JPH03179266A - サーボ軸の速度測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はサーボ制御装置及び方法の改良に関するもので
ある。

（従来の技術） 米国特許第４６３９８８４号には、サーボシステムの速
度及び位置を広い速度範囲にわたって精密に測定すると
いう長年の問題に対するユ：−クな解決手段が開示され
ている。この特許に記載されている発明の原理ではサー
ボモータの出力軸に結合したサーボコントローラが回転
位置センサを用いてグレーコードの２ビットディジタル
信号を発生するようにしている。軸が固定の角度だけ回
転すると、矩象信号が変化して“矩象遷移”を発生し、
この用語はセンサの矩象出力を次のグレーコードパター
ンに進めるのに十分な角度にわたって回転位置センサが
運動したことを示すのに用いている。

こうして、軸の運動により、各サイクルを００．０１゜
ＩＩ、　１０　（斯る後にＯＯに戻る）のようなグレー
コードで表わし得る矩象ごとに遷移を有する一対の信号
を発生させる。軸の凡ゆる速度においてクロックから矩
象遷移のグループごとに多数のパルスも発生させる。こ
の方法では次の２つの選択した矩象遷移間のクロックパ
ルスの数を読み取り、選択した矩象遷移間の矩象遷移の
総数を同一時間中のクロックパルスの総数で除算するこ
とにより速度を決定する。

（発明か解決しようとする課題） 理想的なサーボシステムにおいては、フィードバックシ
ステムの互いにオーバラップする信号波の遷移がサーボ
軸の所定の回転又は直線距離間隔において精密に生ずる
。通常その近似は十分精密であるが、この米国特許の方
法及び装置を用いてもサーボ軸の性能を低い精度に制限
する状態が存在する。本発明の目的の１つは測定方法及
び装置を改良して、特に電気雑音を有する環境下におい
てサーボシステムに対する理想的でない帰還信号をもっ
と良好に測定することにある。「電気雑音」とはフィー
ドバックループのオーバラップ矩形波信号の不所望な遷
移を意味する。サーボシステムではフィードバックルー
プ又はアクチュエータシステム内の電流はフィードバッ
クループ内の回路に誘電的に又は容量的に結合され、不
所望な遷移を発生し得る。雑音の結果、フィードバック
システムの遷移が軸の実際の運動に精密に対応しなくな
る。

電気モータのような電気アクチュエータを具えるシステ
ムにおいては一般に雑音レベルが大きい。

これらのシステムでは軸を駆動するパワーを電気エネル
ギーから取り出している。一般にパルス幅変調半導体ス
イッチを用いて電気モータに供給する電力量を調整して
いる。半導体スイッチによるモータのインダクタンスの
スイッチングは大きな電流及び磁界を発生する。そして
、これらの電流及び磁界が多くの場合サーボシステム内
の電気雑音源になる。

サーボシステム内の他の電気雑音源はサーボシステムの
周囲の装置及びマシンにより発生される電流及び磁界で
ある。殆どのサーボシステムに共通の雑音源はフィード
バックシステム自体内の雑音である。内部雑音の影響を
低減するために、殆どのフィードバックシステムは、若
干の電気的ヒステリシスを含み、これによりオーバーラ
ツプ矩形波か安定にセットされるようにしている。フィ
ードバックシステム内の電気的ヒステリシスはセンサ素
子のしきい値をしきい値に近づく方向に基づいて調整す
る。いくつかの理想的でないフィードバックシステムは
低い又は場合によっては負の電気ヒステリシスを有し、
システムがオーバラップ矩形波矩象信号の２つの隣接グ
レーコードパターンを中心に発振する傾向に増大する。

