JPH02299500A - Position controller - Google Patents

Position controller

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JPH02299500A
JPH02299500A JP11800889A JP11800889A JPH02299500A JP H02299500 A JPH02299500 A JP H02299500A JP 11800889 A JP11800889 A JP 11800889A JP 11800889 A JP11800889 A JP 11800889A JP H02299500 A JPH02299500 A JP H02299500A
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JP
Japan
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control device
signal
stator
position control
digital
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Application number
JP11800889A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriaki Wakabayashi
若林 則章
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable optimal control by detecting relative position between a mover and a stator through a position detector then performing control based on the detected position. CONSTITUTION:A driving means 1 is mainly composed of a rotor 2 and a stator 3, where the rotor is driven by exciting coils 3a, 3b of the stator 3. A position detecting means 5a is coupled directly with the rotor 2 and the output from the position detecting means 5a is fed through a digital positional signal producing means 5b to a comparing means 7, then the difference from a position input signal 7a is fed to an electrical angle operating means 8 in order to operate a corresponding electrical angle. A function generating means 9 produces a two-phase sinusoidal signal corresponding to the operating amount of the driving means 1, according to the electrical angle. Since feedback closed loop control is employed, control accuracy is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、位置制御装置に係わり、特に高速でかつ高精
度の位置決めが可能な位置制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a position control device, and more particularly to a position control device capable of high-speed and highly accurate positioning.

従来の技術 近年、情報機器の性能の向上はめざましく、それに伴い
磁気ディスク装置やプリンタなどの駆動手段として、よ
り高速でより高精度の位置制御装置が要求されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the performance of information equipment has improved dramatically, and as a result, faster and more accurate position control devices are required as driving means for magnetic disk drives, printers, and the like.

従来、上述したこれらの機器の駆動手段としては、ステ
ッピングモータが広く活用されてきた。
Conventionally, stepping motors have been widely used as driving means for these devices mentioned above.

以下、図面を参照しながら従来の位置制御装置について
説明する。第13図は従来の位置制御装置の駆動手段と
して最も広く活用されているステッピングモータの原理
を示す構成図である。
Hereinafter, a conventional position control device will be explained with reference to the drawings. FIG. 13 is a block diagram showing the principle of a stepping motor, which is most widely used as a driving means for conventional position control devices.

第13図(a)および(b)はそれぞれハイブリッドP
M形(Hybrid Permanent Magne
t Type)と呼ばれるステッピングモータの断面図
と斜視図を示したものである。131は回転子で、軸方
向に着磁された磁石140とその磁石を両側から積層し
た磁性体141.142より構成され、磁性体円周には
一定のピッチで刻まれた磁極歯135.136を備えて
いる。一方、132は固定子で、回転子131の対向面
に同じく磁極歯群137を備えた磁性体コアと磁性体コ
アに巻かれた複数個のコイル133a、133bおよび
134a、134bから構成されている。143は回転
軸である。複数個のコイル133aと133bおよび1
34aと134bはそれぞれ直列接続されている。
FIGS. 13(a) and (b) are hybrid P
M type (Hybrid Permanent Magne
FIG. 2 shows a cross-sectional view and a perspective view of a stepping motor called "T Type". 131 is a rotor, which is composed of a magnet 140 magnetized in the axial direction and magnetic bodies 141 and 142 in which the magnets are laminated from both sides, and magnetic pole teeth 135 and 136 carved at a constant pitch on the circumference of the magnetic body. It is equipped with On the other hand, 132 is a stator, which is composed of a magnetic core having a magnetic pole tooth group 137 on the opposite surface of the rotor 131, and a plurality of coils 133a, 133b and 134a, 134b wound around the magnetic core. . 143 is a rotation axis. A plurality of coils 133a and 133b and 1
34a and 134b are each connected in series.

第14図は第13図に示したハイブリッドPM形のステ
ッピングモータを駆動するための基本駆動回路図である
。スイッチ112a、L12b。
FIG. 14 is a basic drive circuit diagram for driving the hybrid PM type stepping motor shown in FIG. 13. Switch 112a, L12b.

113a、113bで構成されるブリッジ回路の中間点
にコイル133aと133bが接続され、スイッチ11
4a、114b、115a、115bで構成されるブリ
ッジ回路の中間点にはコイル134aと134bが接続
されている。ここで例えばスイッチ112,114,1
13,115を順次開閉することにより、上記複数個の
コイル133.134を外部から順序よく励磁してやれ
ば、回転子141はコイル133.134の励磁の状態
により位置をかえて歩進する。これらスイッチは普通半
導体で構成される。
Coils 133a and 133b are connected to the midpoint of the bridge circuit composed of 113a and 113b, and the switch 11
Coils 134a and 134b are connected to the intermediate point of the bridge circuit composed of 4a, 114b, 115a, and 115b. Here, for example, switches 112, 114, 1
By sequentially opening and closing coils 13 and 115, the plurality of coils 133 and 134 are excited from the outside in order, and the rotor 141 changes its position and advances depending on the state of excitation of the coils 133 and 134. These switches are usually constructed of semiconductors.

第15図は第13図に示したステッピングモータの回転
角−トルク特性を示す図で、121の特性はコイル13
3a、133bを第14図のスイッチ112を閉じて1
12aから112bの方向に通電したときの回転角−ト
ルク特性を示す、この励磁状態では0点で回転子は静止
する位置保持特性を持つ、外部信号に同期してスイッチ
112゜114.113,115を順次開閉すれば、ス
テッピングモータの回転角−トルク特性は121゜12
2.123,124と移動するので、外部信号に同期し
て1/4歯ピツチ(電気角で906)ずつ回転子が回転
(歩道)することがわかる(第15図には破線の矢印で
その動きを示す、)。
FIG. 15 is a diagram showing the rotation angle-torque characteristics of the stepping motor shown in FIG.
3a and 133b by closing the switch 112 in FIG.
This shows the rotation angle-torque characteristics when electricity is applied in the direction from 12a to 112b.In this excited state, the rotor has a position holding characteristic where it stands still at the 0 point.Switches 112゜114, 113, 115 are synchronized with external signals. If the steps are sequentially opened and closed, the rotation angle-torque characteristic of the stepping motor is 121°12
2.123, 124, it can be seen that the rotor rotates (walking) by 1/4 tooth pitch (906 in electrical angle) in synchronization with the external signal. ).

第16図はこのような駆動手段としてステッピングモー
タを活用して構成した従来の位置制御装置の原理的構成
図である。この第16図において、151はステップパ
ルス入力、152は移動方向指令入力、153は順序パ
ルス制御回路、154はブリッジ回路、155はステッ
ピングモータ、156は位置制御対象である。このよう
な位置制御装置はオープンループ位置決めシステムと言
われ、順序パルス制御回路153へのステップパルス入
力によってブリッジ回路154を順次動作させステッピ
ングモータ155の回転子を歩進させることにより、制
御対象156を移動可能にさせていた(例えば、高欄:
「フロッピ装置の最新動向とコントローラ設計技術」J
、インターフェース、MAY、1983、P、150〜
P、2(16))。
FIG. 16 is a fundamental configuration diagram of a conventional position control device configured using a stepping motor as such a driving means. In FIG. 16, 151 is a step pulse input, 152 is a moving direction command input, 153 is a sequential pulse control circuit, 154 is a bridge circuit, 155 is a stepping motor, and 156 is a position control object. Such a position control device is called an open-loop positioning system, and by sequentially operating the bridge circuit 154 by inputting step pulses to the sequential pulse control circuit 153 and stepping the rotor of the stepping motor 155, the controlled object 156 is controlled. It was made movable (e.g. high rail:
"Latest trends in floppy devices and controller design technology" J
, Interface, MAY, 1983, P, 150~
P, 2(16)).

このような従来のステッピングモータをその駆動手段と
して活用した位置制御装置はオープンループの位置決め
システムであるから、電子制御回路部分が比較的簡素で
あると言う特徴がある。即ち、パルス送りで位置決めが
できるから、マイクロプロセッサから直接パルスを電力
供給回路に加えると言うような方法で簡単に構成できた
。また他の駆動手段、例えばボイスコイルモータや、D
C。
Since such a conventional position control device that utilizes a stepping motor as its driving means is an open-loop positioning system, it is characterized in that the electronic control circuit portion is relatively simple. That is, since positioning can be performed by sending pulses, it can be easily constructed by applying pulses directly from the microprocessor to the power supply circuit. Also, other drive means such as voice coil motor, D
C.

ACサーボモータに比較して電力効率が高いと言う特徴
もある。これは磁気回路に歯状の凹凸の磁極歯を有する
ステッピングモータのようなアクチュエータは磁気効率
が良(、少電流でも推力(トルク)が非常に大きいから
である。その結果、小型コンパクトで省電力であるとい
う特徴があった。
Another feature is that it has higher power efficiency than AC servo motors. This is because actuators such as stepping motors, which have uneven magnetic pole teeth in the magnetic circuit, have good magnetic efficiency (and a very large thrust (torque) even with a small current.As a result, they are small, compact, and energy efficient. It had the characteristic of being.

しかしながら、反面、高速性、高精度という点では問題
を含んでいる。例えば、駆動手段としてのステッピング
モータは位置決め停止する際に、停止点を中心に振動的
になるという現象がある。
However, on the other hand, there are problems in terms of high speed and high accuracy. For example, when a stepping motor serving as a driving means is positioned and stopped, there is a phenomenon in which the stepping motor vibrates around the stopping point.

つまり整定に時間を要する。In other words, it takes time to settle.

第17図は駆動手段としてステッピングモータを用いた
従来のオーブンループの位置制御装置が停止点を中心に
振動的になるという現象を示す図である。この振動を少
なくし、整定の時間を短縮するためには、可動部や可動
子に機械的粘性抵抗を与えればよい。しかし構造が複雑
になるとか、この粘性抵抗のため逆に高速動作が阻害さ
れる。
FIG. 17 is a diagram showing a phenomenon in which a conventional oven loop position control device using a stepping motor as a driving means vibrates around a stop point. In order to reduce this vibration and shorten the settling time, mechanical viscous resistance may be applied to the movable part and the mover. However, the structure becomes complicated and high-speed operation is hindered by this viscous resistance.

これはボイスコイルモータや、DC,ACサーボモータ
を活用した位置制御装置にはない欠点である。さらにス
テッピングモータは外部からのパルス信号に同期したス
ピードを得ることができるので、制御対象を高速移動さ
せるためにはパルス信号の周波数を高くすれば良いよう
にみえるが、推力が大きい低速時とは異なって、高速駆
動時には、コイルのもつ時定数や、鉄損の影響により、
電流の立ち上がりが遅れて効率よくトルクを発生するこ
とができない、無理にパルス信号の周波数を高くすれば
脱調を引き起こしやすくなる。
This is a drawback that position control devices that utilize voice coil motors, DC and AC servo motors do not have. Furthermore, since stepping motors can obtain speeds synchronized with external pulse signals, it seems that in order to move the controlled object at high speeds, it is sufficient to increase the frequency of the pulse signals, but this is not true at low speeds when the thrust is large. Differently, during high-speed driving, due to the time constant of the coil and the influence of iron loss,
The rise of the current is delayed and torque cannot be generated efficiently, and if the frequency of the pulse signal is made too high, step-out is likely to occur.

