JP4610377B2

JP4610377B2 - 速度検出装置

Info

Publication number: JP4610377B2
Application number: JP2005065412A
Authority: JP
Inventors: 茂教萩原; 洋一大森
Original assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Current assignee: Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: JP2006250618A

Description

本発明は電動機の速度検出に関するもので、特に速度検出精度を向上させる手法を提案するものである。

図２に一例として速度検出装置を示し、この図に基づいて従来技術を説明する。
電動機１に接続しているエンコーダ２は、電動機１の回転速度に応じて周波数が変化する一つの矩形波であるＡ相信号を出力している。速度演算器３は、Ａ相信号が変化した時ｔ（ｎ）に、前回Ａ相信号が変化した時ｔ（ｎ−１）から今回Ａ相信号が変化した時ｔ（ｎ）までの間の時間差の逆数から電動機１の回転子の回転速度Ｎ（ｎ）を求めている。回転速度Ｎ（ｎ）を式で表すと以下となる。

Ｎ（ｎ）＝Ｇ／｛ｔ（ｎ）−ｔ（ｎ−１）｝（１）

ここで、Ｇは時間差の逆数から回転速度Ｎ（ｎ）を求める定数であり、ｎ＝０、１、２、・・・である。電動機１のトルクや回転速度をそれらの指令通りに追従するためなどに、回転速度Ｎ（ｎ）は用いられている。

特開２００２−１１２５９７

電動機１の回転速度が一定の場合を考える。回転速度が一定であればエンコーダ２の出力するＡ相信号の矩形波のデューティは５０［％］であるはずだが、製作上の限界やコストなどにより実際には多少ずれている。すると、Ａ相信号が変化する時間差は図３に示すとおり、Ａ相信号がハイの状態のｔｘとＡ相信号がロウの状態のｔｙの２種類が交互に繰り返されることになる。よって、速度演算器３で求められる回転速度も、（１）式を用いると、下記に示すとおりＮｘ、Ｎｙの２種類の回転速度となる。

Ｎ（１）＝Ｎ（３）＝・・・
＝Ｇ／｛ｔ（１）−ｔ（０）｝＝Ｇ／｛ｔ（３）−ｔ（２）｝＝・・・
＝Ｇ／ｔｘ
＝Ｎｘ（２）
Ｎ（２）＝Ｎ（４）＝・・・
＝Ｇ／｛ｔ（２）−ｔ（１）｝＝Ｇ／｛ｔ（４）−ｔ（３）｝＝・・・
＝Ｇ／ｔｙ
＝Ｎｙ（３）

図３に示すとおり、（２）式と（３）式を用いると、実際の回転速度Ｎｒｅａｌは以下で表される。

Ｎｒｅａｌ＝（Ｎｘ×ｔｘ＋Ｎｙ×ｔｙ）／（ｔｘ＋ｔｙ）
＝２×Ｇ／（ｔｘ＋ｔｙ）（４）

一方、速度演算器３は、Ａ相信号がロウの状態の時（ｔｙ）に回転速度Ｎｘを出力し、Ａ相信号がハイの状態の時（ｔｘ）に回転速度Ｎｙを出力する。よって、速度演算器３の出力する回転速度の平均値Ｎｍｅａｎは、以下の式となる。

Ｎｍｅａｎ＝（Ｎｘ×ｔｙ＋Ｎｙ×ｔｘ）／（ｔｘ＋ｔｙ）（５）

時間差がｔｘ＜ｔｙの場合、ｔｘから演算した回転速度Ｎｘとｔｙから演算した回転速度Ｎｙは、Ｎｘ＞Ｎｙとなる。よって、（４）式と（５）式とにより、実際の回転速度Ｎｒｅａｌよりも速度演算器３の出力する回転速度の平均値Ｎｍｅａｎの方が大きくなる（Ｎｒｅａｌ＜Ｎｍｅａｎ）。これは、先述したように速い回転速度Ｎｘは長い期間ｔｙ使われ、遅い回転速度Ｎｙは短い期間ｔｘしか使われないことからも分かる。電動機１の回転速度を制御している場合、速度演算器３の回転速度を回転速度指令に追従させるため、実際の回転速度は回転速度指令よりも遅くなってしまう。
なお、平均回転速度Ｎｍｅａｎから実際の回転速度Ｎｒｅａｌを減じた回転速度誤差は、回転速度と比例関係となり、回転速度が速くなるほど回転速度誤差が顕著に出てくる。

上記問題点を解決するために、本発明は回転速度検出精度を向上させる速度検出装置を提供することにある。

前述した問題点を解決するために、回転速度に応じて周波数が変化する一つまたは位相の異なる複数個の矩形波を出力するエンコーダと前記矩形波の変化時点ｔ（１）で前回の矩形波の変化時点ｔ（０）から前記矩形波の変化時点ｔ（１）までの間の時間差の逆数から回転速度を演算する速度演算器とからなる速度検出装置において、前記速度演算器の出力と前記時間差とを入力して新たに回転速度を演算して出力する速度補正器を具備し、該速度補正器は前記速度演算器の出力が更新された時点で前記速度補正器が今まで出力していた回転速度と前記速度演算器の出力との差に前記時間差に比例したゲインを乗じた分だけ前記速度補正器の出力の回転速度を補正することを特徴とする。

