JP3860324B2 - Motor speed control device - Google Patents

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JP3860324B2
JP3860324B2 JP05500098A JP5500098A JP3860324B2 JP 3860324 B2 JP3860324 B2 JP 3860324B2 JP 05500098 A JP05500098 A JP 05500098A JP 5500098 A JP5500098 A JP 5500098A JP 3860324 B2 JP3860324 B2 JP 3860324B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ速度制御装置であり、特に、2相パルス出力及び原点位置を示すパルス出力を持つロータリエンコーダの信号を用いてモータの速度を検出することでモータの速度を制御することが可能なモータ速度制御装置におけるエンコーダの速度検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
速度フィードバックを持つモータ速度制御装置は、従来から知られている。このモータ制御制御装置1は、図1に示すように、速度検出器2と、比較器3と、速度制御器4と、電流アンプ5と、を具備している。そして、制御対象のモータ6のモータ軸又はモータ軸によって駆動させる軸に速度検出センサ7を直接取り付けており、この速度検出センサ7の出力信号は、速度検出器2により速度検出信号に変換され、次に、比較器3で速度検出信号とモータ速度制御装置に与えられた速度指令信号Nrefとの差をとり、その偏差を速度制御器4に与える。速度制御器4は速度の偏差を0とすべく電流アンプ5に電流指令を与え、これにより電流アンプ5はモータ駆動電流を出力する。こうしてモータ6は自動的に速度指令信号にて与えられた速度で回転するようになっている。そして、速度検出センサ7としてはアナログ出力のタコジェネレータなどが用いられることもあるが、速度制御装置のディジタル化に伴い、高精度な速度検出が可能な2相パルス出力のロータリエンコーダを用いることが多くなってきた。
【0003】
このロータリエンコーダのうち、たとえば光学式ロータリエンコーダの場合、内部に円周上で精密に等間隔に並んだスリットが付いた円板と、この円板を挟んで発光素子と受光素子が配置されており、スリット部分から受光素子に光があたるようになっている。従って円板が回転するとスリットの間隔で受光素子に光があたり、回転角度に同期した周期的信号が受光素子より出力される。この受光素子の出力信号はアナログ信号であるが、オン、オフのデューティが50%になるように適当な閾値を設けて波形整形し、パルス信号として出力する。一般のロータリエンコーダでは2個の受光素子がスリット間隔の1/4の間隔をもって配置されており、それぞれの出力が波形整形されてパルスとして出力された結果、2つの出力パルスは1/4周期の位相差を持つことになる。なお、エンコーダによっては1/4周期のずれをもった2種類のスリットを設け、回転に対して同じ位置にある2個の受光素子でそれぞれのスリットを通した光を受けて位相差パルスを出力しているものもある。
【0004】
以上のような2相パルス出力の光学式ロータリエンコーダは、軸の一定速回転に対して図4に示すようなA相、B相のパルスを出力するわけであるが、この信号を用いて回転速度の検出を行う方法について、以下に説明する。まずディジタル方式の速度制御装置では一般に速度制御を一定時間間隔毎に行うようになっており、速度の検出もこの一定時間間隔の制御周期に同期して行われる。この速度検出ではまずエンコーダパルス数が必要となるが、これはA相、B相のエンコーダ信号の立ち上がり、立ち下がりでカウントするようになっている。図4を用いて説明すると、B相が0の時にA相の立ち上がりが発生したところでパルス数0としており、次のB相の立ち上がりでパルス数1、その次のA相の立ち下がりでパルス数2というように、各パルスのエッジでカウントアップする。また逆に回転した場合はA相、B相のパルスエッジでカウントダウンする。すなわち、一方のパルス信号の変化ともう一方のパルス信号の状態との組み合わせでパルス数をアップ/ダウンするようになっている。本方式によれば実際のエンコーダパルス数の4倍のパルス数となるが、速度検出の分解能を上げる意味から広く用いられている方式である。
【0005】
図4において、速度検出のサンプリングがS0、S1、S2、S3の時点で行われたとすると、各サンプリングにおけるパルス数は、それぞれ0、2、4、7となる。サンプリングの時間間隔は一定であるから、1回のサンプリング間隔におけるパルス数の増加値をサンプリング時間で除算して速度検出値とする方法もあるが、速度検出値の分解能が非常に粗くなるため、通常はパルス数が変化した時間も使って速度を算出するようになっている。すなわち、P0、P1、P2、P3のパルスエッジが入力された時間もサンプリングして各時間差分値t1、t2、t3を求め、パルス数の差分値をこの時間差分値で除算すれば正確な速度が求まることになる。図4の例では、パルスの間隔(周期)がきちんと所定の値になっていれば、パルス差分値をそれぞれの時間差分値で除算することにより、いずれのサンプリングにおいても正確な回転速度が得られることになる。
