JP4453618B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御に使用されるアブソリュートエンコーダに関する。
一般にアブソリュートエンコーダ内部では、一定周期のサンプリングで位置データを演算・更新する方式が一般的である。このような方式のアブソリュートエンコーダでは、ノイズなどの影響によるモータの位置データの信頼性低下が、モータ制御系の制御精度に悪影響を出していた。
従来、位置データの異常を検出するために、前回の位置データと今回のサンプリングデータとを常時比較し、その差分を絶対値として求め、この絶対値と予め設定された最大ビット数とを比較し、絶対値が最大ビット数より大である時に異常とする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１４８８４３号公報
上記従来の方法では、サンプリングの１周期間でデータが最大ビット数より大きな値に飛んだ場合は異常を検出することができるが、最大ビット数以下のデータ飛びが連続して発生した場合は異常を検出することができない。
通常、位置データを演算するために使用する信号には入力フィルタを挿入する。よって、入力フィルタにより信号に印加されたノイズ成分の振幅は小さくなり、ノイズ成分の影響で数周期に亘って位置データが異常値となる。つまり、印加されたノイズにより異常値となっている時に次のノイズが印加されると、サンプリング間でのデータ飛びは最大ビット数以下であっても、正常な位置データからは最大ビット数より大きなデータ飛びとなる場合があり、従来の方法では異常を検出できない課題があった。
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、より精度の高い異常検出をするだけでなく異常値の補正も行うことで、位置データの高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために本発明は、位置データの異常を判定する異常検出部と、前記位置データの異常値を補正する位置データ補正部とを備え、前記異常検出部が、前記位置データから演算される加速度データと、最大トルクとロータイナーシャから演算される最大加速度とを比較し、前記加速度データが前記最大加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定したとき、前記位置データ補正部は、前記サーボアンプから受信したトルク指令及びイナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算した推定位置データを補正値として出力することで、高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを得ることができる。
また、異常検出部において、前記加速度データと、前記サーボアンプから受信した前記トルク指令及び前記イナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算される許容加速度を比較し、前記加速度データが前記許容加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定することで、より高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを得ることができる。
本発明のアブソリュートエンコーダによれば、異常検出の判定値に最大トルクとロータイナーシャから演算するモータ制御で発生する最大の加速度を使用することで精度の高い異常検出を行い、異常発生時にはサーボアンプから受信した指令トルクとイナーシャ情報からモータ制御周期内で発生する加速度を推定演算し、推定速度及び推定位置を演算することで位置データの信頼性を向上させることができる。
また、異常検出の判定値に指令トルクとイナーシャ情報から演算するモータ制御周期内で発生する加速度を使用することで、異常判定の精度を向上させ、より高い信頼性の位置データを得ることができる。
したがって、ノイズ等により位置データが異常値となった場合でも、信頼性の高い位置データを得ることができ、モータ制御系の制御精度に悪影響を及ぼすことなく制御を行えるアブソリュートエンコーダを提供することができる。
サーボアンプと通信するアブソリュートエンコーダにおいて、位置データの異常を判定する異常検出部と、前記位置データの異常値を補正する位置データ補正部とを備え、前記異常検出部が、前記位置データから演算される加速度データと、最大トルクとロータイナーシャから演算される最大加速度とを比較し、前記加速度データが前記最大加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定したとき、前記位置データ補正部は、前記サーボアンプから受信したトルク指令及びイナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算した推定位置データを補正値として出力する。