また回転子と固定子の磁極歯を細かくし、その数を増や
せば1ステツプ角を小さくすることができ、制御対象の
位置制御の分解能を高くすることができる筈だが、実際
は機械精度上限界があるだけでな(、各コイルの電流の
スイッチング周波数が上がるため効率が急激に低下する
。(例えば、見城尚志他;「ステッピング・モータの基
礎と応用」、(昭54.2.10)、総合電子出版社、
P−15〜P、42) さらにまた位置制御の分解能を高(するため、回転子と
固定子の磁極歯を細かくし、その数を増やして1ステツ
プ角を小さくすると、スチフネス(外乱の振動・衝撃力
に対する自己保持力)が小さくなるという傾向がある。
Furthermore, by making the magnetic pole teeth of the rotor and stator finer and increasing their number, it is possible to reduce one step angle and increase the resolution of position control of the controlled object, but in reality, there is a limit to the mechanical accuracy. However, because the switching frequency of the current in each coil increases, the efficiency decreases rapidly. General electronic publishing company,
P-15 to P, 42) Furthermore, in order to increase the resolution of position control, the magnetic pole teeth of the rotor and stator are made finer, the number of them is increased, and the one step angle is reduced. There is a tendency for the self-retention force against impact force to become smaller.

発明が解決しようとする課題 上記のように、駆動手段としてステッピングモータを使
用した従来のオープンループの位置制御装置は脱調など
のため高速化が困難で、かつ振動し易く位置決めの整定
時間が長いという欠点を持っていた。また位置決め分解
能を高くすることは構造上困難であった。さらにまた仮
に分解能を高くしてもスチフネスが低下するという欠点
もあった。
Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, conventional open-loop position control devices that use a stepping motor as a drive means are difficult to increase speed due to step-out, etc., are prone to vibration, and have a long settling time for positioning. It had a drawback. Furthermore, it is structurally difficult to increase the positioning resolution. Furthermore, even if the resolution was increased, there was a drawback that the stiffness decreased.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、従来のス
テッピングモータでは実現できなかった高速・高分解能
・高スチフネスの位置決めが可能な位置制御装置を提供
するものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a position control device that is capable of high-speed, high-resolution, and high-stiffness positioning that could not be achieved with conventional stepping motors.

課題を解決するための手段 上記vIABを解決するために本発明の位置制御装置は
、可動子とこの可動子に相対的な運動力を与えて移動さ
せることのできる固定子とを含んだ駆動手段を備え、こ
れら可動子と固定子の相対的な移動に応じて互いに位相
の異なる複数相の交番信号を出力する位置検出手段を備
え、この位置検出子°段から前記可動子、固定子間の相
対的な位置情報をディジタル的に生成するために、前記
位相の異なる複数相の交番信号によって変調されるキャ
リア信号を発生するキャリア信号発生手段と、該変調さ
れたキャリア信号の位相情報を復調するためのディジタ
ル・サンプルホールダ手段とを含んだディジタル位置情
報生成手段を備え、前記可動子、固定子間の相対的な位
置情報と外部からの位置入力信号との偏差に基づいて前
記駆動手段に対する操作量を演算するディジタル演算手
段を備え、さらに、この操作量に基づいて前記駆動手段
を付勢する付勢手段を備えて構成される。
Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned vIAB, the position control device of the present invention includes a drive means that includes a movable element and a stator that can move the movable element by applying a relative motion force to the movable element. and position detecting means for outputting alternating signals of multiple phases having mutually different phases in accordance with the relative movement of the movable element and the stator. In order to digitally generate relative position information, carrier signal generating means generates a carrier signal modulated by the alternating signals of a plurality of phases having different phases, and demodulates phase information of the modulated carrier signal. a digital position information generating means including a digital sample holder means for controlling the drive means based on a deviation between the relative position information between the movable element and the stator and a position input signal from the outside; The apparatus is configured to include a digital calculation means for calculating a quantity, and a biasing means for biasing the drive means based on the manipulated variable.

作用 本発明の位置制御装置は、上記の構成によって以下のよ
うな作用を持つ、まず駆動手段の可動子と固定子の相対
的位置を位置検出手段によって検出し、この位置検出手
段から前記可動子、固定子間の相対的な位置情報をディ
ジタル的に高い分解能で生成し、これと外部からの位置
入力信号との偏差を求め、これに基づいてディジタル演
算手段によって前記駆動手段に対する操作量を最適にコ
ントロールすることによって、常に効率よく駆動手段の
トルクを発生させることができ、脱調を引き起こすこと
なく制御対象を高速に移動させること゛ができる。さら
に同時に目的位置に振動を抑制した状態で、位置制御対
象を素早(整定させることができる。また位置検出手段
とディジタル位置情報生成手段により高分解能の位置決
め制御ができる。さらにまた、ディジタル演算手段によ
り、従来よりも高いスチフネスを容易に得ることができ
る。
Function The position control device of the present invention has the following functions due to the above-mentioned configuration. First, the relative position of the movable element and the stator of the driving means is detected by the position detecting means, and the position detecting means detects the relative position of the movable element and the stator. , the relative position information between the stators is digitally generated with high resolution, the deviation between this and the position input signal from the outside is determined, and based on this, the operating amount for the drive means is optimized by the digital calculation means. By controlling the speed, the torque of the driving means can be generated efficiently at all times, and the controlled object can be moved at high speed without causing step-out. Furthermore, at the same time, the position control target can be quickly (settled) at the target position while vibrations are suppressed.Also, high-resolution positioning control can be performed using the position detection means and digital position information generation means.Furthermore, the digital calculation means , it is possible to easily obtain higher stiffness than before.

実施例 以下本発明の一実施例の位置制御装置について、図面を
参照しながら説明する。
Embodiment Hereinafter, a position control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例における位置制御装置の構成
図である。この第1図は駆動手段として例えばステッピ
ングモータのような回転型のアクチュエータを使用した
実施例である。第1図において、2は回転子(可動子)
であって永久磁石2aと磁性体よりなる歯状の凹凸<r
tt1極歯)2bを含んで構成される。3a、3bは磁
性体コアに巻かれたコイルで、磁性体コアとともに、回
転子2と所定の空隙を介して対向する固定子3を構成し
ている。上記回転子2と固定子3を主要素として駆動手
段lが構成されている。4は位置制御対象である。5a
は回転子2あるいは位置制御対象の位置を検出し、位相
が90°ずれた2相の正弦波状の交番位置信号sa、s
bを出力する位置検出手段である。5bはディジタル位
置信号生成手段で、位置検出手段5aの出力する2相の
正弦波状の交番信号sa、sbを入力とし、回転子2の
位置信号すをディジタル的に高分解能で出力する。この
位置信号すはある基準点を原点として高分解能で制御対
象の可動範囲をリニアに絶対位置表示するような信号で
ある。7は比較手段であって、回転子2の位置信号すと
外部からの位置入力端子7aに与えられる位置入力信号
aとを入力とし、偏差信号c(=a−b)を出力する。
FIG. 1 is a block diagram of a position control device in one embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an embodiment in which a rotary actuator such as a stepping motor is used as the driving means. In Figure 1, 2 is the rotor (mover)
and the tooth-shaped unevenness made of the permanent magnet 2a and the magnetic material<r
tt1 pole tooth) 2b. Coils 3a and 3b are wound around a magnetic core, and together with the magnetic core, constitute a stator 3 that faces the rotor 2 with a predetermined gap in between. A driving means 1 is constructed using the rotor 2 and stator 3 as main elements. 4 is a position control target. 5a
detects the position of the rotor 2 or the position control target, and generates two-phase sinusoidal alternating position signals sa, s with a phase shift of 90°.
This is a position detection means that outputs b. 5b is a digital position signal generating means which inputs the two-phase sinusoidal alternating signals sa and sb output from the position detecting means 5a, and digitally outputs the position signal S of the rotor 2 with high resolution. This position signal is a signal that linearly displays the absolute position of the movable range of the controlled object with high resolution using a certain reference point as the origin. Reference numeral 7 denotes a comparison means, which inputs the position signal S of the rotor 2 and the position input signal a applied to the position input terminal 7a from the outside, and outputs a deviation signal c (=ab).

8は電気角度演算手段で、偏差信号Cを入力とし、適当
な制御演算を施し電気角度量eを出力する。9は関数発
生手段であって、電気角度量eに応じ、前述の駆動手段
1への操作量に相当する2相の正弦波信号scとssを
出力する。6は以上の7.8.9を含むディジタル演算
手段である。10は付勢手段であって、関数発生手段9
から出力される操作量の2相正弦波信号sc、ssを増
幅してそれぞれ、前記駆動手段lのコイル3a、3bに
電流を付勢する。
Reference numeral 8 denotes an electrical angle calculation means which inputs the deviation signal C, performs appropriate control calculations, and outputs an electrical angle amount e. Reference numeral 9 denotes a function generating means, which outputs two-phase sine wave signals sc and ss corresponding to the operation amount to the drive means 1, according to the electrical angle amount e. 6 is a digital calculation means including the above 7.8.9. 10 is a biasing means, and a function generating means 9
The two-phase sine wave signals sc and ss of the manipulated variables outputted from the drive means 1 are amplified to energize the coils 3a and 3b of the driving means 1 with current, respectively.

第2図(a)、 Cb)はそれぞれ本発明の第1図のデ
ィジタル位置信号生成手段5bの一実施例のブロック図
である。まず第2図(a)において、lla。
FIGS. 2A and 2C are block diagrams of an embodiment of the digital position signal generating means 5b of FIG. 1 of the present invention. First, in FIG. 2(a), lla.

11bは位置信号検出手段5aの出力する、位相が90
°ずれた2相の正弦波状の交番位置信号sa、sbをそ
れぞれ増幅する位置信号増幅器である。12a、12b
は変調手段で、位置信号増幅器11a、llbの2相正
弦波出力でもって高い周波数のキャリア信号16a、1
6bをそれぞれ変調する一種の乗算器である。14aは
キャリア信号発生手段であって、基準クロック発生手段
である発振器14bの基準クロック信号を分周して(1
/ nの分周)キャリア信号16a、16bを作成する
。この2つのキャリア信号16a。
11b is the signal output from the position signal detection means 5a, the phase of which is 90
This is a position signal amplifier that amplifies two-phase sinusoidal alternating position signals sa and sb that are shifted by degrees. 12a, 12b
is a modulation means which generates high frequency carrier signals 16a, 1 with the two-phase sine wave outputs of the position signal amplifiers 11a, llb.
6b, respectively. Reference numeral 14a is a carrier signal generating means, which divides the reference clock signal of the oscillator 14b, which is a reference clock generating means, into (1
/ n frequency division) to create carrier signals 16a and 16b. These two carrier signals 16a.

16bは互いに90°ずつ位相がずれていて、キャリア
信号発生手段14aから、変調手段12a。
16b are out of phase with each other by 90 degrees, and are connected to the carrier signal generating means 14a to the modulating means 12a.

12bに入力される。13aは合成手段で、上記2つの
変調手段12a、12bの変調出力を加え合わせる加算
回路である。13bはローパスフィルタ手段であり、加
算回路13aで加え合わされた変調出力の高調波成分を
遮断し、基本波成分のみを抽出する。13cはサンプル
ホールドパルス信号形成回路で上記基本波を矩形波に変
換後、サンプルホールドパルスUを形成する。15a。
12b. 13a is a synthesizing means, which is an adding circuit for adding together the modulated outputs of the two modulating means 12a and 12b. 13b is a low-pass filter means that cuts off harmonic components of the modulated outputs added by the adder circuit 13a and extracts only the fundamental wave component. 13c is a sample-and-hold pulse signal forming circuit which converts the fundamental wave into a rectangular wave and then forms a sample-and-hold pulse U. 15a.

15bは、それぞれこの上記基本波の矩形波に含ま・れ
る位相情報を復調するディジタルカウンタ手段と、サン
プルホールド用の一時保持手段である。
Reference numerals 15b denote a digital counter means for demodulating the phase information contained in the rectangular wave of the fundamental wave, and a temporary holding means for sample and hold.

