ
ｓにおけるパルス数の指令値ｎ_rに対して、これより期
間Ｔｓだけ前の期間におけるパルス数の指令値が「＃ｎ
_r」であり、また、ある期間Ｔｓにおける実パルス数ｎ_m
に対しては、これより期間Ｔｓだけ前の期間における実
パルス数は「＃ｎ_m」である。

【００３８】また、パルス総数Ｎ_r、Ｎ_mについても、前
回までの総和がそれぞれ「＃Ｎ_r」、「＃Ｎ_m」となり、
上記誤差要因１及び２のために、一般に＃Ｎ_r≠＃Ｎ_mで
ある。

【００３９】前回までのパルス総数の誤差「＃ε」は下
式のように求めることができる。

【００４０】

【数１】

【００４１】尚、＃εは正又は負の整数値である。

【００４２】この前回の誤差について、誤差要因別に具
体的な数値例で示すと、例えば、誤差要因１については
Ｔｓ＝１００００、δｔ＝１、＃ｎ_r＝３２７とする
と、ｔ_w＝１００００／３２７≒３０．５８１０４とな
り、ｔ_w＝３０又はｔ_w＝３１のいずれかしか設定するこ
とができない。仮に、ｔ_w＝３１の方を採用すると、実
パルス数は＃ｎ_m＝１００００／３１≒３２２．５８よ
り＃ｎ_m＝３２２となり、誤差が＃ε＝＃ｎ_m−＃ｎ_r＝
−５である。

【００４３】また、誤差要因２では、図２においてΔＴ
ｓ＝１０００、ｔ_w＝３００とすると、[１０００／３０
０]＝３となる。尚、前回に設定された幅のパルスが次
の期間Ｔｓにおいて期間ΔＴｓだけズレ込んで来る現象
は、さらにその次の期間Ｔｓにおいても同様に起こるた
め誤差がほぼ相殺されてしまうが、これが常にゼロにな
るという保証はなく、残された誤差分が＃εに繰り込ま
れることになる。

【００４４】上記［数１］式によって前期間での誤差＃
εが求まるので、指令されたパルス数ｎ_rに対して誤差
補償後の新たな指令パルス数を「ｎ_r ^*」とすると、これ
は下式のように算出することができる。

【００４５】

【数２】

【００４６】即ち、期間Ｔｓ毎に前回の誤差分を考慮し
てパルス数の指令値を、常に更新していけば、実パルス
数の総数Ｎ_mをパルス指令の総数Ｎ_rに近づけることがで
きる。

【００４７】よって、前回の誤差＃εを常時監視して、
これがゼロでない整数値であれば、指令パルス数ｎ_rが
ゼロであっても、ｎ_r ^*＝＃εとしてパルス総数について
過不足が生じないようにしなければならない。

【００４８】尚、［数２］式によって求められたｎ_r ^*か
らパルス幅ｔ_wを算出するには、例えば、下式［数３］
のように小数部の四捨五入を意味する関数ｒｏｕｎｄ
（ｘ）を用いたり、あるいは、計算手段が浮動小数点計
算機能をもっていない場合には下式［数４］のように小
数部を切り捨てれば良い。

【００４９】

【数３】

【００５０】

【数４】

【００５１】これらの式から分かるように、ｎ_r ^*が大き
い場合には、異なるｎ_r ^*値に対して同じ値のｔ_w値が対
応することになり、前回誤差＃εが今回のｔ_w値に反映
されない場合が発生するが、この場合には今回の誤差ε
が大きくなってこれが次回においてｔ_w値に反映される
ことになるので、結果として誤差が補償されることにな
る。

【００５２】また、［数３］式や［数４］式で求まるパ
ルス幅ｔ_wへの設定変更については、この計算直後に行
っても良いし、次の期間Ｔｓの到来まで待って当該期間
Ｔｓの開始時点から行っても良い。