本発明の実施例１におけるアブソリュートエンコーダについて説明する。
図１において、アブソリュートエンコーダは原信号生成部１０、アナログ検出部１１、パルス検出部１２、位置データ生成部１３、メモリ制御部１４、不揮発性メモリ１５、パラレルシリアル変換部１６、通信手段１７、異常検出部３０と位置データ補正部３１により構成され、例えばＲＳ４８５などの通信手段１７によって、サーボアンプ１８と双方向のシリアル通信を行う。
原信号生成部１０は、モータの回転位置に応じたアナログ信号１０ａとパルス信号１０ｂを出力する。アナログ検出部１１は、アナログ信号１０ａをサンプリング後、位置データ１３ａの下位を演算するための形式へ変換し、アナログデータ１１ａを出力する。
パルス検出部１２は、パルス信号１０ｂをサンプリング後、位置データ１３ａの上位を演算するための形式へ変換し、パルスデータ１２ａを出力する。位置データ生成部１３は、アナログデータ１１ａとパルスデータ１２ａをもとに、演算パラメータ１４ａに従って合成演算することで、可動子の絶対位置を示す位置データ１３ａをサンプリング周期ごとに出力する。
メモリ制御部１４は、ロータイナーシャと最大トルク１４ｂ含むモータパラメータや演算パラメータ１４ａなどのメモリデータ１９ｂを、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリ１５へ書き込み、また、データの読み出しも行う。一般にメモリデータ１９ｂは、予め不揮発性メモリ１５内に書き込み、位置データ演算中に必要に応じて読み出される。
パラレルシリアル変換部１６は、サーボアンプ１８から通信手段１７を介して受信され
るシリアル受信データ１７ａをパラレルデータに変換して、指令トルクと負荷イナーシャ情報１９ａとメモリデータ１９ｂを出力し、また位置データ補正部３１の出力データ２８ａをシリアル送信データ１６ａに変換して出力する。
るシリアル受信データ１７ａをパラレルデータに変換して、指令トルクと負荷イナーシャ情報１９ａとメモリデータ１９ｂを出力し、また位置データ補正部３１の出力データ２８ａをシリアル送信データ１６ａに変換して出力する。
異常検出部３０は、速度演算部２１、加速度演算部２２、最大加速度演算部２３と比較手段２４から構成される。速度演算部２１は、サンプリング周期ごとに得られる位置データ１３ａと前回位置データから速度２１ａを演算する。
ここで、前回位置データが異常値であった場合は、推定位置２７ａを前回位置データとして使用する。サンプリング周期をＴS［ｓ］、位置データをθn［ｒａｄ］、前回位置データをθn-1［ｒａｄ］、速度２１ａをωn［ｒａｄ／ｓ］とすると、ωn［ｒａｄ／ｓ］は、式１で求められる。
加速度演算部２２は、速度２１ａと前回速度から加速度２２ａを演算する。ここで、前回位置データが異常値であった場合は、推定速度２６ａを前回速度として使用する。前回速度をωn-1［ｒａｄ／ｓ］とすると、加速度ａn［ｒａｄ／ｓ2］は、式２で求められる。
最大加速度演算部２３は、ロータイナーシャと最大トルク１４ｂから最大加速度２３ａを演算する。最大トルクをτmax［Ｎ・ｍ］、ロータイナーシャをＪm［ｋｇ・ｍ2］とすると、最大加速度ａmax［ｒａｄ／ｓ2］は、式３で求められる。
比較手段２４は、加速度２２ａの絶対値と最大加速度２３ａを比較し、加速度２２ａの絶対値が最大加速度２３ａより大きい場合に異常信号２４ａを出力する。
位置データ補正部３１は、推定加速度演算部２５、推定速度演算部２６、推定位置演算部２７と出力選択手段２８から構成される。推定加速度演算部２５は、ロータイナーシャ、指令トルクと負荷イナーシャ情報から推定加速度２５ａを演算する。
指令トルクをτc［Ｎ・ｍ］、負荷イナーシャをＪL［ｋｇ・ｍ2］とすると、推定加速度［ｒａｄ／ｓ2］は、式４で求められる。
推定速度演算部２６は、速度２１ａと推定加速度２５ａから推定速度２６ａを演算する。推定速度［ｒａｄ／ｓ］は、式５で求められる。
推定位置演算部２７は、位置データ１３ａと推定速度２６ａから推定位置２７ａを演算する。ここで、前回位置データが異常値であった場合は、前回の推定位置を位置データとして使用する。推定位置［ｒａｄ］は、式６で求められる。
出力選択手段２８は、異常信号２４ａにより、異常時には推定位置２７ａを選択し、正常時には位置データ１３ａを選択して、パラレルシリアル変換部１６に出力データ２８ａとして出力する。
これにより、ノイズによりデータ飛びが発生しても信頼性の高い位置データを得ることができる。
本発明の実施例２におけるアブソリュートエンコーダについて説明する。実施例１とは、異常検出部３０の比較手段２４における比較対象が異なる点であり、その点について説明する。