【0006】
しかし、従来のような速度検出方式は、エンコーダのスリット間隔がいかなる回転角度でも正確に一定の間隔となっていることを前提にしたものであり、そのため、エンコーダのスリットの間隔が不均衡であったり、スリットの円周の中心軸と実際の回転中心軸がずれて取り付けられたような場合には、回転角度によってスリット検出間隔が変動し、速度検出値に誤差を生じてしまう。実際のエンコーダについて見ると、スリットの加工は超微細加工で行われているため、スリット間隔の不均衡が発生することはほとんどない。しかし、エンコーダのスリット円板の回転軸への取り付けは機械的なものであり、スリット中心軸と回転中心軸にずれが生じることはさけられない。
【0007】
この影響について、図2を用いて以下に説明する。図2はスリット71を表したものであり、スリット中心軸72を中心として等間隔で並んでいる。このスリット71を検出するのはスリット中心軸72からRの距離を持った点であり、この円周上ではスリット間隔は当然のことながら一定である。ところが、回転の中心軸がスリット中心軸72から距離rだけずれた点73にあったとすると、ここからRの距離を持った円がスリットの検出点となり、これは円76となる。この円76上ではスリット間隔は不均一となり、例えばスリット中心72に対する回中心軸のずれ軸75の方向でのスリット間隔は正規の間隔に対して(1+r/R)倍となってしまう。この誤差は速度検出値にもそのまま現れてきて、このような速度検出値で制御すると、回転に同期したトルクリップルや速度リップルとなり、高性能な速度制御ができなくなる。このような問題に対して、従来は、速度制御ゲインを下げて安定な制御ができるところで使用してきたが、高い速度制御応答を要求されるような用途では、高いエンコーダの取り付け精度を確保する以外になかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題を解決し、より高い応答をもった制御を可能にするようなモータ速度制御装置におけるエンコーダの速度検出装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、2相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置において、前記速度検出器は、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度と、により算出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段を有するモータ速度制御装置である。
【0010】
また、本発明は、モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、2相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置において、モータの一定速度運転を行う一定運転手段と、エンコーダ出力パルス信号から求めた速度検出値の回転に同期して変動する変動量と位相角とにより、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度を計算する計算手段と、を有するモータ速度制御装置である。
【0011】
そして、本発明は、上記速度検出器は、上記計算手段で計算したエンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度により算出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段を有するモータ速度制御装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の発明の実施の形態を説明する。
以下、本発明のモータ速度制御装置についての実施例を、図1〜図4を用いて説明する。図1は、速度制御装置の全体の制御ブロックの説明図である。図2は、エンコーダ回転軸のずれがパルス検出に及ぼす影響の説明図である。図3は、実施例のモータ速度制御装置の速度検出装置の一例の説明図である。図4は、エンコーダパルスと速度検出方法の説明図である。
【0013】
実施例1を説明する。本実施例のモータ速度制御装置1は、図1に示すように、速度検出器2と、比較器3と、速度制御器4と、電流アンプ5と、を具備している。速度検出器2は、従来例とは相違するため、後述する。比較器3、速度制御器4、電流アンプ5は、従来例と同様である。比較器3は、速度検出器2からの回転速度検出値と入力された速度指令値とを比較して偏差を算出する。速度制御器4は、比較器3からの偏差を0とするよう電流指令を出力する。電流アンプ5は、速度制御器4からの電流指令によりモータ駆動電流を出力する。このモータ駆動電流により、モータ6は、入力された速度指令値の回転速度で回転することとなる。
【0014】
本実施例のモータ速度制御装置1における速度検出器2について、説明する。速度検出器2は、モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、2相パルスを出力するロータリエンコーダ7からの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める。本実施例の速度検出器2は、得られた回転速度検出値を暫定値とし、この暫定値を修正する。即ち、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度と、により算出する修正値を用いて暫定回転速度検出値を修正する修正手段を有している。エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度は、あらかじめ設定されている。設定値の求める方法としては、機械的な測定で求めることができるが、実施例2で説明する方法でも求めることができる。