【００５３】尚、前回の誤差＃εが、今回算出されたｎ
_r ^*によって完全に補償されるとは限らないという問題が
残される。つまり、ｎ_r ^*の示す整数値がつねに実現可能
である場合には問題ないが、これが実現可能でない場合
（例えば、前記のした数値例、Ｔｓ＝１００００、ｔ_w
＝３０、δｔ＝１において、ｎ_r ^*が３２２乃至３３３の
間の数（ｎ_r ^*＝３２７等）となってしまった場合。）に
は誤差が残ってしまい、その蓄積の影響を何等かの方法
によって排除する必要がある。

【００５４】この誤差の補償を期間Ｔｓにおけるパルス
幅の変化に反映させるのが上記した方法２）であり、下
記の２方法を挙げることができる。

【００５５】２−１）パルス幅の差が基本パルスの精度
δｔである２種類のパルスの個数をそれぞれ計算して期
間Ｔｓ内に配置する方法 ２−２）誤差の蓄積が所定値以上になったときに、後続
パルスのパルス幅を変化させる方法。

【００５６】先ず、方法２−１）については、上記誤差
要因１によって、指令パルス数に対して、パルス幅ｔ_w
のパルスとパルス幅ｔ_w＋δｔのパルスがあり得るの
で、これらの個数を予め求めておいて期間Ｔｓの間に適
宜に配列させることで誤差をパルス幅の変化に織り込ん
で分散させる方法であり、パルス幅を異にするパルスを
期間Ｔｓにおいて規則的に配列させる方法と不規則に配
列させる方法がある。

【００５７】前者について説明すると、例えば、図３に
示すように、期間Ｔｓにおいて時間的に前の期間（これ
を「Ｔｓ１」とする。）にパルス幅ｔ_w1のパルスをｎ１
個配置し、後ろ側の期間（これを「Ｔｓ２」とする。）
にパルス幅ｔ_w2（＝ｔ_w1＋δｔ）のパルスをｎ２個配置
する。

【００５８】このとき、時間ｔをδｔによって規格化
し、δｔを単位とする時間軸を考えれば（つまり、この
場合にはδｔ＝１とおける。）、下式［数５］に示す関
係が成立する。

【００５９】

【数５】

【００６０】上式の第１式、第２式はそれぞれパルス
数、期間についての等値関係を示し、また、第３式、第
４式はパルス幅に関する定義式である。

【００６１】［数５］式を満足するｎ１やｎ２が常に存
在することを示すには、［数５］式の第１、３、４式を
第２式に代入した式を変形した下式［数６］と、下式
［数７］とに基づいてｎ１、ｎ２を求めれば良く、これ
によって下式［数８］が得られるので、Ｔｓが整数値で
あれば任意のｎ_r（これも整数値である。）に対してｎ
１、ｎ２が正の整数として求まることが分かる。

【００６２】

【数６】

【００６３】

【数７】

【００６４】

【数８】

【００６５】具体的な数値例を挙げると、Ｔｓ＝１００
００、ｎ_r＝７７の場合には、ｔ_w1＝[１００００／７
７]＝１２９、ｎ１＝７７・（１２９＋１）−１０００
０＝１０、ｎ２＝１００００−７７・１２９＝６７であ
り、ｔ_w1＝１２９、ｔ_w2＝１３０となる。

【００６６】尚、このようにパルス幅の異なる２種類の
パルスを期間Ｔｓの前半と後半とにそれぞれ振り分ける
方法には、上記期間Ｔｓ１とＴｓ２とを逆転させる方法
も含まれるが、いずれにしてもパルスの配列に規則性が
生まれるため、このような規則性が制御対象に対して及
ぼす悪影響（例えば、モータ系では定速回転時における
トルクの微小変動等）が問題となる場合には、パルスを
期間Ｔｓにおいて不規則に配列させる方法を用いること
が好ましい。