図２において、実施例１と同様に加速度演算部２２は、速度２１ａと前回速度から加速度２２ａを演算し、比較手段２４に入力する。一方の比較対象には、実施例１における式４から導出される推定加速度２５ａを許容加速度として用い、比較手段２４に入力する。
比較手段２４では、加速度２２ａと許容加速度としての推定加速度２５ａとを比較して、加速度の絶対値が許容加速度より大きい場合に異常信号２４ａを出力選択手段２８に出力する。以降の処理は、実施例１と同じであり、説明を省略する。
これにより、異常検出の判定精度を向上させることができ、より信頼性の高い位置データを得ることができる。
なお、本発明はイナーシャを質量、トルクを推力とすることでリニアモータに対しても適用できる。
本発明のアブソリュートエンコーダは、ノイズの多い環境下でも高性能な制御が要求される産業用途などに有用である。
１０ 原信号生成部
１０ａ アナログ信号
１０ｂ パルス信号
１１ アナログ検出部
１１ａ アナログデータ
１２ パルス検出部
１２ａ パルスデータ
１３ 位置データ生成部
１３ａ 位置データ
１４ メモリ制御部
１４ａ 演算パラメータ
１４ｂ ロータイナーシャと最大トルク
１５ 不揮発性メモリ
１６ パラレルシリアル変換部
１６ａ シリアル送信データ
１７ 通信手段
１７ａ シリアル受信データ
１８ サーボアンプ
２１ 速度演算部
２１ａ 速度
２２ 加速度演算部
２２ａ 加速度
２３ 最大化速度演算部
２３ａ 最大化速度
２４ 比較手段
２４ａ 異常信号
２５ 推定加速度演算部
２５ａ 推定加速度
２６ 推定速度演算部
２６ａ 推定速度
２７ 推定位置演算部
２７ａ 推定位置
２８ 出力選択手段
２８ａ 出力データ
３０ 異常検出部
３１ 位置データ補正部
１０ａ アナログ信号
１０ｂ パルス信号
１１ アナログ検出部
１１ａ アナログデータ
１２ パルス検出部
１２ａ パルスデータ
１３ 位置データ生成部
１３ａ 位置データ
１４ メモリ制御部
１４ａ 演算パラメータ
１４ｂ ロータイナーシャと最大トルク
１５ 不揮発性メモリ
１６ パラレルシリアル変換部
１６ａ シリアル送信データ
１７ 通信手段
１７ａ シリアル受信データ
１８ サーボアンプ
２１ 速度演算部
２１ａ 速度
２２ 加速度演算部
２２ａ 加速度
２３ 最大化速度演算部
２３ａ 最大化速度
２４ 比較手段
２４ａ 異常信号
２５ 推定加速度演算部
２５ａ 推定加速度
２６ 推定速度演算部
２６ａ 推定速度
２７ 推定位置演算部
２７ａ 推定位置
２８ 出力選択手段
２８ａ 出力データ
３０ 異常検出部
３１ 位置データ補正部
Claims (2)
- サーボアンプと通信するアブソリュートエンコーダにおいて、位置データの異常を判定する異常検出部と、前記位置データの異常値を補正する位置データ補正部とを備え、前記異常検出部が、前記位置データから演算される加速度データと、最大トルクとロータイナーシャから演算される最大加速度とを比較し、前記加速度データが前記最大加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定したとき、前記位置データ補正部は、前記サーボアンプから受信したトルク指令及びイナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算した推定位置データを補正値として出力することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
- 異常検出部において、前記加速度データと、前記サーボアンプから受信した前記トルク指令及び前記イナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算される許容加速度を比較し、前記加速度データが前記許容加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定することを特徴とする請求項１のアブソリュートエンコーダ。
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| JP2005201509A JP4453618B2 (ja) | 2005-07-11 | 2005-07-11 | アブソリュートエンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2005
- 2005-07-11 JP JP2005201509A patent/JP4453618B2/ja not_active Expired - Fee Related
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