【0015】
修正量の算出について、図2を用いて具体的に説明する。図2には、エンコーダのスリット71及びその中心軸72、実際の回転中心軸73を示している。スリット中心軸72と実際の回転中心軸73との距離(軸ずれの誤差距離)をrとする。エンコーダの回転の原点としては通常一回転に1パルス出力されるZ相信号を用いるが、このZ相が存在する軸をエンコーダ原点軸74とする。このエンコーダ原点軸74に対して、スリット中心軸72から回転中心軸73を通過するずれ軸75をとり、これの原点軸74に対する角度(軸ずれ方向の角度)をδとする。このようなエンコーダでスリットの検出点が通過する円周76は、回転中心軸73から距離R離れており、この円周上で原点軸から角度θの速度検出点77について説明する。この検出点77ではスリットの幅L(θ)は、正規のスリット幅をLoとして、つぎの式で表される幅となる。
L(θ)=Lo・(1+r/R・cos(θ−δ))
このため、速度検出値Nd(θ)は、角度θの値により軸ずれの影響が異なり、実際の回転速度Noに対して

Figure 0003860324
となる。したがって、速度検出値の補正には、速度検出値Nd(θ)に対して、以下のようなΔN(θ)を加えて修正することが必要になる。
ΔN(θ)=Nd(θ)・r/R・cos(θ−δ)
【0016】
この修正手段を有する速度検出器2の回路の一例について、図3を用いて説明する。まずエンコーダ7からのA相、B相のパルス信号はパルス加工部21に入る。このパルス加工部21ではパルス数をカウントするためのUP信号、DOWN信号、パルスの変化点を示すパルスエッジ信号を出力する。このうち、パルスエッジ信号により時間カウンタ22の値をラッチ23でラッチする。また、UP信号、DOWN信号はパルスカウンタ24でカウントされ、現在角度データとなる。ラッチ23の時間ラッチデータおよびパルスカウンタ24のパルスカウントデータは、それぞれ差分演算する演算器25a、25bに入り、ここでサンプリングクロックφs毎の差分データΔTとΔPになって出力される。そして除算演算する演算器25cでΔP/ΔTが演算されて暫定速度検出値Nd(θ)が得られる。しかし、この暫定速度検出値Nd(θ)は、前述したような回転軸ずれによる誤差を含むものであり、以下、その補正について説明する。まずθ−δであるが、これはパルスカウンタ24をエンコーダ7の原点信号であるZ相信号が入力される毎に、メモリ26aにあらかじめ設定されている軸ずれ方向角−δで初期化してやることにより作ることができる。このθ−δのデータはcos関数演算器25dでcos(θ−δ)となる。ここでcos関数演算器25dはデータテーブルを用いてもよいし、既知の演算方法を用いてもよい。次に、この結果は、乗算演算する演算器25eで速度検出値Nd(θ)とあらかじめ設定されているメモリ26bの軸ずれ率r/Rと乗算される。こうして、速度補正値ΔN(θ)を作り、最後に加算演算する演算器25fで速度検出値Nd(θ)との和をとって、補正後の速度検出値Ndetができる。この例では、cos関数演算器25d、乗算演算器25e、加算演算器25f、メモリ26a、26bが回転速度検出値を修正する修正手段である。
【0017】
このように、本実施例によれば、エンコーダ中心とエンコーダ回転中心とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対するずれ方向の角度と、を用いることにより、軸のずれを考慮して修正した正確な回転速度検出値を得ることができるため、軸への取付けにずれが生じていても、モータの回転速度を正確に速度指令値とするモータ速度制御装置とすることができる。
【0018】
実施例2を説明する。本実施例2のモータ速度制御装置は、モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、2相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器3、前記偏差を0とするよう電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備し、更に、モータの一定速度運転を行う一定運転手段と、エンコーダ出力パルス信号から求めた速度検出値の回転に同期して変動する変動量と位相角とにより、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度を計算する計算手段と、を有している。
【0019】
このモータ速度制御装置を使用すると、実施例1において必要な、軸ずれの誤差距離r及び軸ずれ方向の角度δを算出することができる。すなわち、本実施例のモータ速度制御装置によって、モータを一定速度Noで回転させて、回転速度検出値Nd(θ)を得、そして、得られた回転速度検出値Nd(θ)とsinθと又はcosθとで、相関をとることで実現できる。まず、