【００６７】例えば、乱数を用いて、図４に示すように
パルス幅ｔ_w1のｎ１個のパルスと、パルス幅ｔ_w2のｎ２
個のパルスをＴｓ期間内でランダムに配置したり、ま
た、図５に示すように（但し、これはｎ１＞ｎ２の場
合。）、期間Ｔｓにおけるパルスのオン期間がｔ_w1であ
り、期間Ｔｓの前半におけるｎ２個のパルスのオフ期間
がｔ_w2となるように配置することができる。つまり、前
者の配置によれば、パルス幅が時間軸方向に沿って不規
則になり、後者の配置では、パルスのオフ期間の数が不
規則となる。尚、このような例がほんの一例にすぎない
ことは、ｎ１個の幅ｔ_w1とｎ２個の幅ｔ_w2を、幅の同じ
ものについて区別することなく期間Ｔｓに亘って配列さ
せる場合の数に相当する組み合わせが存在することから
明らかである。

【００６８】次に方法２−２）について説明する。

【００６９】図６は、誤差補償処理の流れをシグナルフ
ロー線図によって示したものであり、この方法は、δｔ
＝１としたとき、ｔ_w＝[Ｔｓ／ｎ_r]＋δ（０≦δ＜１）
において、Σδ＜１の場合にはパルス幅をｔ_wとし、Σ
δ≧１になったときにパルス幅をｔ_w＋１としてパルス
幅を変化させる方法である。

【００７０】即ち、入力ノードＴｓをｎ_rで割ったＴｓ
／ｎ_rのノードを分岐点として、その一方の信号がガウ
ス記号[ ]に示す小数部に切り捨て処理を介してノード
ｔ_wに到達し、また、他方の信号が「ｍｏｄ（）」に示
す剰余算出処理を介してノードｍｏｄ（Ｔｓ／ｎ_r）に
達した後、ループで示す積分又は積和処理を経た後、ノ
ードαからガウス記号[ ]に示す小数部の切り捨て処理
を介してノードβに到達する。そして、ノードβにおい
て２つのその一方の信号が、「＋」で示す加算処理後に
ノードｔ_wに到達し、また、他方の信号が「−」に示す
減算処理を経てノードαに戻される。つまり、ノードＴ
ｓ／ｎ_rからノードｔ_wに向かう本線に対して、枝線では
丸めの誤差を積算したもの、つまり上記Σδがノードα
に得られ、これが１未満の場合にはノードβにゼロが得
られ本線のｔ_wへの影響はないが、Σδが１以上になっ
た場合にはノードβに得られる１が本線のｔ_wに加算さ
れてｔ_w＋１となる。尚、Σδ≧１の場合には、桁上り
によってパルス幅に加算される１について、これをΣδ
から引いておく必要があり、これがノードβからノード
αに戻る枝線である。

【００７１】図７は方法２−２）によってＴｓ間のパル
ス幅が変化する様子の一例を示すものであり、パルスの
オン期間又はオフ期間における幅がｔ_w＋１である期間
に、上記した補償計算の結果が反映される。

【００７２】結局のところ、上記方法２−１）と方法２
−２）とを比較すると、期間Ｔｓ内におけるパルス幅の
配列の仕方が異なっているだけであり、この事は、ｔ_w1
のパルス幅をもつｎ１個のパルス及びｔ_w2のパルス幅を
もつｎ２個のパルスが期間Ｔｓに亘って配列されている
ことと、期間Ｔｓにおけるパルス幅ｔ_w1のパルスのオン
期間及びオフ期間の個数がｎ１であり、パルス幅ｔ_w2の
パルスのオフ期間及びオン期間の個数がｎ２であること
とが、パルス及びパルス幅の並び順（つまり、順列）を
無視した場合に本質的に等価であることから明らかであ
る。

【００７３】しかして、方法１）及び方法２）をまとめ
ると下記にａ）乃至ｆ）に示すようになる。

【００７４】ａ）前回の期間Ｔｓにおける実パルス数ｎ
_mを計数してこれまでの実パルス数の総数＃Ｎ_mを算出す
る ｂ）前回までの指令パルス数の総数＃Ｎ_r及びａ）の＃
Ｎ_mから誤差＃εを計算する ｃ）今回の指令パルス数ｎ_r（＝Ｎ_r−＃Ｎ_r）に対して
誤差＃εによる補正を行い、ｎ_r ^*を求める ｄ）ｎ_r ^*からパルス幅ｔ_wを算出して設定する ｅ）期間Ｔｓにおけるパルスを生成する（パルス幅の変
化を含む。） ｆ）指令パルスの総数Ｎ_rについてａ）乃至ｅ）を繰り
返す。