ディジタルカウンタ手段15aは基準クロック信号をカ
ウントし、ディジタル的な調波を生成する。
Digital counter means 15a counts the reference clock signal and generates digital harmonics.

一時保持手段15bは例えばメモリ、レジスタまたはラ
ッチ回路のような一時的な記憶回路であり、前記ディジ
タルカウンタ手段15aのカウント内容をサンプルホー
ルドパルス信号Uによってサンプルホールドする。17
はディジタル・サンプルホールダ手段であり、以上の1
3c、15a。
The temporary holding means 15b is a temporary storage circuit such as a memory, a register, or a latch circuit, and samples and holds the count contents of the digital counter means 15a using the sample and hold pulse signal U. 17
is a digital sample holder means, and the above 1
3c, 15a.

15b、14bからなり、前記基本波の矩形波に含まれ
る位相情報を復調する働きをもつ、ディジタルカウンタ
手段15aは上記の基準クロック信号をカウントするが
、その最大計数値をnとすれば、ディジタル・サンプル
ホールド手段17は、前記基本波の矩形波に含まれる位
相情報を復調することによって、位置信号検出手段5a
の出力する、位相が90°ずれた2相の正弦波状の交番
位置信号sa、sbの1周期ピッチの範囲内を、ディジ
タル的にn分割(内挿)できる、しかしこれだけでは、
sa、sbの1周期ピッチの範囲内でしか位相の弁別能
力がない。それを超えた広い範囲内での測長を可能にす
るために、可逆カウンタ手段18aを設け、交番位置信
号が1周期ピッチを超えた数を計数する。18bは可逆
カウントパルス生成回路であり、一時保持手段15aの
内容が0(に近い値)からn(に近い値)に、また、n
(に近い値)からO(に近い値)に急に飛躍する毎に、
それぞれアップ・カウント・パルス、ダウン・カウント
・パルスを生成する。可逆カウンタ手段18aは、この
アップ・カウント・パルス、ダウン・カウント・パルス
を受けてアップ・カウントまたはダウン・カウントする
。18cは可逆カウンタ手段18aへの原点・初期リセ
ット信号入力端子である。19は位置レジスタで、可逆
カウンタ手段18aの内容と一時保持手段15bの内容
をそれぞれ上位ビット部および下位ビット部として合成
する。20はこの位置レジスタ19の出力端子で、ディ
ジタル位置信号生成手段5bの出力である(回転子2の
位置信号すである)。
The digital counter means 15a, which consists of 15b and 14b and has the function of demodulating the phase information contained in the rectangular wave of the fundamental wave, counts the above-mentioned reference clock signal. - The sample hold means 17 demodulates the phase information included in the rectangular wave of the fundamental wave, thereby detecting the position signal detecting means 5a.
It is possible to digitally divide (interpolate) into n within the range of one period pitch of the two-phase sinusoidal alternating position signals sa and sb with a phase shift of 90 degrees, which are output by the
The phase discrimination ability is only within the range of one cycle pitch of sa and sb. In order to enable length measurement within a wider range, a reversible counter means 18a is provided to count the number of times the alternating position signal exceeds one cycle pitch. 18b is a reversible count pulse generation circuit, and the content of the temporary holding means 15a changes from 0 (a value close to) to n (a value close to);
Every time there is a sudden jump from (value close to) to (value close to)
Generate up count pulses and down count pulses, respectively. The reversible counter means 18a receives the up count pulse and down count pulse and counts up or down. 18c is an origin/initial reset signal input terminal to the reversible counter means 18a. A position register 19 combines the contents of the reversible counter means 18a and the contents of the temporary holding means 15b as an upper bit part and a lower bit part, respectively. Reference numeral 20 denotes an output terminal of this position register 19, which is the output of the digital position signal generating means 5b (this is the position signal of the rotor 2).

ここで、このディジタル位置信号生成手段5bの原理を
説明する。いま位置信号増幅器11a。
Here, the principle of this digital position signal generating means 5b will be explained. Now position signal amplifier 11a.

11bの2相正弦波出力のsa、sbをそれぞれEA(
θ)、EB(θ)とし、以下のように表現できるとする
sa and sb of the two-phase sine wave output of 11b are respectively
θ), EB(θ), and can be expressed as follows.

EB(θ)=E−CO3(2にθ/θp )”・・= 
(la)EA(θ)=E−3IN(2πθ/θ、)・・
・・・・(1b)ただし、θは回転子2の回転角度(位
置)、θ2は位置信号検出手段5aの出力する正弦波状
の交番位置信号の1周期ピッチ、Eは正弦波状位置信号
の波高値である。ここで一方、キャリア信号16a、1
6bをそれぞれcA(t)、CB(t)とすれば以下の
ように表現できる。
EB(θ)=E-CO3(2 to θ/θp)”...=
(la)EA(θ)=E-3IN(2πθ/θ,)...
(1b) where θ is the rotation angle (position) of the rotor 2, θ2 is the one-period pitch of the sinusoidal alternating position signal output by the position signal detection means 5a, and E is the wave of the sinusoidal position signal. It's expensive. Here, on the other hand, carrier signals 16a, 1
If 6b is respectively cA(t) and CB(t), it can be expressed as follows.

CA(θ)=CO5(2tt r c t )   −
−(2a)CB(θ)=SIN  (2πfct)  
 ・・・・・・(2b)ただし、fcはキャリア周波数
である。
CA(θ)=CO5(2tt r c t ) −
-(2a) CB(θ)=SIN (2πfct)
(2b) However, fc is the carrier frequency.

変調手段12a、12bで変調後、加算回路で加え合わ
せた結果をp (t、  θ)とすれば、式%式%) となる。これはfcの周波数を持つキャリアに2πθ/
θpという位相項が含まれていることを意味している。
If the result of modulation by the modulation means 12a and 12b and addition by the adding circuit is p (t, θ), then the following equation is obtained. This means that the carrier with frequency fc is 2πθ/
This means that a phase term θp is included.

換言すれば、p (t、  θ)では位置情報が位相情
報という形に変換されている。したがってP (t、 
 θ)の位相情報を復調すれば回転子2の位置を認識す
ることができる。なお上記p (t、  θ)から回転
子の位置を正確に検出するためには位置信号EA(θ)
、EB(θ)の波形が回転位置θに関して歪の少ない正
弦波状である必要がある。もし歪が大きいと直線性が悪
くなってしマウ、ローパスフィルタ手段13bはP(t
、  θ)に含まれる高調波成分を除去する働きがある
。一般的に、実際のキャリア信号16a、16bは高調
波が多く含まれた矩形波であるからである。次に、変調
後加算された信号P(t、 θ)は、復調して位相情報
2πθ/θ、のみを分離して取り出す必要がある6本発
明の実施例ではキャリア信号に対する信号P(t、  
θ)の位相差をディジタル・サンプルホールダ手段17
で復調する。この復調方法は、まずディジタルカウンタ
手段15aで基準クロック信号をカウントし、ディジタ
ル的な調波を作っておき、信号P(t、θ)からサンプ
ルホールドパルスUを形成し、このパルスUでディジタ
ルカウンタ手段15aの調波をサンプルホールドすると
言う簡単な方法である。具体的にはディジタルカウンタ
手段15aのカウント内容を、一時保持手段15bにサ
ンプルホールドパルスUで転送する。
In other words, position information is converted into phase information at p (t, θ). Therefore P (t,
The position of the rotor 2 can be recognized by demodulating the phase information of θ). In addition, in order to accurately detect the rotor position from the above p (t, θ), the position signal EA (θ) is
, EB(θ) must be sinusoidal with little distortion with respect to the rotational position θ. If the distortion is large, the linearity will deteriorate and the low-pass filter means 13b should be
, θ). This is because the actual carrier signals 16a and 16b are generally rectangular waves containing many harmonics. Next, it is necessary to demodulate the modulated and added signal P(t, θ) to separate and extract only the phase information 2πθ/θ.6 In the embodiment of the present invention, the signal P(t, θ) for the carrier signal is
θ) using digital sample holder means 17.
to demodulate. In this demodulation method, first, the digital counter means 15a counts the reference clock signal to create digital harmonics, forms a sample-and-hold pulse U from the signal P(t, θ), and uses this pulse U to count the reference clock signal. This is a simple method of sampling and holding the harmonics of the means 15a. Specifically, the count contents of the digital counter means 15a are transferred to the temporary holding means 15b using a sample hold pulse U.

サンプルホールドパルスUは信号p (t、  θ)を
波形整形して矩形波にし、その立ち上がり(または立ち
下がり)のエツジからつくる。このように構成すること
により信号P (t、  θ)に含まれる位相情報(2
πθ/θ、)がディジタル的に一時保持手段15bに取
り込まれる。キャリア信号の周波数はfcで、このn倍
の周波数を持つ基準クロック信号n−fcを、その最大
計数値がnであるようなディジタルカウンタでカウント
すれば、1周期に対して1 / nの分解能を持った位
相測定が可能になる。これは位相2πに対して1 / 
nの分解能を持つことを意味する。位相2πは位置信号
検出手段5aの出力する正弦波状の交番位置信号の1周
期ピッチθ、に対応するので、このディジタル位置信号
生成手段は回転子2の回転位置に対してその交番位置信
号の1周期ピッチθ、を等間隔に1 / nに内挿(ま
たは補間)したことを意味している。ところでディジタ
ルカウンタ手段15aの計数内容は最大nのディジタル
的な調波であるから、繰り返し的であり、前記交番位置
信号の1周期ピフチθ、の範囲内でしか弁別能力がない
The sample-and-hold pulse U is generated from the rising (or falling) edge of a rectangular wave by shaping the signal p (t, θ). With this configuration, the phase information (2
πθ/θ, ) is digitally taken into the temporary holding means 15b. The frequency of the carrier signal is fc, and if the reference clock signal n-fc, which has a frequency n times this frequency, is counted by a digital counter whose maximum count value is n, the resolution is 1 / n for one cycle. It becomes possible to measure the phase with This is 1/ for phase 2π
This means that it has a resolution of n. Since the phase 2π corresponds to one period pitch θ of the sinusoidal alternating position signal outputted by the position signal detecting means 5a, this digital position signal generating means corresponds to one cycle pitch θ of the alternating position signal with respect to the rotational position of the rotor 2. This means that the periodic pitch θ is interpolated (or interpolated) to 1/n at equal intervals. By the way, since the count content of the digital counter means 15a is a maximum of n digital harmonics, it is repetitive and has a discrimination ability only within the range of one period pifth θ of the alternating position signal.

そこで実際の位置制御装置で必要とされるような広い範
囲内での測長を可能にするために、可逆カウンタ手段1
8aを設け、交番位置信号が1周期ピッチθ、を超えた
数を計数している。可逆カウントパルス生成回路18b
の働きは、一時保持手段15aの内容がO(に近い値)
からn(に近い値)に、また、n(に近い値)から0(
に近い値)に急に飛躍する毎に、それぞれアップ・カウ
ント・パルス、ダウン・カウント・パルスを生成して、
可逆カウンタ手段18aへ送り、アップ・カウント、ダ
ウン・カウントさせることである。従って可逆カウンタ
手段は位置情報の上位ビットを、一時保持手段は下位ビ
ットを示す。可逆カウンタ手段18aの内容と一時保持
手段 15bの内容はそれぞれ位置レジスタ19に、上位ビッ
ト部および下位ビット部として合成され、蓄積される。
Therefore, in order to enable length measurement within a wide range as required in an actual position control device, a reversible counter means 1 is used.
8a is provided to count the number of times the alternating position signal exceeds one cycle pitch θ. Reversible count pulse generation circuit 18b
The function of is that the content of the temporary holding means 15a is O (a value close to)
to n (a value close to), and from n (a value close to) to 0 (
Each time there is a sudden jump to a value close to , an up-count pulse and a down-count pulse are generated, respectively.
The data is sent to the reversible counter means 18a to count up and count down. Therefore, the reversible counter means indicates the upper bits of the position information, and the temporary holding means indicates the lower bits. The contents of the reversible counter means 18a and the contents of the temporary holding means 15b are combined and stored in the position register 19 as an upper bit part and a lower bit part, respectively.