Nd(θ)=No・(1−r/R・cos(θ−δ))
であるから、sinθと相関をとると、
【数1】
Figure 0003860324
同様に、cosθと相関をとると、
【数2】
Figure 0003860324
となる。ここで求めたSとCとにより、r/Rとδが計算でき、軸ずれの誤差距離rと軸ずれ方向の角度δとを求めることができる。なお、積分処理は、十分に短い時間でNd(θ)をサンプリングすることで容易に実行可能となる。
【0020】
【発明の効果】
本発明は、エンコーダ回転軸ずれの影響を受けた速度検出値を補正して正しい速度を検出することができるようになり、その結果として、高い速度制御応答を持ったモータの速度制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】速度制御装置の全体の制御ブロックの説明図。
【図2】エンコーダ回転軸のずれがパルス検出に及ぼす影響の説明図。
【図3】実施例のモータ速度制御装置の速度検出装置の一例の説明図。
【図4】エンコーダパルスと速度検出方法の説明図。
【符号の説明】
1 速度制御装置
2 速度検出器
21 パルス加工部
22 時間カウンタ
23 時間データラッチ
24 パルスカウンタ
25a 時間カウンタ差分器
25b パルス入力カウンタ差分器
25c 除算器
25d cos演算器
25e 乗算器
25f 加算器
26a 回転軸ずれ方向角度
26b 回転軸ずれ率
3 速度差分の減算器
4 速度制御器
5 電流アンプ
6 モータ
7 速度センサ
71 スリット
72 エンコーダスリット中心軸
73 エンコーダ回転中心軸
74 エンコーダ原点軸
75 エンコーダ回転中心ずれ軸
76 スリット検出線
77 スリット検出点[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a motor speed control device, and in particular, the motor speed can be controlled by detecting the motor speed using a rotary encoder signal having a two-phase pulse output and a pulse output indicating the origin position. The present invention relates to an encoder speed detection method in a simple motor speed control device.
[0002]
[Prior art]
A motor speed control device having speed feedback is conventionally known. As shown in FIG. 1, the motor control control device 1 includes a speed detector 2, a comparator 3, a speed controller 4, and a current amplifier 5. A speed detection sensor 7 is directly attached to the motor shaft of the motor 6 to be controlled or a shaft driven by the motor shaft, and the output signal of the speed detection sensor 7 is converted into a speed detection signal by the speed detector 2, Next, the comparator 3 calculates the difference between the speed detection signal and the speed command signal Nref given to the motor speed control device, and gives the deviation to the speed controller 4. The speed controller 4 gives a current command to the current amplifier 5 so that the speed deviation is zero, and the current amplifier 5 outputs a motor drive current. Thus, the motor 6 automatically rotates at the speed given by the speed command signal. An analog output tachometer or the like may be used as the speed detection sensor 7, but with the digitization of the speed control device, a two-phase pulse output rotary encoder capable of highly accurate speed detection may be used. It has increased.