【００７５】図８及び図９は処理の流れを示すフローチ
ャート図であり、ステップＳ１において指令パルス数の
総数Ｎ_rを格納した後、ステップＳ２で指令パルス数ｎ_r
からパルス幅ｔ_wを算出する。そして、ステップＳ３で
パルスの設定を行い、期間Ｔｓにおけるパルスを生成す
る。尚、ステップＳ１及びＳ２については、未だ誤差補
償を行う必要がないので、図１における指令手段２のみ
によって行われ、また、ステップＳ３の処理は、指令手
段２から設定手段５を介してカウンタ手段４にパルス数
を設定することによって実行される。

【００７６】ステップＳ４では、Ｔｓ期間における実パ
ルス数ｎ_mが計数され、次ステップＳ５において期間Ｔ
ｓが経過したか否かの条件分岐がなされ、期間Ｔｓが経
過した場合にステップＳ６に進み、期間Ｔｓの経過前で
あればステップＳ４に戻る。

【００７７】ステップＳ６では、前回までの指令パルス
数や実パルス数の総数＃Ｎ_r、＃Ｎ_mの計算がなされた
後、次ステップＳ７において、これらから前回の誤差＃
ε（＝＃Ｎ_m−＃Ｎ_r）が計算される。

【００７８】そして、ステップＳ８において指令パルス
数ｎ_r（＝Ｎ_r−＃Ｎ_r）の算出及び、これに対する誤差
補償計算によって補正された指令パルス数ｎ_r ^*（＝ｎ_r
＋＃ε）の計算が行われる。

【００７９】ステップＳ９では、ｎ_r ^*からパルス幅ｔ_w
を算出してカウンタ手段４に設定する。上記ステップＳ
４からこのステップＳ９までの処理を行っているのが、
図１における誤差補償手段６であり、誤差補償手段６か
ら設定手段５を介してカウンタ手段４に設定されるカウ
ント数によってパルス幅ｔ_wが規定される。尚、上記し
た方法２）に係る計算、つまりパルス幅ｔ_w1、ｔ_w2の個
数ｎ１、ｎ２の計算や、誤差蓄積に係るパルス幅の１単
位の繰り上げ計算等が、パルス幅の算出に際して行われ
る。

【００８０】そして、ステップＳ１０において、カウン
タ手段４の計数動作によってパルスが生成され、次ステ
ップＳ１１でＮ_rに係る指令が終了したか否かを判断
し、Ｎ_r＝＃Ｎ_rであれば最初のステップＳ１に戻り、そ
うでなければステップＳ４に戻る。

【００８１】しかして、上記した方法１）により期間Ｔ
ｓ毎のパルス数を補償し、方法２）によって、期間Ｔｓ
内のパルス幅の補償を行うことによって、カウント手段
の計数動作を途中で停止させることなく、誤差要因１、
２に起因する生成パルスの誤差を低減することができ
る。尚、方法２）のみを採用する場合には、その性質上
期間Ｔｓによる時間の区切りのタイミングにおいて何等
かの理由（例えば、ソフトウェア上の計算時間や基本パ
ルスの揺らぎ、外来ノイズ等）によって１パルス程度の
誤差が付きまとうものと考えられるが、このような予測
不能な誤差を方法１）によって除去することで、相乗的
な誤差低減の効果を得ることができる。

【００８２】

【実施例】図１０乃至図１３は、パルスモータ及びその
制御系を制御対象とした装置に、本発明に係るパルス信
号発生装置を適用した実施の一例を示すものである。

【００８３】図１０は装置の全体的な構成を概略的に示
すものであり、高レベル言語による処理等を受け持つ主
計算機７と、パルスモータ８の制御に係る制御用計算機
９とから構成されており、ホストコンピュータである前
者に対して、後者にはタイマー又はカウンタを有するコ
ンピュータが用いられる。