第2図[有])は前述の第2図(a)と同じく、本発明
の第1図のディジタル位置信号生成手段5bの一実施例
のブロック図であり、第2図(a)と似た構成をもった
ものである。異っている点は17のディジタル・サンプ
ルホールダ手段の構成であり、これについてのみ説明す
る。なお第2図(a)と同等もしくは等価な機能を持つ
ブロックは同一名称、同一番号を付けている。第2図(
ロ)の実施例のディジタル・サンプルホールダ手段17
もまた、キャリア信号に対する信号p (t、  θ)
の位相差を求める(位相復調する)ためにあり、その目
的は全く同一である。具体的にはサンプルホールドパル
ス形成手段13cはキャリア信号16aからサンプルホ
ールドパルスUを形成する点がまず異なる。これに伴っ
て、ディジタルカウンタ手段15aによって作られるデ
ィジタル的な調波は、信号P(t、θ)に基づいて、リ
セットパルス形成手段13dから作られるリセットパル
スrによって周期的にリセットされるように構成されて
いる点も異なる0以上の構成によって信号P(t、  
θ)に基づいてディジタル的な調波を作っておき、キャ
リア波によってこれをサンプルホールドすることで両者
の位相差を一時保持手段15bにホールドする。この方
法は第2図(a)の実施例とちょうど正反対である。
2(a) is a block diagram of an embodiment of the digital position signal generating means 5b of FIG. 1 of the present invention, similar to FIG. 2(a). It has a similar structure. The difference lies in the configuration of the 17 digital sample holder means, which will only be described. Note that blocks having the same or equivalent functions as those in FIG. 2(a) are given the same names and numbers. Figure 2 (
Digital sample holder means 17 of the embodiment of (b)
is also the signal p (t, θ) for the carrier signal
It is used to find the phase difference (phase demodulation), and its purpose is exactly the same. Specifically, the first difference is that the sample-and-hold pulse forming means 13c forms the sample-and-hold pulse U from the carrier signal 16a. Accordingly, the digital harmonics generated by the digital counter means 15a are periodically reset by the reset pulse r generated from the reset pulse forming means 13d based on the signal P(t, θ). The signal P(t,
A digital harmonic wave is created based on θ) and is sampled and held using a carrier wave, thereby holding the phase difference between the two in the temporary holding means 15b. This method is exactly the opposite of the embodiment of FIG. 2(a).

第2図(a)の実施例では、等価的ではあるがキャリア
波に基づいてディジタル的な調波を作っておき、信号P
(t、  θ)によってこれをサンプルホールドすると
いう構成になっている。第2回[有])の実施例は(a
)より少し複雑だが、はぼ同等の機能を実現する。
In the embodiment shown in FIG. 2(a), equivalent digital harmonics are created based on the carrier wave, and the signal P
The configuration is such that this is sampled and held based on (t, θ). The example of the 2nd [Yes]) is (a
) is a little more complex, but achieves roughly the same functionality.

第3図は第1図のディジタル演算手段6の具体的な一実
施例を示す構成図である。本実施例では、ディジタル演
算手段6の比較手段7、電気角度演算手段8、関数発生
手段9は、A/D変換器21と演算器22と記憶手段で
あるメモリ23とD/A変換器24a、24bを含んで
構成される。A/D変換器21は、外部からの位置入力
端子7aに加えられた位置入力信号aをディジタル信号
に変換する。演算器22は、演算を実行する演算処理ユ
ニット手段と処理手続きを管理するシーケンサ手段を含
めて構成され、記憶手段であるメモリ23のROM 6
X域(リードオンリメモリ領域)に格納されている後述
の所定の内蔵プログラムに従って動作し、まずA/D変
換器21の出力と、さらにはディジタル位置信号生成手
段5bの出力する回転子2の位置信号すを取り込み、記
憶手段であるメモリ23のレジスタやRA M ?ii
域(ランダムアクセスメモリ領域)に格納し、次に加減
算処理を含む所定のディジタル演算を施した後に合成し
て、電気角度量eを演算する。さらに演算器22はこの
電気角度量eに応じてメモリ23のROM t+i域に
格納されている正弦波および余弦波の関数テーブルを参
照することにより2相信号sc、ssを求め、それぞれ
をD/A変換器24a、24bに出力する。D/A変換
器24a、24bは2相信号sc、ssをそれぞれディ
ジタル−アナログ変換して2相のアナログ信号sc、s
sを出力する。
FIG. 3 is a block diagram showing a specific embodiment of the digital calculation means 6 of FIG. 1. In this embodiment, the comparison means 7, the electrical angle calculation means 8, and the function generation means 9 of the digital calculation means 6 are comprised of an A/D converter 21, a calculation unit 22, a memory 23 serving as a storage means, and a D/A converter 24a. , 24b. The A/D converter 21 converts a position input signal a applied from the outside to the position input terminal 7a into a digital signal. The arithmetic unit 22 includes an arithmetic processing unit means for performing calculations and a sequencer means for managing processing procedures, and a ROM 6 of a memory 23 serving as a storage means.
It operates according to a predetermined built-in program, which will be described later, stored in the X area (read-only memory area), and first calculates the output of the A/D converter 21 and then the position of the rotor 2 output from the digital position signal generating means 5b. The signals are captured and stored in the memory 23's registers and RAM? ii
(random access memory area), then performs predetermined digital operations including addition and subtraction processing, and then synthesizes to calculate the electrical angle amount e. Furthermore, the computing unit 22 obtains the two-phase signals sc and ss by referring to the sine wave and cosine wave function tables stored in the ROM t+i area of the memory 23 according to this electrical angle quantity e, and converts them into D/ It outputs to A converters 24a and 24b. The D/A converters 24a and 24b perform digital-to-analog conversion on the two-phase signals sc and ss, respectively, to generate two-phase analog signals sc and s.
Outputs s.

なお、外部からの位置入力端子7aに加えられた位置入
力信号aが初めからディジタル信号ならば、A/D変換
器21は省略できる。
Note that if the position input signal a applied to the position input terminal 7a from the outside is a digital signal from the beginning, the A/D converter 21 can be omitted.

次に、記憶手段であるメモリ23のROM領域に格納さ
れている内蔵プログラムについて第4図に基づいて概略
を説明する。
Next, an outline of the built-in program stored in the ROM area of the memory 23, which is a storage means, will be explained based on FIG.

第4図は第3図に示す記憶手段であるメモリ23のRO
M領域に格納されている内蔵プログラムの一実施例の基
本フローチャートである。まず、プログラムは■から始
まるとする。ここで最初の処理31では、タイマーから
の割り込みを待つ。
FIG. 4 shows the RO of the memory 23 which is the storage means shown in FIG.
2 is a basic flowchart of an embodiment of a built-in program stored in an M area. First, assume that the program starts with ■. In the first process 31, an interrupt from the timer is waited for.

タイマーは、所定の時間τ毎に割り込み信号を発生し、
割り込みが入ると■に移行する。即ちサンプリング時間
τ毎で以下の処理を行う。処理32は情報取り込みで、
位置信号すを取り込み、所定のレジスタまたはRAN領
域Qbに格納する。処理33は制御演算で、回転子2の
回転位置を位置入力信号の示す目標位置に位置決めする
ために、位置入力信号aと位置信号すとの偏差信号Cに
基づいて所定の制御演算処理を行い、電気角度信号gを
生成する。処理34は電気角度信号gの制限であり、こ
の大きさを所定の範囲内に制限して電気角度信号りを出
力する。処理35は以上の演算結果に補正演算を加えた
結果の出力で、回転子2の位置信号すと処理34で得ら
れた電気角度信号りなどに応じてメモリ23のROM 
wi域に格納されている正弦波および余弦波の関数テー
ブルを参照し、2相信号sc、ssを求め(それぞれを
D/A変換器24a、24bに)出力する0本処理のあ
とは、■に移行する。
The timer generates an interrupt signal every predetermined time τ,
When an interrupt occurs, the process shifts to ■. That is, the following processing is performed every sampling time τ. Process 32 is information capture,
The position signal is taken in and stored in a predetermined register or RAN area Qb. Processing 33 is a control calculation, in which predetermined control calculation processing is performed based on the deviation signal C between the position input signal a and the position signal S in order to position the rotational position of the rotor 2 at the target position indicated by the position input signal. , generate an electrical angle signal g. Processing 34 is a restriction of the electrical angle signal g, which limits the magnitude within a predetermined range and outputs the electrical angle signal g. Processing 35 is the output of the result of adding correction calculations to the above calculation results, and is stored in the ROM of memory 23 according to the position signal of rotor 2 and the electrical angle signal obtained in processing 34.
After the 0 line processing, which refers to the sine wave and cosine wave function tables stored in the wi area, calculates the two-phase signals sc and ss and outputs them (to the D/A converters 24a and 24b, respectively), to move to.

次に、まずこの第4図の処理32〜35について、第5
図(a)、第5図(b)、第5図(C)、第5図(ロ)
を用いてさらに詳しく説明する。
Next, first, regarding processes 32 to 35 in FIG.
Figure (a), Figure 5 (b), Figure 5 (C), Figure 5 (B)
This will be explained in more detail using .

第5図(a)は第4図に示す処理32の具体例のフロー
チャートである。まず、処理36.37では、位置入力
信号aと回転子2の位置信号すをそれぞれ所定のレジス
タまたはRA M 6M域Q8.Qbに格納する。処理
38では、前回のサンプリング時の値を保持する所定の
レジスタまたはRA M fil域Qnの内容を別なQ
n−1に格納する。但しQnは位置入力信号aと位置信
号すの偏差信号Cに対応するディジタル信号を格納する
レジスタまたはRA M jI域である0次に処理39
では、位置入力信号aと位置信号すの偏差信号Cに対応
するディジタル信号を新たに演算(c=a−b)すなわ
ち、(Qn)= (Qa)−(Qb)の演算を)して、
これをQnに格納する。すなわち、この時点では、今現
在の回転子2の回転位置と位置入力信号との偏差信号は
Qnに格納され、1サンプリング前の偏差信号はQn−
1に格納されたことになる。ここまでの処理が比較手段
7の処理に当たる、なお以降、(Qn)はQnの内容を
表すものとする。
FIG. 5(a) is a flowchart of a specific example of the process 32 shown in FIG. First, in processes 36 and 37, the position input signal a and the position signal of the rotor 2 are input to respective predetermined registers or RAM 6M area Q8. Store in Qb. In process 38, the contents of a predetermined register or RAM file area Qn that holds the value at the time of the previous sampling are transferred to another Q.
Store in n-1. However, Qn is a register or RAM jI area that stores the digital signal corresponding to the deviation signal C between the position input signal a and the position signal S.
Now, the digital signal corresponding to the deviation signal C between the position input signal a and the position signal S is newly calculated (c=a-b), that is, the calculation of (Qn)=(Qa)-(Qb)),
This is stored in Qn. That is, at this point, the deviation signal between the current rotational position of the rotor 2 and the position input signal is stored in Qn, and the deviation signal from one sampling ago is stored in Qn-.
This means that it is stored in 1. The processing up to this point corresponds to the processing of the comparing means 7. Hereinafter, (Qn) represents the content of Qn.