[0003]
Among these rotary encoders, for example, in the case of an optical rotary encoder, a disk with slits arranged on the circumference precisely at equal intervals, and a light emitting element and a light receiving element arranged between the disks. The light is applied to the light receiving element from the slit portion. Therefore, when the disk rotates, light hits the light receiving element at the interval of the slit, and a periodic signal synchronized with the rotation angle is output from the light receiving element. Although the output signal of the light receiving element is an analog signal, an appropriate threshold is provided so that the on / off duty is 50%, and the waveform is shaped and output as a pulse signal. In a general rotary encoder, two light receiving elements are arranged with an interval of 1/4 of the slit interval. As a result of waveform shaping of each output and output as a pulse, the two output pulses have a 1/4 cycle. It will have a phase difference. Depending on the encoder, two types of slits with a ¼ period deviation are provided, and two light receiving elements located at the same position with respect to rotation receive the light passing through each slit and output phase difference pulses. Some are doing it.
[0004]
The optical rotary encoder with the two-phase pulse output as described above outputs the A-phase and B-phase pulses as shown in FIG. 4 with respect to the constant speed rotation of the shaft. A method for detecting the speed will be described below. First, in a digital speed control apparatus, speed control is generally performed at regular time intervals, and speed detection is also performed in synchronization with the control period at regular time intervals. This speed detection first requires the number of encoder pulses, which is counted at the rising and falling edges of the A-phase and B-phase encoder signals. Referring to FIG. 4, the number of pulses is 0 when the rise of the A phase occurs when the B phase is 0, the number of pulses is 1 at the next rise of the B phase, and the number of pulses at the next fall of the A phase. For example, the count is incremented at the edge of each pulse. In the case of reverse rotation, the countdown is performed at the A-phase and B-phase pulse edges. That is, the number of pulses is increased / decreased by a combination of the change of one pulse signal and the state of the other pulse signal. According to this method, the number of pulses is four times the actual number of encoder pulses, but this method is widely used in order to increase the resolution of speed detection.
[0005]
In FIG. 4, if the sampling for speed detection is performed at the time S0, S1, S2, and S3, the number of pulses in each sampling is 0, 2, 4, and 7, respectively. Since the sampling time interval is constant, there is a method of dividing the increase value of the number of pulses in one sampling interval by the sampling time to obtain a speed detection value, but the resolution of the speed detection value becomes very coarse. Normally, the speed is calculated using the time when the number of pulses changes. That is, the time when the pulse edges of P0, P1, P2, and P3 are input is also sampled to obtain respective time difference values t1, t2, and t3, and an accurate speed can be obtained by dividing the pulse number difference value by this time difference value. Will be required. In the example of FIG. 4, if the pulse interval (cycle) has a predetermined value, an accurate rotation speed can be obtained in any sampling by dividing the pulse difference value by each time difference value. It will be.
[0006]
However, the conventional speed detection method is based on the premise that the slit interval of the encoder is exactly constant at any rotation angle. Therefore, the slit interval of the encoder is unbalanced. If the center axis of the circumference of the slit and the actual center axis of rotation are shifted, the slit detection interval varies depending on the rotation angle, resulting in an error in the speed detection value. Looking at the actual encoder, the slits are processed by ultra-fine processing, so that there is almost no imbalance between the slits. However, the attachment of the slit disk of the encoder to the rotating shaft is mechanical, and it is unavoidable that the slit central axis and the rotating central shaft are displaced.
[0007]
This effect will be described below with reference to FIG. FIG. 2 shows the slits 71, which are arranged at equal intervals around the slit central axis 72. The slit 71 is detected at a point having a distance R from the slit central axis 72, and the slit interval is naturally constant on the circumference. However, if the center axis of rotation is at a point 73 deviated from the slit center axis 72 by a distance r, a circle having a distance R from here becomes a slit detection point, which becomes a circle 76. On this circle 76, the slit interval becomes non-uniform, and for example, the slit interval in the direction of the shift axis 75 of the rotation center axis with respect to the slit center 72 is (1 + r / R) times the regular interval. This error also appears in the speed detection value as it is, and if control is performed with such a speed detection value, torque ripple and speed ripple synchronized with rotation become impossible, and high-performance speed control cannot be performed. To deal with such problems, the conventional technology has been used where stable control can be achieved by lowering the speed control gain. However, in applications where a high speed control response is required, high encoder mounting accuracy must be ensured. It was not.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an encoder speed detecting device in a motor speed control device that solves the above-described problems and enables control with higher response.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a speed detector that is attached to a motor shaft or a shaft driven by a motor shaft and obtains a rotational speed detection value from the number of output pulses and a pulse detection time from a rotary encoder that outputs a two-phase pulse, A comparator that calculates a deviation by comparing the rotational speed detection value and the speed command value, a speed controller that outputs a current command based on the deviation, and a current amplifier that outputs a motor drive current based on the current command. In the motor speed control apparatus provided, the speed detector rotates using a correction value calculated from an error distance of deviation between the encoder central axis and the encoder rotation central axis and an angle in the axis deviation direction with respect to the encoder origin axis. It is a motor speed control apparatus which has a correction means which corrects a speed detection value.