【００８４】図１１は制御用計算機９のうちパルス信号
発生部を中心とした構成を示すものであり、内部データ
バス１０に対してＣＰＵ（中央演算装置）１１が接続さ
れるとともに、データ設定用レジスタ１２が接続されて
おり、該データ設定用レジスタ１２の内容が比較／更新
用レジスタ１３に転送される。

【００８５】クロック信号発生部１４の出力する基本ク
ロック信号は、カウンタ１５に送出され、ここで計数動
作が行われるようになっており、カウンタ１５の出力は
一致検出部１６に送出される。

【００８６】一致検出部１６は、上記比較／更新用レジ
スタ１３の内容とカウンタ値とを比較するコンパレータ
により構成されており、両者の値が一致した場合のパル
ス信号をモータの制御回路に送出したり、タイマー割込
み信号を発生させるとともに、比較／更新用レジスタ１
３の内容をデータ設定用レジスタ１２による次の設定内
容に更新したり、また、カウンタ１５のクリアを行う。
尚、データ設定用レジスタ１２の内容が比較／更新用レ
ジスタ１３に転送される時点は、一致検出部１６により
比較／更新用レジスタ１３値とカウンタ値との一致した
ことを示す一致信号が比較／更新用レジスタ１３に送ら
れたときである。

【００８７】前記した図１の構成との対応関係において
は、ＣＰＵ１１が指令手段２、誤差補償手段６に相当
し、データ設定用レジスタ１２、比較／更新用レジスタ
１３が設定手段５に相当し、クロック信号発生部１４が
基本パルス発生手段３に、そして、カウンタ１５及び一
致検出部１６がカウンタ手段４にそれぞれ相当してい
る。

【００８８】本実施例におけるパルス信号の発生につい
ては、下記に示す２種類の割込み処理によって行われ
る。

【００８９】（Ｉ）パルスエッジ毎の割込み （ＩＩ）サンプリング周期毎の割込み。

【００９０】先ず、（Ｉ）の割込み処理は、パルスの立
ち上がりや立ち下がりのエッジ毎に行なわれるものであ
り（以下、「ｔ_w割込み」という。）、当該処理につい
ては下記の２事項を基本とする。

【００９１】（Ｉ−ａ）処理時間が極力短いこと つまり、処理時間を「Δｔ_w」とすると、Δｔ_wの値がパ
ルス信号の最小幅を規定し、パルス信号の最高周波数、
延いてはモータの最高速度を決定することになるため、
Δｔ_wができるだけ小さいことが望ましい。

【００９２】従って、この処理においては、レジスタ値
の退避や復帰等を行わずに、必要最小限度の仕事に抑え
ることが好ましい。

【００９３】（Ｉ−ｂ）多重割込みの禁止 これは、Δｔ_wの値が変動しないようにすること、そし
て、Δｔ_wを極力小さくするための事項である。

【００９４】これらの２事項を考慮して、ｔ_w割込みに
係る処理は、図１２のフローチャート図に示すように、
ステップＳｔ１におけるパルス反転、次ステップＳｔ２
におけるＴｓ間でのパルスエッジのカウントのみであ
る。但し、パルスエッジのカウントについてはモータの
回転方向を加味する必要がある。

【００９５】次に、（ＩＩ）サンプリング周期Ｔｓ毎に
発生される割込み（以下、「Ｔｓ割込み」という。）に
ついて説明する。

【００９６】Ｔｓ割込みでの主な仕事は下記に示す通り
である。

【００９７】（ＩＩ−１）前回の期間Ｔｓにおける実パ
ルス数（＃ｎ_m）の計数 （ＩＩ−２）ｔ_w割込みに対する多重割込みの許可 （ＩＩ−３）モータに係る位置（正確には位相角）の計
算 （ＩＩ−４）前回誤差（＃ε）の計算 （ＩＩ−５）今回の期間Ｔｓにおける指令パルス数（ｎ
_r ^*＝ｎ_r＋＃ε）の算出 （ＩＩ−６）パルス幅ｔ_wの算出及び設定 （ＩＩ−７）モータの励磁モードの選択及び制御 （ＩＩ−８）モータの回転方向の判断及び制御。