第5図俣)は第4図に示す処理33の具体例のフローチ
ャートである。まず、処理41では、位置入力信号aと
位置信号すの今現在の偏差信号c(−、a−b)に対応
する値を保持するQnの内容をに1倍し、結果を所定の
レジスタまたはRA M 8i域Pに格納する。Pの内
容はQnの内容に比例する要素になる。処理42では、
今現在の偏差信号Cに対応する値を保持するQnから1
サンプリング前の偏差信号Cに対応する値を保持するQ
n−1の内容を引算し、その結果を所定のレジスタまた
はRA M 8N域ΔQに格納する。処理43では、Q
nの内容にサンプリング周期τを掛けた値(Qn)  
・τを演算し、その結果に1サンプリング前の所定のレ
ジスタまたはRA M 領域5n−1の内容を加算して
これを別なSnに格納する。すなわち、下記の式(4)
の演算を行い、演算結果を変数Snに格納する。
5) is a flowchart of a specific example of the process 33 shown in FIG. First, in process 41, the contents of Qn, which holds the value corresponding to the current deviation signal c (-, a-b) between the position input signal a and the position signal S, are multiplied by 1, and the result is stored in a predetermined register or Store in RAM 8i area P. The content of P becomes an element proportional to the content of Qn. In process 42,
1 from Qn that holds the value corresponding to the current deviation signal C
Q that holds the value corresponding to the deviation signal C before sampling
The contents of n-1 are subtracted and the result is stored in a predetermined register or RAM 8N area ΔQ. In process 43, Q
Value obtained by multiplying the content of n by the sampling period τ (Qn)
- Calculate τ, add the contents of a predetermined register or RAM area 5n-1 one sampling before to the result, and store this in another Sn. That is, the following formula (4)
The calculation result is stored in variable Sn.

(S n)−(S n −1) +(Qn) ・r  
・・・・・(4)式(4)においてQn内容は位置入力
信号aと位置信号すの偏差信号Cを表すものであり、位
置入力信号aと位置信号すに定常的な偏差が存在すると
、毎回のサンプリング毎に、項(Qn)  ・τが(S
n−1)に加算される。この結果、Snの内容は時間と
共に大きくなるから、これに基づいて閉ループサーボ系
を組めばaとbの定常的な偏差をなくすことができる。
(S n) - (S n -1) + (Qn) ・r
...(4) In equation (4), the Qn content represents the deviation signal C between the position input signal a and the position signal S, and if there is a steady deviation between the position input signal a and the position signal S, then , for each sampling, the term (Qn) ・τ becomes (S
n-1). As a result, the content of Sn increases with time, so if a closed loop servo system is constructed based on this, the steady deviation between a and b can be eliminated.

サンプリング周期τが十分小であるとすれば、式(4)
で表されるSnの内容は偏差信号Cを時間積分した結果
を示すことになる。すなわち、処理43は偏差量を時間
的に累積した積分要素を求めるものである0次に、処理
44では、(Sn)をに2倍し、結果を所定のレジスタ
またはRA M 61域Iに格納する。■の内容は積分
信号となる。次に、処理45では、ΔQの内容をサンプ
リング周期τで除した値(ΔQ)/τをに3倍し、結果
を所定のレジスタまたはRAM領域りに格納する。すな
わち、処理42.45は偏差量を時間的に微分した変分
要素を求めるものである。Dの内容は微分信号となる。
If the sampling period τ is sufficiently small, Equation (4)
The content of Sn expressed by is the result of time integration of the deviation signal C. That is, the process 43 calculates the integral element obtained by accumulating the amount of deviation over time. Next, in the process 44, (Sn) is doubled and the result is stored in a predetermined register or RAM 61 area I. do. The content of ■ becomes an integral signal. Next, in process 45, the value (ΔQ)/τ obtained by dividing the contents of ΔQ by the sampling period τ is multiplied by 3, and the result is stored in a predetermined register or RAM area. That is, processes 42 and 45 are for finding a variational element by temporally differentiating the amount of deviation. The content of D becomes a differential signal.

処理46では、処理41,44.45で得られた演算結
果のP、I、Dのすべての内容を加算し電気角度信号g
を生成し、その結果を所定のレジスタまたはRA M 
6N域Gに格納する。そして■に移行する。
In process 46, all the contents of P, I, and D of the calculation results obtained in processes 41, 44, and 45 are added to obtain an electrical angle signal g.
and store the result in a predetermined register or RAM
Store in 6N area G. Then move on to ■.

以上の処理は制御系の立場からはいわゆるPID補償と
呼ぶものであり、システムに安定性を与え、またスチフ
ネス(外乱振動が加わったときの位置保持力)と位置入
力信号aに対する位置追従性を高めることを可能にする
ものである。
The above processing is what is called PID compensation from the perspective of a control system, and it gives stability to the system and also improves stiffness (position holding force when external vibration is applied) and position followability for position input signal a. It is something that makes it possible to improve.

第5図(C)は第4図に示す処理34の具体例のフロー
チャートである。処理48では、処理33で得られた電
気角度信号gの絶対値と、予め設定された定数g WA
Xとを比較する。g>gMAxの時は処理49に移行す
る。そうでないときは処理50でgを所定のレジスタま
たはRAM領域Hに格納して直接■に移行する。処理4
9では、符号を保持してその大きさをg WAXとして
、これをやはりHに格納して■に移行する。このHの信
号を電気角度信号りと呼ぶ、この処理34は電気角度量
を所定の範囲に制限するものであり、この処理を電気角
度の制限という。この詳細な機能、原理は後述する。
FIG. 5(C) is a flowchart of a specific example of the process 34 shown in FIG. In process 48, the absolute value of the electrical angle signal g obtained in process 33 and a preset constant g WA
Compare with X. When g>gMAX, the process moves to process 49. If not, in step 50, g is stored in a predetermined register or RAM area H, and the process directly proceeds to (2). Processing 4
In step 9, the code is retained and its size is set to g WAX, which is also stored in H and the process moves to ■. This H signal is called an electrical angle signal. This processing 34 limits the electrical angle amount to a predetermined range, and this processing is called electrical angle limitation. The detailed function and principle will be described later.

第5図(ロ)は第4図の処理35の具体例のフローチャ
ートである。処理56では、処理34で得られた電気角
度信号りと位置信号すを加算し、電気角度量eを求めこ
れを所定のレジスタまたはRAM領域Eに格納する1以
上電気角度量eを求めるまでが電気角度演算手段8の主
要な処理である。処理57では、処理56で得られた電
気角度量eに応じて(通常ここでeの上位ビットは切捨
て、下位ビットに応じて)メモリ23のROM領域に格
納されている余弦波の関数テーブルを参照することによ
り余弦波信号5C=fc(e)を求める。同様に処理5
8では、電気角度量eに応じてメモリ23のROMjI
域に格納されている正弦波の関数テーブルを参照するこ
とにより正弦波信号5S=fs(e)を求める。最後に
2相体号sc、ssはそれぞれD/A変換器24a、2
4bに出力される。以上が関数発生手段9の主要な処理
である。(その後の動作を付は加えて、第1図及び第3
図で説明すると、D/A変換器24a、24bはディジ
タル信号sc、ssをそれぞれアナログ信号sc。
FIG. 5(b) is a flowchart of a specific example of process 35 in FIG. In process 56, the electrical angle signal RI obtained in process 34 and the position signal S are added to obtain an electrical angle quantity e, which is stored in a predetermined register or RAM area E. This is the main processing of the electrical angle calculation means 8. In process 57, the function table of the cosine wave stored in the ROM area of the memory 23 is calculated according to the electrical angle amount e obtained in process 56 (usually, the upper bits of e are rounded down and the lower bits are truncated). By referring to it, the cosine wave signal 5C=fc(e) is obtained. Similarly process 5
8, ROMjI of the memory 23 is set according to the electrical angle amount e.
The sine wave signal 5S=fs(e) is obtained by referring to the sine wave function table stored in the area. Finally, the two-phase body numbers sc and ss are D/A converters 24a and 2, respectively.
4b. The above is the main processing of the function generating means 9. (In addition to the subsequent operations, see Figures 1 and 3.
To explain with a diagram, the D/A converters 24a and 24b convert digital signals sc and ss into analog signals sc, respectively.

ssに変換し、それぞれ付勢手段9に印加する。ss and applied to the biasing means 9, respectively.

2相体号sc、ssは付勢手段9により増幅されてsc
、ssに比例した2相の電流信号(もしくは電圧信号)
に変換され固定子3の磁性体コアに巻かれた2相のコイ
ル3a、3bに供給される。)さてプログラムのフロー
は、その後、第4図の先頭の■に移行し次のタイマ割り
込みを待つ。
The two-phase body numbers sc and ss are amplified by the biasing means 9 and become sc
, two-phase current signal (or voltage signal) proportional to ss
and is supplied to two-phase coils 3a and 3b wound around the magnetic core of the stator 3. )The program flow then shifts to step 2 at the beginning of FIG. 4 and waits for the next timer interrupt.

以下、第1図に示した本発明の一実施例における位置制
御装置の機能、動作について、さらに補足的に図面をも
って説明を加える。まずはじめに、トルク発生と位置制
御の原理を第6図に基づいて行う。
Hereinafter, the functions and operations of the position control device in one embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be further explained with reference to the accompanying drawings. First, the principles of torque generation and position control will be explained based on FIG.

第6図は第1図に示す駆動手段のトルク発生機構を示す
ための概念図である。第6図において3a、3bは2相
のコイルである。Φ。は回転子2の磁極ベクトルを示す
(但し、回転子は簡単のために一対の磁極を持った磁石
を含んだものとするが、実用的には多極対の磁石、ある
いは多極の磁極歯を用いるのが普通である)0位置検出
手段5aはコイル3a、3bに対する、磁極ベクトルΦ
。の相対的な回転位置を検出する働きも持つ。
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the torque generating mechanism of the drive means shown in FIG. 1. In FIG. 6, 3a and 3b are two-phase coils. Φ. indicates the magnetic pole vector of rotor 2 (for simplicity, the rotor is assumed to include a magnet with a pair of magnetic poles, but in practical terms, it is assumed that the rotor includes a magnet with a multipolar pair or a multipolar magnetic pole tooth). The zero position detection means 5a detects the magnetic pole vector Φ with respect to the coils 3a and 3b.
. It also has the function of detecting the relative rotational position of the

この相対的な回転位置はbで表されるが、bは任意の相
対基準位置を原点とするものであって、その範囲は2π
(=360度)を超えるものであっても何等差し支えな
い、ここで各相に流す電流をそれぞれIa、Lとすれば
、それぞれの相で発生するトルクは以下の式で表される
This relative rotational position is expressed as b, which has an arbitrary relative reference position as its origin, and its range is 2π
(=360 degrees). If the currents flowing through each phase are Ia and L, respectively, the torque generated in each phase is expressed by the following equation.

A相 −K t−1a ・SIN (b)    −−
(5a)B相  Kt・■1・SIN  (π/2−b
)=Kt −Is  ・CO5(b)    ・・・・
・・(5b)(ただし、Kt+)ルク係数、b:回転子
の位置信号) 固定子の2相のコイル3a、3bに供給される電流は関
数発生手段9の出力する2相体号sc。
A phase -K t-1a ・SIN (b) --
(5a) B phase Kt・■1・SIN (π/2−b
)=Kt −Is ・CO5(b) ・・・・
(5b) (Kt+) torque coefficient, b: rotor position signal) The current supplied to the two-phase coils 3a and 3b of the stator is the two-phase body code sc output by the function generating means 9.

ssに従って正弦波状に変化する。関数発生手段9には
、電気角度演算手段8で得られた電気角度信号りと、回
転子2の位置信号すとから得られた電気角度量e (=
b+h)が入力され、eに応じた2相正弦波状信号sc
、ssが出力される。したがってコイル3a、3bの各
相に供給される電流は関数発生手段9の出力する2相体
号sc。
It changes sinusoidally according to ss. The function generating means 9 has an electric angle amount e (=
b+h) is input, and a two-phase sinusoidal signal sc corresponding to e is input.
, ss are output. Therefore, the current supplied to each phase of the coils 3a and 3b is the two-phase body number sc output by the function generating means 9.

ssに比例するので以下のように表される。Since it is proportional to ss, it is expressed as follows.