[0010]
The present invention also relates to a speed detector that is attached to a motor shaft or a shaft driven by the motor shaft and obtains a rotational speed detection value from the number of output pulses and a pulse detection time from a rotary encoder that outputs a two-phase pulse. A comparator that calculates a deviation by comparing the rotational speed detection value with a speed command value, a speed controller that outputs a current command based on the deviation, and a current amplifier that outputs a motor drive current based on the current command; In the motor speed control device comprising: a constant operation means for performing a constant speed operation of the motor, and a fluctuation amount and a phase angle that vary in synchronization with the rotation of the speed detection value obtained from the encoder output pulse signal. A calculation means for calculating an error distance of deviation between the axis and the encoder rotation center axis and an angle of the axis deviation direction with respect to the encoder origin axis. A speed controller.
[0011]
In the present invention, the speed detector uses a correction value calculated by the error distance of the deviation between the encoder central axis and the encoder rotation central axis calculated by the calculation means and the angle in the axis deviation direction with respect to the encoder origin axis. It is a motor speed control device having a correction means for correcting a rotation speed detection value.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described.
Hereinafter, the Example about the motor speed control apparatus of this invention is described using FIGS. 1-4. FIG. 1 is an explanatory diagram of the entire control block of the speed control apparatus. FIG. 2 is an explanatory diagram of the effect of encoder rotation axis deviation on pulse detection. FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of a speed detection device of the motor speed control device according to the embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram of the encoder pulse and speed detection method.
[0013]
Example 1 will be described. As shown in FIG. 1, the motor speed control device 1 of this embodiment includes a speed detector 2, a comparator 3, a speed controller 4, and a current amplifier 5. Since the speed detector 2 is different from the conventional example, it will be described later. The comparator 3, the speed controller 4, and the current amplifier 5 are the same as in the conventional example. The comparator 3 compares the rotational speed detection value from the speed detector 2 with the input speed command value and calculates a deviation. The speed controller 4 outputs a current command so that the deviation from the comparator 3 is zero. The current amplifier 5 outputs a motor drive current according to a current command from the speed controller 4. With this motor drive current, the motor 6 rotates at the rotational speed of the input speed command value.
[0014]
The speed detector 2 in the motor speed control apparatus 1 of the present embodiment will be described. The speed detector 2 is attached to a motor shaft or a shaft driven by the motor shaft, and obtains a rotational speed detection value from the number of output pulses from the rotary encoder 7 that outputs a two-phase pulse and a pulse detection time. The speed detector 2 of the present embodiment uses the obtained rotational speed detection value as a provisional value, and corrects this provisional value. That is, there is a correcting means for correcting the provisional rotational speed detection value using a correction value calculated from the error distance of the deviation between the encoder central axis and the encoder rotation central axis and the angle in the axis deviation direction with respect to the encoder origin axis. ing. The error distance of deviation between the encoder central axis and the encoder rotation central axis and the angle in the axis deviation direction with respect to the encoder origin axis are set in advance. A method for obtaining the set value can be obtained by mechanical measurement, but can also be obtained by the method described in the second embodiment.