【００９８】Ｔｓ割込みに係る処理時間を「ΔＴＴｓ」
とすると、これはｔ_w割込みに係る処理時間Δｔ_wに比し
て長いものである。尚、これらのうちＴｓ割込みの開始
から（ＩＩ−２）までの所要時間を「Δｔｓ」とする
と、これが本発明における原理上の誤差要因である。

【００９９】先ず、（ＩＩ−１）の内容は、上記ｔ_w割
込みにおいてカウントされているパルス数ｎ_mを所定の
バッファ等に複写して、これを前回の期間Ｔｓでの実パ
ルス数として格納しておき、その直後にｎ_mをクリア
し、今回の期間Ｔｓにおける実パルス数の計数の準備を
整えるというものである。つまり、これによって前回の
＃ｎ_mを正確に計数し、前回誤差＃εの計算の前処理と
する。

【０１００】次の（ＩＩ−２）における割込みの許可
は、Ｔｓ割込みに入ったときにｔ_w割込みがＣＰＵ１１
の機能上拒否されるため、（ＩＩ−１）の処理後にｔ_w
割込みを許可する。

【０１０１】（ＩＩ−３）では前回までの実パルス数＃
Ｎ_mを計算する。

【０１０２】そして、（ＩＩ−４）については、前記
［数１］式について説明した通りであり、前回の誤差＃
εが計算され、（ＩＩ−５）における指令パルス数（ｎ
_r ^*）については［数２］式での説明から明らかである。

【０１０３】（ＩＩ−６）は、図９のステップＳ９に係
る処理に相当し、ここで上記［数８］式等や方法２）に
係るパルス幅の制御に関する計算が行われるとともに、
算出されたパルス幅に相当する設定値が、データ設定用
レジスタ１２に設定される。

【０１０４】（ＩＩ−７）のモータの励磁モード（例え
ば、マイクロステップ励磁モード等）については、指令
情報が主計算機７から制御用計算機９に送られてくるの
でこれに従った制御が必要となる。尚、この制御につい
ては、処理時間に余裕があれば制御用計算機９側で行っ
ても良い。

【０１０５】また、（ＩＩ−８）については、モータの
回転方向に係る情報が主計算機７からの直接的な指令あ
るいは指令パルス数ｎ_rに係る正負の符号情報として制
御用計算機９に送られてくるため、該指令に従って回転
方向の正逆についての判断処理や制御を行う。尚、この
方向制御は、ｔ_w割込みにて行う必要がある場合も時と
して生じるが、上述した様に処理時間Δｔ_wの短縮化の
観点からはできるだけＴｓ割込みで処理することが好ま
しい。

【０１０６】図１３はＴｓ割込みに係る処理の流れを簡
略化して示すものであり、一連の処理の所要時間がΔＴ
Ｔｓであり、割込み開始からステップＳ３の実行直後ま
で所要時間がΔｔｓである。

【０１０７】先ず、ステップＳＴ１においてレジスタや
フラグの値を退避するが、これらの格納番地は割込み許
可に係るコマンドの占有番地以後に置くことがΔｔｓの
短縮化にとって望ましい。

【０１０８】次ステップＳＴ２において前回の期間Ｔｓ
における＃ｎ_mを確保した後、今回のカウントに備えて
ｎ_mをゼロにクリアする。

【０１０９】そして、ステップＳＴ３においてｔ_w割込
みに対する許可を与えた後、次ステップＳＴ４で、主計
算機７からの指令値Ｎ_rを制御用計算機９が受け取る。
尚、このとき、指令値に係る前回値＃Ｎ_rをバッファ等
に一時的に記憶しておく。

【０１１０】ステップＳＴ５では、ステップＳＴ２にお
ける＃ｎ_mから＃Ｎ_m、つまり、前回の期間Ｔｓまでにモ
ータが実際に回転した位置に係る計算を行った後、次ス
テップＳＴ６で誤差＃ε、つまり前回に発生したモータ
位置の誤差を計算した後、ステップＳＴ７で今回の期間
Ｔｓにおける指令パルス数ｎ_r ^*を算出する。