IA=Io −CO5(b+h)     ・−(6a
)Ia−1o −5IN  (b + h)     
=・=・(6a)(ただし、■o:電流波高値) このことはコイル3a、3bの合成した電流起磁力Φi
が、第6図の61に示すようにb+hの位置に形成され
ることを意味する。ところでこの時、全体の発生トルク
は式(5a)、(5b)と式(6a)、(6b)とから
、以下のようになる。
IA=Io -CO5(b+h) ・-(6a
) Ia-1o -5IN (b + h)
=・=・(6a) (where ■o: current peak value) This means that the combined current magnetomotive force Φi of coils 3a and 3b
This means that it is formed at position b+h as shown at 61 in FIG. By the way, at this time, the overall generated torque is as follows from equations (5a) and (5b) and equations (6a) and (6b).

T=Kt−1o  (−5IN (b)・CO5(b+
h)+ COS[有])・SIN  (b+h))= 
K t ・I o −5IN (h)       −
−(7)この式(7)は、本位置制御装置において、位
置信号すと、このbと位置入力信号aの偏差信号Cとを
基本として複数個のコイルの合成電流起磁力Φiの位相
を自由に調整することにより、回転子の位置制御を可能
にすることを意味する。すなわち、式(7)より変数り
を制御することにより発生トルクTを変化させて任意の
位置決め特性を持たせることができる。いま、回転子2
の位置の値がb−Δbであって、位置入力信号aの値が
bであったなら、偏差信号CはΔbとなり、hはこれに
基づいて演算され、式(7)に従ってトルクが生成され
るから、回転子2はΔbを零にするまで回転移動させら
れる。最後に回転子2の位置はbになり、Δbも、hも
、トルクも零になる。また電気角度演算手段8では比較
手段7の出力する偏差信号Cの比例要素、変分要素、お
よび積分要素を合成することによって電気角度信号gを
得ている。電気角度量eはgに基づくから、この中の時
間微分信号である変分要素の作用によって、制御系に電
気的にダンピングを付与することができる。このために
位置決め時に発生する回転子2の振動をなく−し、整定
時間を短縮することができる。さらには電気角度量eに
含まれる積分要素の作用によって位置入力信号aと位置
信号すとの間に発生する定常偏差を抑制することができ
る。これは次の理由による。すなわち、摩擦あるいは負
荷によって位置入力信号aと位置信号すに偏差量が発生
したときは、偏差信号c (=a−b)が零にならない
ため、式(4)により積分要素は時間とともに増大する
T=Kt-1o (-5IN (b)・CO5(b+
h) + COS[with])・SIN (b+h))=
K t ・I o −5IN (h) −
-(7) In this position control device, when a position signal is input, the phase of the composite current magnetomotive force Φi of multiple coils is calculated based on this b and the deviation signal C of the position input signal a. This means that the position of the rotor can be controlled by freely adjusting it. That is, by controlling the variables according to equation (7), the generated torque T can be changed to provide an arbitrary positioning characteristic. Now rotor 2
If the value of the position of is b - Δb and the value of the position input signal a is b, the deviation signal C becomes Δb, h is calculated based on this, and torque is generated according to equation (7). Therefore, the rotor 2 is rotated until Δb becomes zero. Finally, the position of the rotor 2 becomes b, and Δb, h, and torque become zero. Further, the electrical angle calculation means 8 obtains the electrical angle signal g by combining the proportional element, variational element, and integral element of the deviation signal C output from the comparison means 7. Since the electrical angle amount e is based on g, damping can be electrically applied to the control system by the action of the variational element, which is a time differential signal. Therefore, the vibration of the rotor 2 that occurs during positioning can be eliminated and the settling time can be shortened. Furthermore, the steady-state deviation that occurs between the position input signal a and the position signal S can be suppressed by the action of the integral element included in the electrical angle quantity e. This is due to the following reason. In other words, when a deviation occurs between the position input signal a and the position signal due to friction or load, the deviation signal c (=a-b) does not become zero, so the integral element increases with time according to equation (4). .

これは位置信号すを位置入力信号aに徐々に近づけるよ
うに作用するので定常偏差を抑制する。
This acts to gradually bring the position signal (a) closer to the position input signal (a), thereby suppressing steady-state deviation.

次に、第4図、または第5図(C)に示す処理34の電
気角度制限手段の機能、原理の説明を第7図と第8図に
基づいて行う。
Next, the function and principle of the electrical angle limiting means in the process 34 shown in FIG. 4 or FIG. 5(C) will be explained based on FIGS. 7 and 8.

第7図は第1図に示す本発明の位置制御装置の駆動手段
一実施例における静トルク特性図である。
FIG. 7 is a static torque characteristic diagram of one embodiment of the driving means of the position control device of the present invention shown in FIG.

縦軸は発生トルクT、横軸は電気角度量eとしたもので
ある0式(7)に示されるように発生トルクTは電気角
度信号りの正弦波関数となるので、hが0からしだいに
大きくなるに従って発生トルクTは増加して、第7図中
のe=e 1の点、すなわちh=π/2[rad]で最
大トルクT1となり、h=π/2[rad]を超えると
減少する。また、hがπ[rad]を超えて第7図中の
e=e 2の点になると、発生トルクの符号が反転して
指令とは逆向きのトルクT2を発生し制御系が不安定と
なり最悪の場合は脱調する。従って電気角度信号りの絶
対値がπ/2[rad]を超えないように制限する必要
がある。
The vertical axis is the generated torque T, and the horizontal axis is the electrical angle amount e.As shown in equation (7), the generated torque T is a sine wave function of the electrical angle signal, so as h increases from 0. The generated torque T increases as Decrease. Furthermore, when h exceeds π [rad] and reaches the point e=e2 in Figure 7, the sign of the generated torque is reversed and a torque T2 is generated in the opposite direction to the command, making the control system unstable. In the worst case scenario, you will lose control. Therefore, it is necessary to limit the absolute value of the electrical angle signal so that it does not exceed π/2 [rad].

第8図は第4図、または第5図(C)に示す処理34の
電気角度制限手段の制限特性の一例を示す特性図である
。ここでは電気角度信号gの絶対値を予め決められた定
数gNam(=g/2 [r a d ] )と比較し
、この範囲に制限し、その結果を電気角度信号りとする
。これによって操作電気角度量eをある範囲に制限する
ことができる。このように構成することによって電気角
度演算手段で演算した電気角度信号の絶対値がπ/2[
rad]を超えた場合でも、発生トルクが最大トルクに
なるように操作量(電気角度量e)を設定して、効率の
よい加減速を行なわせることができる。こうして回転子
2は位置入力信号で目標となる位置aが与えられると、
その位置まで脱調する事なく滑らかに移動回転される。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of the limiting characteristics of the electrical angle limiting means of the process 34 shown in FIG. 4 or FIG. 5(C). Here, the absolute value of the electrical angle signal g is compared with a predetermined constant gNam (=g/2 [rad]), limited to this range, and the result is used as the electrical angle signal. This makes it possible to limit the manipulated electrical angle amount e to a certain range. With this configuration, the absolute value of the electrical angle signal calculated by the electrical angle calculation means is π/2[
rad], the operation amount (electrical angle amount e) can be set so that the generated torque becomes the maximum torque, and efficient acceleration/deceleration can be performed. In this way, when the rotor 2 is given the target position a by the position input signal,
It moves and rotates smoothly to that position without losing synchronization.

なお、本実施例では制限値としてgI4AX=π/2と
したが、制限値はπ以下であれば安定な加減速を行える
ことはいうまでもない。
In this embodiment, the limit value is gI4AX=π/2, but it goes without saying that stable acceleration/deceleration can be performed as long as the limit value is less than or equal to π.

なお、上述の実施例において、駆動手段の機構部分には
いわゆるステッピングモータのような磁極歯を持ったモ
ータを適用することができる。
In the above-described embodiment, a motor having magnetic pole teeth, such as a so-called stepping motor, can be applied to the mechanical part of the driving means.

例えば、第9図(a) 、 (b)の構造図に示すよう
に回転子、固定子のいずれか一方に、一定のピッチで刻
まれた磁極歯71を有する磁性体72を備え、いずれか
一方には、複数の磁極歯群73を有する磁性体コア74
とこの磁性体コアに巻かれた複数個のコイル75とを備
えたVR形(VariableReluctance 
 Type)のステッピングモータが適用できる。
For example, as shown in the structural diagrams of FIGS. 9(a) and 9(b), either the rotor or the stator is equipped with a magnetic body 72 having magnetic pole teeth 71 carved at a constant pitch, and either On one side, a magnetic core 74 having a plurality of magnetic pole tooth groups 73 is provided.
and a plurality of coils 75 wound around this magnetic core.
(Type) stepping motor can be applied.

またそのほか、第10図(a)、 (b)の構造図に示
すように回転子、固定子のいずれか一方に、多極着磁さ
れた永久磁石81を備え、いずれか一方に、この永久磁
石に対向する複数の磁極歯群82を有する磁性体コア8
3と、この磁性体コアに巻かれた複数個のコイル85と
を備えたPM形(Permanent  Magnet
  Type)のステッピングモータを適用することが
できる。
In addition, as shown in the structural diagrams of FIGS. 10(a) and 10(b), either the rotor or the stator is equipped with a multi-pole magnetized permanent magnet 81. Magnetic core 8 having a plurality of magnetic pole tooth groups 82 facing the magnet
3 and a plurality of coils 85 wound around this magnetic core.
A stepping motor of the following type can be applied.

またさらに、第11図(a)、Φ)の構造図に示すよう
に回転子、固定子のいずれか一方に、一定のピッチで刻
まれた磁極歯91を有する磁性体92を備え、いずれか
一方に、複数の磁極歯群93を有する磁性体コア94と
、この磁性体コアに巻かれた複数個のコイル95と、バ
イアを磁界を発生する永久磁石96を備えた形式のハイ
ブリッドPM形ステッピングモータも適用できる。
Furthermore, as shown in the structural diagram of FIG. 11(a), Φ), either the rotor or the stator is provided with a magnetic body 92 having magnetic pole teeth 91 carved at a constant pitch. On one side, a hybrid PM type stepping system is equipped with a magnetic core 94 having a plurality of magnetic pole tooth groups 93, a plurality of coils 95 wound around the magnetic core, and a permanent magnet 96 that generates a magnetic field through a via. Motors can also be applied.

そのほか、従来例であげた第13図の(a)、 (b)
に示すように、回転子、固定子のいずれか一方に、一定
のピッチで刻まれた磁極歯を有する磁性体とバイアス磁
界を発生する永久磁石を備え、いずれか一方に、複数の
磁極歯群を有する磁性体コアと、この磁性体コアに巻か
れた複数個のコイルとを備えたハイブリッドPM形ステ
ッピングモータも適用できる。
In addition, (a) and (b) in Fig. 13 shown in the conventional example
As shown in the figure, one of the rotor and stator is equipped with a magnetic material having magnetic pole teeth carved at a constant pitch and a permanent magnet that generates a bias magnetic field, and one of the rotor and stator is equipped with a plurality of groups of magnetic pole teeth. A hybrid PM type stepping motor including a magnetic core having a magnetic core and a plurality of coils wound around the magnetic core can also be applied.