[0015]
The calculation of the correction amount will be specifically described with reference to FIG. FIG. 2 shows the slit 71 of the encoder, its center axis 72, and the actual rotation center axis 73. Let r be the distance between the slit central axis 72 and the actual rotational central axis 73 (axis deviation error distance). As the origin of rotation of the encoder, a Z-phase signal that is normally output by one pulse per rotation is used. The axis where this Z-phase exists is defined as the encoder origin axis 74. With respect to the encoder origin axis 74, a deviation axis 75 passing from the slit center axis 72 through the rotation center axis 73 is taken, and an angle with respect to the origin axis 74 (an angle in the axis deviation direction) is defined as δ. The circumference 76 through which the detection point of the slit passes by such an encoder is separated from the rotation center axis 73 by a distance R, and the speed detection point 77 at an angle θ from the origin axis on this circumference will be described. At this detection point 77, the width L (θ) of the slit is a width represented by the following equation, where the normal slit width is Lo.
L (θ) = Lo · (1 + r / R · cos (θ−δ))
For this reason, the speed detection value Nd (θ) is affected by the axis deviation depending on the value of the angle θ.
Figure 0003860324
It becomes. Therefore, correction of the speed detection value requires correction by adding the following ΔN (θ) to the speed detection value Nd (θ).
ΔN (θ) = Nd (θ) · r / R · cos (θ−δ)
[0016]
An example of the circuit of the speed detector 2 having this correcting means will be described with reference to FIG. First, the A-phase and B-phase pulse signals from the encoder 7 enter the pulse processing unit 21. The pulse processing unit 21 outputs an UP signal for counting the number of pulses, a DOWN signal, and a pulse edge signal indicating a pulse change point. Among these, the value of the time counter 22 is latched by the latch 23 by the pulse edge signal. The UP signal and the DOWN signal are counted by the pulse counter 24 and become current angle data. The time latch data of the latch 23 and the pulse count data of the pulse counter 24 are respectively input to arithmetic units 25a and 25b for calculating a difference, and are output as differential data ΔT and ΔP for each sampling clock φs. Then, ΔP / ΔT is calculated by an arithmetic unit 25c that performs a division operation, and a provisional speed detection value Nd (θ) is obtained. However, the provisional speed detection value Nd (θ) includes an error due to the rotational axis deviation as described above, and the correction will be described below. First, θ−δ. This is done by initializing the pulse counter 24 with the axis deviation direction angle −δ set in advance in the memory 26a every time the Z-phase signal which is the origin signal of the encoder 7 is inputted. Can be made. This data of θ−δ becomes cos (θ−δ) by the cos function calculator 25d. Here, the cos function calculator 25d may use a data table or a known calculation method. Next, this result is multiplied by a speed detection value Nd (θ) and a preset axis deviation rate r / R in the memory 26b by a computing unit 25e that performs multiplication. In this way, the speed correction value ΔN (θ) is generated, and finally, the arithmetic unit 25f that performs the addition operation takes the sum with the speed detection value Nd (θ) to obtain the corrected speed detection value Ndet. In this example, the cos function calculator 25d, the multiplication calculator 25e, the addition calculator 25f, and the memories 26a and 26b are correction means for correcting the rotation speed detection value.
[0017]
As described above, according to the present embodiment, by using the error distance of the deviation between the encoder center and the encoder rotation center and the angle in the deviation direction with respect to the encoder origin axis, the correction is performed in consideration of the axis deviation. Therefore, even if there is a deviation in the attachment to the shaft, a motor speed control device that accurately sets the rotation speed of the motor as a speed command value can be obtained.
[0018]
A second embodiment will be described. The motor speed control device according to the second embodiment is attached to a motor shaft or a shaft driven by the motor shaft, and the rotation speed detection value is obtained from the number of output pulses and the pulse detection time from a rotary encoder that outputs a two-phase pulse. A speed detector to be calculated; a comparator 3 that compares the detected rotational speed value with a speed command value to calculate a deviation; a speed controller that outputs a current command so that the deviation becomes 0; A current amplifier for outputting a current, a constant operation means for performing a constant speed operation of the motor, a variation amount and a phase angle that vary in synchronization with the rotation of the speed detection value obtained from the encoder output pulse signal, And calculating means for calculating an error distance of deviation between the encoder center axis and the encoder rotation center axis and an angle in the axis deviation direction with respect to the encoder origin axis.