【０１１１】そして、ステップＳＴ８でのパルス幅計算
の後に、ステップＳＴ９でパルス幅の設定を行う。

【０１１２】ステップＳＴ１０ではモータの励磁モード
や回転方向の指令（但し、回転方向についてはｔ_w割込
みで行う場合がある。）を含む処理を行った後、次ステ
ップＳＴ１１においてステップＳＴ１で退避したレジス
タやフラグ値を戻す。

【０１１３】尚、明らかに「ΔＴＴｓ＜Ｔｓ」であり、
また、Δｔｓは前回の期間Ｔｓで設定されたパルス幅の
パルスが今回の期間Ｔｓの初期に食い込んでいる期間で
ある（つまり、Ｔｓ割り込みの開始後もこのΔｔｓ中に
は前回のｔ_w値のパルス幅をもったパルスが引き続き発
生している。）ことに注意を要する。

【０１１４】しかして、カウンタ１５の計数動作を途中
で停止させることなく、上記誤差要因１、２に起因する
誤差を補償することによって、パルスモータ８の脱調等
を惹き起こすことのないパルス信号を発生させ、モータ
の制御精度を充分に保証することができ、しかも、その
ために構成の複雑化や技巧的な処理に頼ることなくアル
ゴリズムの明確化を図ることができる。

【０１１５】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、請求項１や請求項３に係る発明によれば、前回の期
間におけるパルス数の誤差を今回のパルス数の指令値に
組み込むことによって誤差補償を行い、新たに算出され
たパルス数でサンプリング周期を除した場合の商の整数
部分に対応するパルス幅を算出して設定するという操作
をサンプリング周期毎に行っているので、基本パルスの
精度に起因する誤差及びその蓄積が実際のパルス総数に
与える悪影響を低減することができ、整数値で指定され
るパルス数に対して過不足がないか又は誤差の少ないパ
ルス信号の制御が可能となる。

【０１１６】また、請求項２や請求項４に係る発明によ
れば、一のサンプリング周期におけるパルスをパルス幅
の異なる２種類のパルスによって構成することで、誤差
補償後の新たなパルス数が基本パルスの精度上実現不可
能な整数値であった場合に残される誤差を２種類のパル
スのパルス幅に分散させることで、誤差の蓄積を防ぐこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパルス信号発生装置の構成を示す
図である。