これらのような磁極歯を備えたモータは少ない電流で大
きなトルクを得ることができるので、これを適用するこ
とによって省電力化、小型コンパクト化を実現できる。
Motors equipped with magnetic pole teeth like these can obtain large torque with a small amount of current, so by applying them, it is possible to save power and make the device smaller and more compact.

第12図(a)、 (b)、 (c)はそれぞれ第1図
に示す本発明、の位置検出手段5aの具体的な実施例で
ある。
FIGS. 12(a), 12(b), and 12(c) show specific embodiments of the position detecting means 5a of the present invention shown in FIG. 1, respectively.

第12図(a)は一定のピッチで刻まれた磁極歯を磁気
的に検出する複数の磁気感応素子による位置検出手段の
実施例である0図中、1(16)は磁気抵抗素子(MR
素子)、102は検出用バイアス磁石である。磁気抵抗
素子には、その背後に配置された検出用バイアス磁石1
02による磁界が加えられている。一定のピッチで刻ま
れた磁極歯101が、その前面を移動するにつれて、こ
の磁界が変調されて複数相の正弦波状の交番位置信号を
出力する。
FIG. 12(a) is an embodiment of a position detection means using a plurality of magnetically sensitive elements that magnetically detect magnetic pole teeth carved at a constant pitch. In FIG.
102 is a detection bias magnet. The magnetoresistive element has a detection bias magnet 1 placed behind it.
02 is applied. As the magnetic pole teeth 101 carved at a constant pitch move on the front surface, this magnetic field is modulated and outputs a multi-phase sinusoidal alternating position signal.

第12図(b)は多極着磁された永久磁石を磁気的に検
出する複数の磁気感応素子による位置検出手段の実施例
である。図中、104はホール効果素子であり、多極着
磁された永久磁石105の移動にともなって複数相の正
弦波状の交番位置信号を出力する。
FIG. 12(b) shows an embodiment of a position detecting means using a plurality of magnetic sensing elements for magnetically detecting a multipolar magnetized permanent magnet. In the figure, reference numeral 104 denotes a Hall effect element, which outputs a multi-phase sinusoidal alternating position signal as the multipolar magnetized permanent magnet 105 moves.

第12図(C)は回転子と固定子の相対的な移動を光学
的に検出する光学検出素子による位置検出手段の実施例
である。図中、107はスリット板、108は発光素子
と受光素子を向い合せにした光学検出素子である。スリ
ット板には縞目文様あるいは縞目状孔が設けられており
、スリット板の移動にともなって、複数相の正弦波状の
交番位置信号を出力する。なお第12図(C)において
、スリット板の代わりに一定のピッチで刻まれた磁極歯
109を用いて、これを上述の光学検出素子でピックア
ップすることも可能である。
FIG. 12(C) shows an embodiment of a position detection means using an optical detection element that optically detects the relative movement of the rotor and stator. In the figure, 107 is a slit plate, and 108 is an optical detection element having a light emitting element and a light receiving element facing each other. The slit plate is provided with a striped pattern or striped holes, and as the slit plate moves, it outputs a sinusoidal alternating position signal of multiple phases. In addition, in FIG. 12(C), it is also possible to use magnetic pole teeth 109 carved at a constant pitch instead of the slit plate, and to pick up the magnetic pole teeth 109 with the above-mentioned optical detection element.

なお第1図の実施例での駆動手段は2相2コイルのモー
タを示したが、3相以上でも、3コイル以上でも同様の
効果を得ることができる。それに従って、関数発生手段
9、付勢手段10の相数が変更されるべきである。関数
発生手段9の関数は5INE、C03INEの正弦波状
でなければならないという制約はないが、繰り返し周期
波形でなければならない、駆動手段の発生トルク波形の
歪を補正する波形を生成する関数であることも許される
Although the driving means in the embodiment shown in FIG. 1 is a two-phase, two-coil motor, the same effect can be obtained using three or more phases or three or more coils. Accordingly, the number of phases of the function generating means 9 and the urging means 10 should be changed. There is no restriction that the function of the function generating means 9 must be a sine wave of 5INE or C03INE, but it must be a repeating periodic waveform, and the function must be a function that generates a waveform that corrects the distortion of the torque waveform generated by the driving means. is also allowed.

なおまた以上では、駆動手段として回転型のモータを使
用して本発明の詳細な説明したが、もちろん、リニアモ
ータのような直線運動をする駆動手段が適用できること
は言うまでもない。
Furthermore, although the present invention has been described in detail using a rotary motor as the drive means, it goes without saying that a drive means that performs linear motion such as a linear motor can also be applied.

さらにまた以上では、駆動手段の回転子の位置検出手段
5aはモータの回転軸に直結されるように説明したが、
制御対象など駆動される可動部材に取り付けされること
もできる。そしてその形状はロータリ形である必要はな
くリニア形でもよいことは言うまでもない、また、その
出力は必ずしも2相、また正弦波でなければならないと
いう制約はない、3相以上でも差し支えない。
Furthermore, in the above explanation, the rotor position detection means 5a of the drive means is directly connected to the rotating shaft of the motor.
It can also be attached to a movable member that is driven, such as a controlled object. It goes without saying that its shape does not have to be rotary, but may be linear, and its output does not necessarily have to be two-phase or a sine wave; it can be three or more phases.

さらにまた、第3図、第4図に示す実施例で、各処理を
ソフトウェア的に説明したが、ハードウェア処理でも差
し支えない。
Furthermore, in the embodiments shown in FIGS. 3 and 4, each process has been explained using software, but hardware processing may also be used.

発明の効果 以上に説明したように本発明の位置制御装置は以下のよ
うな効果がある。まず駆動手段の可動子と固定子の相対
的位置を位置検出手段によって検出し、この位置検出手
段から前記可動子、固定子間の相対的な位置情報をディ
ジタル的に高い分解能で生成し、これと外部からの位置
入力信号との偏差を求め、これに基づいてディジタル演
算手段によって前記駆動手段に対する操作量を最適にコ
ントロールすることによって、常に効率よ(駆動手段の
トルクを発生させることができ、脱調を引き起こすこと
なく制御対象を高速に移動させることができる。さらに
同時に目的位置に振動を抑制した状態で、位置制御対象
を素早く整定させることができる。また位置検出手段と
ディジタル位置情報生成手段により高分解能の位置決め
制御ができる。さらにまた、ディジタル演算手段により
、従来よりも高いスチフネスを容易に得ることができる
Effects of the Invention As explained above, the position control device of the present invention has the following effects. First, the relative position of the movable element and the stator of the driving means is detected by the position detection means, and from this position detection means, relative position information between the movable element and the stator is digitally generated with high resolution. By determining the deviation between the position input signal and the position input signal from the outside, and optimally controlling the amount of operation for the drive means using digital calculation means based on this, the torque of the drive means can be generated efficiently at all times. The controlled object can be moved at high speed without causing step-out.Furthermore, the position controlled object can be quickly settled at the target position while vibrations are suppressed.Also, the position detection means and the digital position information generation means This enables high-resolution positioning control.Furthermore, by using digital calculation means, higher stiffness than before can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図から第12図までは本発明に関し、第13図から
第17図までは従来例に関する。 第1図は本発明の一実施例における位置制御装置の構成
図、第2図(a)、 (b)はそれぞれ第1図に示す本
発明のディジタル位置信号生成手段5bの一実施例のブ
ロック図、第3図は第1図に示す本発明のディジタル演
算手段6の具体的な一実施例を示す構成図、第4図は第
3図に示す記憶手段であるメモリのROMI域に格納さ
れている内蔵プログラムの一実施例の基本フローチャー
ト、第5図(a)、第5図(b)、第5図(C)、第5
図(d)ハソレソレ第4図の処理32〜35の具体例の
詳細なフローチャート、第6図は第1図に示す本発明の
駆動手段のトルク発生機構を示すための概念図、第7図
は第1図に示す本発明の位置制御装置の駆動手段一実施
例における静トルク特性図、第8図は第4図、の実施例
の構成図、第12図(a)、 (b)、 (C)はそれ
ぞれ第1図に示す本発明の位置検出手段5aの具体装置
の駆動手段のハイブリッドPM形ステンピングモータの
原理を示す構成図、第14図は第13図に示した従来の
位置制御装置の駆動手段のステッピングモータを駆動す
るための基本駆動回路図、第15図は第13図に示した
従来の位置制御装置の駆動手段のステッピングモータの
回転角−トルク特性を示す図、第16図は駆動手段とし
てステッピングモータを用いた構成した従来の位置制御
装置の原理的構成図、第17図は駆動手段としてステッ
ピングモータを用いた構成した従来の位置制御装置が停
止点を中心に振動的になる現象を示す図である。 1・・・・・・駆動手段、2・・・・・・回転子、2a
・・・・・・永久磁石、2b・・・・・・磁極歯、3・
・・・・・固定子、3a。 3b・・・・・・コイル、4・・・・・・位置制御対象
、5a・・・・・・位置検出手段、5b・・・・・・デ
ィジタル位置信号生成手段、6・・・・・・ディジタル
演算手段、7・・・・・・比較手段、8・・・・・・電
気角度演算手段、9・・・・・・関数発生手段、10・
・・・・・付勢手段、12a、12b・・・・・・変調
手段、13a・・・・・・合成手段、13b・・・・・
・ローパスフィルタ手段、14a・・・・・・キャリア
信号発生手段、14b・・・・・・基準クロック信号発
生手段、15a・・・・・・ディジタルカウンタ手段、
15b・・・・・・一時保持手段、16a、16b・・
・・・・キャリア信号、17・・・・・・ディジタル・
サンプルホールダ手段、18a・・・・・・可逆カウン
タ手段、19・・・・・・位置レジスタ、22・・・・
・・演算器、23・・・・・・記憶手段(メモリ)。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 はか1名第3図 第4図 第5図 (CLン          <b) 第5図 第6図      2−鴎専Zシ 2b−セムIgLt 第7図 第9図 第10図 (OJ) 第11図 第12図 第13図 第14図 第16図 第17図 E8閘も
1 to 12 relate to the present invention, and FIGS. 13 to 17 relate to the conventional example. FIG. 1 is a block diagram of a position control device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and 2(b) are blocks of an embodiment of the digital position signal generating means 5b of the present invention shown in FIG. 3 is a block diagram showing a specific embodiment of the digital calculation means 6 of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. Basic flowcharts of one embodiment of the built-in program, Fig. 5(a), Fig. 5(b), Fig. 5(C), Fig. 5.
Figure (d) is a detailed flowchart of a specific example of processes 32 to 35 in Figure 4, Figure 6 is a conceptual diagram showing the torque generation mechanism of the drive means of the present invention shown in Figure 1, and Figure 7 is Fig. 1 is a static torque characteristic diagram of an embodiment of the driving means of the position control device of the present invention, Fig. 8 is a block diagram of the embodiment of Fig. 4, Fig. 12 (a), (b), ( C) is a block diagram showing the principle of a hybrid PM stamping motor as a drive means of the specific device of the position detection means 5a of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 14 is a diagram showing the conventional position control shown in FIG. 13. 15 is a basic drive circuit diagram for driving the stepping motor of the drive means of the device; FIG. 15 is a diagram showing the rotation angle-torque characteristic of the stepping motor of the drive means of the conventional position control device shown in FIG. 13; and FIG. The figure shows the basic configuration of a conventional position control device that uses a stepping motor as a driving means. Figure 17 shows a conventional position control device that uses a stepping motor as a driving means. FIG. 1... Drive means, 2... Rotor, 2a
...Permanent magnet, 2b...Magnetic pole tooth, 3.
...Stator, 3a. 3b...Coil, 4...Position control object, 5a...Position detection means, 5b...Digital position signal generation means, 6...... -Digital calculation means, 7...Comparison means, 8...Electrical angle calculation means, 9...Function generation means, 10.
...Biasing means, 12a, 12b...Modulation means, 13a...Synthesizing means, 13b...
-Low pass filter means, 14a...Carrier signal generation means, 14b...Reference clock signal generation means, 15a...Digital counter means,
15b...temporary holding means, 16a, 16b...
...Carrier signal, 17...Digital
Sample holder means, 18a... Reversible counter means, 19... Position register, 22...
...Arithmetic unit, 23...Storage means (memory). Name of agent Patent attorney Shigetaka Awano (1 person) Figure 3 Figure 4 Figure 5 (CLn <b) Figure 5 Figure 6 2-Usen Zshi 2b-Sem IgLt Figure 7 Figure 9 Figure 10 (OJ) Figure 11 Figure 12 Figure 13 Figure 14 Figure 16 Figure 17 E8 lock also