本発明により、正確な回転速度検出を行うことができる。

電動機を広範囲な回転速度領域で、精度よく回転速度を制御することができた。

図１は、本発明の１実施例のブロック図である。
従来技術と異なるのは速度補正器４である。速度補正器４は、速度演算器３の出力の回転速度Ｎ（ｎ）と時間差とを入力し、新たに回転速度Ｓ（ｎ）を求めて出力する。回転速度Ｓ（ｎ）は、回転速度Ｎ（ｎ）が更新された時、すなわちエンコーダ２の出力のＡ相信号が変化した時ｔ（ｎ）に、今まで速度補正器３が出力していた回転速度Ｓ（ｎ−１）と速度演算器３出力の回転速度Ｎ（ｎ）との差に時間差に比例したゲインを乗じた分だけ速度補正器３の出力の回転速度Ｓ（ｎ−１）を補正したもので、（１）式を用いると以下で表される。

Ｓ（ｎ）＝｛（Ｎ（ｎ）−Ｓ（ｎ−１）｝×［｛ｔ（ｎ）−ｔ（ｎ−１）｝×Ｋ］
＋Ｓ（ｎ−１）
＝［１−｛ｔ（ｎ）−ｔ（ｎ−１）｝×Ｋ］×Ｓ（ｎ−１）＋Ｇ×Ｋ（６）

ここで、Ｋは定数である。
図３と同様に、電動機１の回転速度が一定の場合を考え、Ａ相信号が変化する時間差は時間差ｔｘ、ｔｙの２種類が交互に繰り返されることとすると、速度補正器４で求められる回転速度もＳｘ、Ｓｙの２種類となり、以下となる。

Ｓ（１）＝Ｓ（３）＝・・・
＝［１−｛ｔ（１）−ｔ（０）｝×Ｋ］×Ｓ（０）＋Ｇ×Ｋ
＝［１−｛ｔ（３）−ｔ（２）｝×Ｋ］×Ｓ（２）＋Ｇ×Ｋ
＝・・・
＝（１−ｔｘ×Ｋ）×Ｓｙ＋Ｇ×Ｋ
＝Ｓｘ（７）
Ｓ（２）＝Ｓ（４）＝・・・
＝［１−｛ｔ（２）−ｔ（１）｝×Ｋ］×Ｓ（１）＋Ｇ×Ｋ
＝［１−｛ｔ（４）−ｔ（３）｝×Ｋ］×Ｓ（３）＋Ｇ×Ｋ
＝・・・
＝（１−ｔｙ×Ｋ）×Ｓｘ＋Ｇ×Ｋ
＝Ｓｙ（８）

（７）式と（８）式とからＳｘ、Ｓｙについて解くと以下となる。

Ｓｘ＝Ｇ×（２−ｔｘ×Ｋ）／（ｔｘ＋ｔｙ−ｔｘ×ｔｙ×Ｋ）（９）
Ｓｙ＝Ｇ×（２−ｔｙ×Ｋ）／（ｔｘ＋ｔｙ−ｔｘ×ｔｙ×Ｋ）（１０）

よって、速度演算器３の出力する回転速度の平均値と同様に、速度補正器４の出力する回転速度の平均値Ｎｓを求めると、以下の式となる。

Ｎｓ＝（Ｓｘ×ｔｙ＋Ｓｙ×ｔｘ）／（ｔｘ＋ｔｙ）
＝Ｇ×｛（２−ｔｘ×Ｋ）×ｔｙ＋（２−ｔｙ×Ｋ）×ｔｘ｝／
｛（ｔｘ＋ｔｙ）×（ｔｘ＋ｔｙ−ｔｘ×ｔｙ×Ｋ）｝
＝２×Ｇ／（ｔｘ＋ｔｙ）（１１）

よって、速度補正器４で求めた回転速度の平均値Ｎｓである（１１）式は、（４）式で求めた実際の回転速度Ｎｒｅａｌと等しくなる。

上記説明では、エンコーダ２から出力される矩形波は一つとしているが、請求項にも記載のとおり位相の異なる複数個の矩形波においても同様な効果が得られる。
また、矩形波が変化する度に速度演算器３や速度補正器４により回転速度を求める構成であるが、所定時間毎に回転速度を求める構成の場合でも同様な効果が得られる。
さらに、エンコーダから出力されるのは矩形波としているが、回転速度に応じて周波数が変化する交流波形であればよく、例えばエンコーダから出力される波形が正弦波であっても零クロスのヒステリシスコンパレータを通すことで矩形波となることから同様な構成、効果を得ることができる。

本発明により、様々な種類のエンコーダを用いた場合、正確な回転速度が検出できることから、産業上の利用の可能性は大いにある。

本発明の実施例を示した説明図である。従来の技術の一例を示した説明図である。エンコーダの出力波形の一例を示した説明図である。

符号の説明

１電動機
２エンコーダ
３速度演算器
４速度補正器

Claims

回転速度に応じて周波数が変化する一つまたは位相の異なる複数個の矩形波を出力するエンコーダと前記矩形波の変化時点ｔ（１）で前回の矩形波の変化時点ｔ（０）から前記矩形波の変化時点ｔ（１）までの間の時間差の逆数から回転速度を演算する速度演算器とからなる速度検出装置において、
前記速度演算器の出力と前記時間差とを入力して新たに回転速度を演算して出力する速度補正器を具備し、該速度補正器は前記速度演算器の出力が更新された時点で前記速度補正器が今まで出力していた回転速度と前記速度演算器の出力との差に前記時間差に比例したゲインを乗じた分だけ前記速度補正器の出力の回転速度を補正することを特徴とする速度検出装置。