【図２】誤差要因２についての説明図である。

【図３】期間Ｔｓを２つの期間Ｔｓ１、Ｔｓ２に区分け
してパルス幅の異なる２種類のパルスをそれぞれの期間
に配列させる方法について説明するための図である。

【図４】期間Ｔｓにおいてパルス幅の異なる２種類のパ
ルスを乱数的に配列させる方法について説明するための
図である。

【図５】期間Ｔｓの前半にパルスのオン期間とオフ期間
の幅を異ならせたパルスを配列させる方法について説明
するための図である。

【図６】図７とともに誤差の蓄積が所定値以上になった
ときに後続パルスのパルス幅を変化させる方法について
説明するため図であり、本図はシグナルフロー線図であ
る。

【図７】パルス幅の変化例を示す図である。

【図８】図９とともにパルス信号発生の処理の流れを示
すフローチャート図であり、本図はその前半部を示す。

【図９】フローチャート図の後半部を示す。

【図１０】図１１乃至図１３とともに本発明の実施の一
例を示すものであり、本図は装置の概要を示す図であ
る。

【図１１】要部の構成を示す図である。

【図１２】ｔ_w割込みの処理例を示すフローチャート図
である。

【図１３】Ｔｓ割込みの処理例を示すフローチャート図
である。

【図１４】パルス信号を示す図である。

【符号の説明】

１…パルス信号発生装置、２…指令手段、３…基本パル
ス発生手段、４…カウンタ手段、３、４…タイマー手
段、５…設定手段、６…誤差補償手段

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単位時間の整数倍の値を有するサンプリ
   ング周期でもって時間軸を標本化を施すことによって得
   られる離散化された期間毎にパルス数の指令が与えられ
   た場合に、基本パルスのパルス幅に対してその整数倍の
   パルス幅をもったパルス信号をサンプリング周期毎に生
   成するパルス信号発生方法において、 イ）１単位のサンプリング周期だけ時間的に前に位置す
   る前回の期間において実際に発生されたパルス数を計数
   して、そのパルス数の総数を算出した後、 ロ）前回までの指令パルス数の総数と、イ）で算出した
   パルスの総数との間の誤差を計算し、 ハ）今回の期間において指令されるパルス数に対して
   ロ）の誤差を加算又は減算することにより補正を行い、
   指令に係る新たなパルス数を算出し、 ニ）ハ）で算出されたパルス数でサンプリング周期を除
   した場合の商としてパルス幅を算出した後、商の整数部
   分によって規定されるパルス幅の設定を行い、 ホ）ニ）で設定されたパルス幅に対応する数だけ基本パ
   ルスを計数することによってパルス信号を発生させ、 ヘ）指令パルス数の総数が所定の指令値になるまでサン
   プリング周期毎にイ）乃至ホ）を繰り返すようにしたこ
   とを特徴とするパルス信号発生方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のパルス信号発生方法に
   おいて、 ニ）のパルス幅の算出及び設定にあたって、以下の条
   件、 １）単位時間の整数倍の値を有し、かつパルス幅の異な
   る２種類のパルスによって一のサンプリング周期におけ
   るパルス信号が構成されていること、 ２）２種類のパルスについてはパルス幅の差が基本パル
   スの精度に相当する幅だけ異なっていること、 ３）２種類のパルスについての個数の和が、ハ）におい
   て算出されたパルス数に等しいこと、 ４）パルス幅にパルス数を掛けたものを２種類のパルス
   について合計したものがサンプリング周期に等しいこ
   と、 を満足するパルスを一のサンプリング周期において規則
   的又は不規則に配列させるようにしたことを特徴とする
   パルス信号発生方法。
3. 【請求項３】 単位時間の整数倍の値を有するサンプリ
   ング周期でもって時間軸を標本化を施すことによって得
   られる離散化された期間毎にパルス数の指令が与えられ
   た場合に、基本パルスのパルス幅に対してその整数倍の
   パルス幅をもったパルス信号をサンプリング周期毎に生
   成するパルス信号発生装置において、 サンプリング周期毎のパルス数及びその総数に係る指令
   を発する指令手段と、 基本パルスを発生する基本パルス発生手段及び基本パル
   スを計数するカウンタ手段又はこれらに等価なタイマー
   手段と、 カウンタ手段又はタイマー手段に対して基本パルスの計
   数値の設定を行う設定手段と、 １単位のサンプリング周期だけ時間的に前に位置する前
   回の期間において実際に発生されたパルス数を計数して
   そのパルス数の総数を算出した後、これと指令パルス数
   の総数との間の誤差を求めるとともに、該誤差を今回の
   期間において指令手段から指令されるパルス数に加算し
   又は減算することにより補正を行って指令に係る新たな
   パルス数を算出し、該パルス数でサンプリング周期を除
   した場合の商としてパルス幅を算出した後、商の整数部
   分を計数設定値として設定手段に送出する誤差補償手段
   とを備えたことを特徴とするパルス信号発生装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のパルス信号発生装置に
   おいて、 誤差補償手段から設定手段に送出される計数設定値によ
   り、以下の条件、 １）単位時間の整数倍の値を有し、かつパルス幅の異な
   る２種類のパルスによって一のサンプリング周期におけ
   るパルス信号が構成されていること、 ２）２種類のパルスについてはパルス幅の差が基本パル
   スの精度に相当する幅だけ異なっていること、 ３）２種類のパルスについての個数の和が、誤差補償手
   段によって算出される補正後の指令パルス数に等しいこ
   と、 ４）パルス幅にパルス数を掛けたものを２種類のパルス
   について合計したものがサンプリング周期に等しいこ
   と、 を満足するパルスが一のサンプリング周期において規則
   的又は不規則に配列されるようにしたことを特徴とする
   パルス信号発生装置。