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)可動子とこの可動子に相対的な運動力を与えて移
動させることのできる固定子とを含んだ駆動手段を備え
、これら可動子と固定子の相対的な移動に応じて互いに
位相の異なる複数相の交番信号を出力する位置検出手段
を備え、この位置検出手段から前記可動子、固定子間の
相対的な位置情報をディジタル的に生成するために、前
記位相の異なる複数相の交番信号によって変調されるキ
ャリア信号を発生するキャリア信号発生手段と、前記変
調されたキャリア信号の位相情報を復調するためのディ
ジタル・サンプルホールダ手段とを含んだディジタル位
置情報生成手段を備え、前記可動子、固定子間の相対的
な位置情報と外部からの位置入力信号との偏差に基づい
て前記駆動手段に対する操作量を演算するディジタル演
算手段を備え、さらに、この操作量に基づいて前記駆動
手段を付勢する付勢手段を備えたことを特徴とする位置
制御装置。
(1) A driving means including a movable element and a stator capable of moving the movable element by applying a relative motion force to the movable element; In order to digitally generate relative position information between the movable element and the stator from the position detection means, the position detection means outputs alternating signals of a plurality of phases with different phases. digital position information generating means including carrier signal generating means for generating a carrier signal modulated by an alternating signal and digital sample holder means for demodulating phase information of the modulated carrier signal; digital calculation means for calculating the amount of operation for the drive means based on the deviation between the relative position information between the child and the stator and the position input signal from the outside; A position control device comprising a biasing means for biasing.
(2)可動子、固定子のいずれかは、一定のピッチで刻
まれた磁極歯を有する磁性体を備え、いずれかは、前記
磁極歯に対向する複数の磁極歯群を有する磁性体コアと
、前記磁性体コアに巻かれた複数個のコイルとを備えた
ことを特徴とする請求項(1)記載の位置制御装置。
(2) Either the mover or the stator is equipped with a magnetic body having magnetic pole teeth carved at a constant pitch, and either of the mover and the stator is equipped with a magnetic core having a plurality of magnetic pole tooth groups facing the magnetic pole teeth. The position control device according to claim 1, further comprising: a plurality of coils wound around the magnetic core.
(3)可動子、固定子のいずれかは、一定のピッチで刻
まれた磁極歯を有する磁性体とバイアス磁界を発生する
永久磁石を備え、いずれかは、前記磁極歯に対向する複
数の磁極歯群を有する磁性体コアと、前記磁性体コアに
巻かれた複数個のコイルとを備えたことを特徴とする請
求項(1)記載の位置制御装置。
(3) Either the mover or the stator includes a magnetic body having magnetic pole teeth carved at a constant pitch and a permanent magnet that generates a bias magnetic field, and either of the mover and the stator includes a plurality of magnetic poles facing the magnetic pole teeth. 2. The position control device according to claim 1, comprising: a magnetic core having a group of teeth; and a plurality of coils wound around the magnetic core.
(4)可動子、固定子のいずれかは、一定のピッチで刻
まれた磁極歯を有する磁性体を備え、いずれかは、前記
磁極歯に対向する複数の磁極歯群を有する磁性体コアと
、前記磁性体コアに巻かれた複数個のコイルと、バイア
ス磁界を発生する永久磁石とを備えたことを特徴とする
請求項(1)記載の位置制御装置。
(4) Either the mover or the stator includes a magnetic body having magnetic pole teeth carved at a constant pitch, and either of the mover and the stator includes a magnetic core having a plurality of magnetic pole tooth groups facing the magnetic pole teeth. 2. The position control device according to claim 1, further comprising: a plurality of coils wound around the magnetic core; and a permanent magnet that generates a bias magnetic field.
(5)可動子、固定子のいずれかは、多極着磁された永
久磁石を備え、いずれかは、前記永久磁石に対向する複
数の磁極歯群を有する磁性体コアと、前記磁性体コアに
巻かれた複数個のコイルとを備えたことを特徴とする請
求項(1)記載の位置制御装置。
(5) Either the mover or the stator includes a multi-pole magnetized permanent magnet, and one of the movers and the stator includes a magnetic core having a plurality of magnetic pole tooth groups facing the permanent magnet, and the magnetic core. 2. The position control device according to claim 1, further comprising a plurality of coils wound around a plurality of coils.
(6)位置検出手段は、可動子と固定子の相対的な移動
に応じて互いに位相の異なる複数相の略正弦波状の交番
信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項
(1)記載の位置制御装置。
(6) Claim (1) characterized in that the position detection means is configured to output substantially sinusoidal alternating signals having multiple phases different from each other in accordance with the relative movement of the movable element and the stator. ) position control device.
(7)位置検出手段は、一定のピッチで刻まれた磁極歯
を磁気的に検出する複数の磁気感応素子を備えたことを
特徴とする請求項(2)、(3)または(4)のいずれ
かに記載の位置制御装置。
(7) The position detection means according to claim (2), (3) or (4), characterized in that the position detection means is equipped with a plurality of magnetically sensitive elements that magnetically detect magnetic pole teeth carved at a constant pitch. The position control device according to any one of the above.
(8)位置検出手段は、多極着磁された永久磁石を磁気
的に検出する複数の磁気感応素子を備えたことを特徴と
する請求項(5)記載の位置制御装置。
(8) The position control device according to claim (5), wherein the position detection means includes a plurality of magnetic sensing elements that magnetically detect the multipolar magnetized permanent magnet.
(9)位置検出手段は、一定のピッチで刻まれた磁極歯
あるいは光学スケールを用いて可動子と固定子の相対的
な移動を光学的に検出し、互いに位相の異なる複数相の
略正弦波状の交番信号を出力する光感応素子を備えたこ
とを特徴とする請求項(6)記載の位置制御装置。
(9) The position detection means optically detects the relative movement of the movable element and the stator using magnetic pole teeth carved at a constant pitch or an optical scale, and the position detecting means optically detects the relative movement of the movable element and the stator. 7. The position control device according to claim 6, further comprising a photosensitive element that outputs an alternating signal.
(10)ディジタル位置情報生成手段は、位置検出手段
の出力する複数相の交番信号によってキャリア信号を変
調する複数個の変調手段と、変調されたキャリア信号を
合成する合成手段と、合成信号の高い周波数成分を遮断
するローパスフィルタ手段とを備えたことを特徴とする
請求項(1)記載の位置制御装置。
(10) The digital position information generating means includes a plurality of modulating means that modulates the carrier signal with a multi-phase alternating signal output from the position detecting means, a combining means that combines the modulated carrier signals, and a high 2. The position control device according to claim 1, further comprising a low-pass filter means for blocking frequency components.
(11)ディジタル・サンプルホールダ手段は、基準ク
ロック信号発生手段とこの基準クロック信号をカウント
するディジタルカウンタ手段とサンプルホールド用の一
時保持手段とを備え、サンプルホールドパルス信号によ
って、前記ディジタルカウンタ手段のカウント内容を前
記一時保持手段にホールドするように構成したことを特
徴とする請求項(1)記載の位置制御装置。
(11) The digital sample holder means includes a reference clock signal generation means, a digital counter means for counting the reference clock signal, and a temporary holding means for sample and hold, and the count of the digital counter means is controlled by the sample and hold pulse signal. The position control device according to claim 1, characterized in that the content is held in the temporary holding means.
(12)サンプルホールド信号は、キャリア信号または
変調されたキャリア信号に基づいて形成したことを特徴
とする請求項(11)記載の位置制御装置。
(12) The position control device according to claim (11), wherein the sample and hold signal is formed based on a carrier signal or a modulated carrier signal.
(13)ディジタル演算手段は、可動子、固定子間の相
対的な位置情報と外部からの位置入力信号との偏差に比
例した比例量とこの偏差の時間的変分である微分量とを
ディジタル的に演算し、この演算結果に基づいて操作量
をディジタル的に演算するように構成したことを特徴と
する請求項(1)記載の位置制御装置。
(13) The digital calculation means digitally calculates a proportional amount that is proportional to the deviation between the relative position information between the mover and the stator and the external position input signal, and a differential amount that is the temporal variation of this deviation. 2. The position control device according to claim 1, wherein the position control device is configured to calculate the operation amount digitally based on the calculation result.
(14)ディジタル演算手段は、可動子、固定子間の相
対的な位置情報と外部からの位置入力信号との偏差を時
間的に積分した積分量をディジタル的に演算し、この演
算結果に基づいて操作量をディジタル的に演算するよう
に構成したことを特徴とする請求項(1)記載の位置制
御装置。
(14) The digital calculation means digitally calculates an integral amount obtained by integrating over time the deviation between the relative position information between the mover and the stator and the position input signal from the outside, and based on this calculation result. 2. The position control device according to claim 1, wherein the position control device is configured to digitally calculate the manipulated variable.
(15)ディジタル演算手段は、関数発生手段を備え、
この関数発生手段は一定の関数に従ったデータをテーブ
ル化したメモリ手段を含み、可動子、固定子間の相対的
な位置情報と外部からの位置入力信号との偏差に基づい
てディジタル的に所定の演算を行い、この演算結果に応
じて前記メモリ手段から前記一定の関数に従ったデータ
を読み出し、これを付勢手段への操作量として出力する
ように構成したことを特徴とする請求項(1)記載の位
置制御装置。
(15) The digital calculation means includes function generation means,
This function generation means includes a memory means in which data according to a certain function is tabulated, and is digitally predetermined based on the deviation between the relative position information between the mover and the stator and the position input signal from the outside. According to claim 1, the device is configured to perform the calculation, read data according to the certain function from the memory means according to the calculation result, and output this as a manipulated variable to the biasing means. 1) The position control device described above.
(16)関数発生手段のメモリ手段から読み出される一
定の関数に従ったデータは、互いに位相の異なる複数相
の略正弦波であることを特徴とする請求項(15)記載
の位置制御装置。
(16) The position control device according to claim 15, wherein the data according to a certain function read from the memory means of the function generating means is a substantially sinusoidal wave of multiple phases having mutually different phases.
(17)ディジタル演算手段は、処理内容に従ったプロ
グラムと所定のデータを格納する記憶手段と、処理手続
きを管理するシーケンサ手段と、前記プログラムとデー
タに従って演算処理を実行する演算処理ユニット手段を
含んで構成したことを特徴とする請求項(1)記載の位
置制御装置。
(17) The digital arithmetic means includes a storage means for storing a program and predetermined data according to processing contents, a sequencer means for managing the processing procedure, and an arithmetic processing unit means for executing the arithmetic processing according to the program and data. The position control device according to claim 1, characterized in that the position control device comprises:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0974782A (en) * 1995-09-05 1997-03-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Control apparatus for motor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62104487A (en) * 1985-10-28 1987-05-14 Sony Corp Servo circuit of motor
JPH01110098A (en) * 1987-10-23 1989-04-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Position controller

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