[0019]
When this motor speed control device is used, it is possible to calculate the axis deviation error distance r and the axis deviation direction angle δ necessary in the first embodiment. That is, the motor speed control device according to the present embodiment rotates the motor at a constant speed No to obtain the rotational speed detection value Nd (θ), and the obtained rotational speed detection value Nd (θ) and sin θ or This can be realized by taking a correlation with cos θ. First,
Nd (θ) = No · (1−r / R · cos (θ−δ))
Therefore, taking a correlation with sin θ,
[Expression 1]
Figure 0003860324
Similarly, when correlated with cos θ,
[Expression 2]
Figure 0003860324
It becomes. Based on S and C obtained here, r / R and δ can be calculated, and an axial deviation error distance r and an axial deviation angle δ can be obtained. The integration process can be easily executed by sampling Nd (θ) in a sufficiently short time.
[0020]
【The invention's effect】
The present invention makes it possible to detect a correct speed by correcting a speed detection value affected by the encoder rotational axis deviation, and as a result, obtain a motor speed control apparatus having a high speed control response. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an overall control block of a speed control device.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an influence of a deviation of an encoder rotation axis on pulse detection.
FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of a speed detection device of the motor speed control device according to the embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an encoder pulse and speed detection method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Speed controller 2 Speed detector 21 Pulse processing part 22 Time counter 23 Time data latch 24 Pulse counter 25a Time counter differencer 25b Pulse input counter differencer 25c Divider 25d cos calculator 25e Multiplier 25f Adder 26a Rotation axis deviation Direction angle 26b Rotational axis deviation rate 3 Speed difference subtractor 4 Speed controller 5 Current amplifier 6 Motor 7 Speed sensor 71 Slit 72 Encoder slit center axis 73 Encoder rotation center axis 74 Encoder origin axis 75 Encoder rotation center deviation axis 76 Slit detection Line 77 Slit detection point

Claims (3)

モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、2相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置において、
前記速度検出器は、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度と、により算出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段を有することを特徴とするモータ速度制御装置。
A speed detector that is attached to a motor shaft or a shaft driven by the motor shaft and that obtains a rotational speed detection value from the number of output pulses and a pulse detection time from a rotary encoder that outputs a two-phase pulse, and the rotational speed detection value A motor speed comprising: a comparator that compares the speed command value with a speed command value to calculate a deviation; a speed controller that outputs a current command based on the deviation; and a current amplifier that outputs a motor drive current based on the current command. In the control device,
The speed detector corrects the rotation speed detection value using a correction value calculated from an error distance of deviation between the encoder central axis and the encoder rotation central axis and an angle in the axis deviation direction with respect to the encoder origin axis. A motor speed control device comprising:
モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、2相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置において、
モータの一定速度運転を行う一定運転手段と、エンコーダ出力パルス信号から求めた速度検出値の回転に同期して変動する変動量と位相角とにより、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度を計算する計算手段と、を有することを特徴とするモータ速度制御装置。
A speed detector that is attached to a motor shaft or a shaft driven by the motor shaft and that obtains a rotational speed detection value from the number of output pulses and a pulse detection time from a rotary encoder that outputs a two-phase pulse, and the rotational speed detection value A motor speed comprising: a comparator that compares the speed command value with a speed command value to calculate a deviation; a speed controller that outputs a current command based on the deviation; and a current amplifier that outputs a motor drive current based on the current command. In the control device,
The deviation between the encoder center axis and the encoder rotation center axis is determined by the constant operation means that performs constant speed operation of the motor and the fluctuation amount and phase angle that vary in synchronization with the rotation of the speed detection value obtained from the encoder output pulse signal. A motor speed control device comprising: calculation means for calculating an error distance and an angle of an axis deviation direction with respect to an encoder origin axis.
請求項2記載のモータ速度制御装置において、
上記速度検出器は、上記計算手段で計算したエンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度により算出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段を有することを特徴とするモータ速度制御装置。
The motor speed control device according to claim 2, wherein
The speed detector corrects the rotational speed detection value using a correction value calculated by the error distance of the deviation between the encoder central axis and the encoder rotation central axis calculated by the calculation means and the angle in the axis deviation direction with respect to the encoder origin axis. A motor speed control device characterized by comprising a correcting means.
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