理想的なフィードバックシステムはサーボ軸か運動して
いる場合にのみオーバラップ矩形波信号の遷移を発生し
、サーボ軸が運動していない場合にはオーバラップ矩形
波信号の遷移を発生してはならない。特に、理想フィー
ドバックシステムは単位位置間隔又はカウントごとにオ
ーバラップ矩形波の単一の遷移を生じさせることによっ
て１つの識別可能な位置から次の位置への変化を極めて
低い速度で明確に知らせる必要がある。１つの数と次の
数との間で安定し得る運命の輪と同様に、理想フィード
バックシステムは２つのグレーコード遷移状態又は位置
カウントの１つの間でバウンドし続けることなくゆっく
りと所定の位置に停止する必要がある。

次に、電気雑音が理想フィードバック信号にどのように
影響するかについて説明する。実際のフィードバックシ
ステムは雑音がフィードバックシステムによる測定を妨
害し得るために理想的に動作し得ない。実際のフィード
バックシステムは機械的運動の測定を行なう電気回路を
含んでいる。

共通の方法は光源と９０°の電気角だけ離した２つの光
センサとの間に配置したガラス片にエツチングした一連
のダークラインによる光の遮断を測定するものである。

ラインがセンサの一方を遮断し始めると、この先センサ
のしきい値が越えられ、このセンサがガラスディスク又
はレールの移動を知らせる。これがためこの信号は軸の
運動を表わす。光及び光センサの一部を構成しない電気
回路又は磁界が光の強度又は光センサのしきい値を変調
し得る場合には、フィードバックシステムは２つの隣接
するフィードバック遷移状態又はグレーコード状態の間
で振動し得る。

２つの隣接する数の間を振動し続けて運命ゲームの解決
をあいまいにする運命の輪のように、２つの隣接するグ
レーコード状態の間のフィードバックシステムの振動は
軸の位置及び速度をあいまいにする。この現象はサーボ
出力軸が運動中のときにも休止中のときにも発生し得る
。

これがため、本発明の目的は理想的でないフィードバッ
クシステムからのあいまい信号を一層正しく解釈してそ
の確度及び精度を増大させることにある。本発明の他の
目的は電気雑音の存在下におけるサーボシステムの速度
及び位置の測定を改善し、特に以下に述べる電気雑音の
２つの例に固有の見かけのあいまいさを解消することに
ある。

本発明の更に他の目的は出力素子の速度及び位置を速度
が急速に変化する状態の下で高い確度及び精度で測定す
るよう改良したサーボシステムを提供することにある。

このサーボシステムは速度決定に用いる２つの矩象遷移
を一層良好に選択するためこのような測定を行なうこと
ができる。このシステムは時間で分割された複数子の遷
移を用いるが、本発明では選択する遷移はサンプルイン
ターバルの終了直前の遷移とする。

本発明の更に他の目的は電気雑音の存在下で動作しても
高い確度及び精度を有するマルチアクシス（多軸）サー
ボシステム用速度及び位置制御システムを提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明の原理によれば、ハードウェアとマイクロプロセ
ッサ駆動ソフトウェアとの組み合わせによりサーボシス
テムの速度及び位置の高精度の測定を種々の動作状態及
び電気雑音環境の下で行い得る改良方法及びマシンを構
成する。一般に、本発明はタコメータを含まないで矩象
遷移間の時間をユ：−クな方法で測定して信頼できる速
度測定を与えるサーボコントローラに適用する。

本発明は、回転軸に適用するときは、グレーコードの２
ビットディジタル信号である“ディスクリート婚家”と
して既知の信号を発生する回転位置センサを用いる。回
転位置センサか固定の確度回転すると、矩象信号が変化
する。“矩象遷移”なる用語はセンサの矩象出力を次の
グレーコードパターンに進めるのに十分な確度にわたる
回転位置センサの運動を意味する。矩象遷移のグループ
とは２個以上の矩象遷移を意味する。“カウント”又は
“位置カウント”とは順次の矩象遷移間の回転位置セン
サの軸角を意味する。“速度”とは回転位置センサが回
転する１砂岩たりのカウント数を意味する。

本発明はサーボコントローラのサンプリンタ周波数と公
称的に一致するサンプルインターバルを用いる。本発明
はサンプルインターバル中にフィーＦバックシステムの
クレーコード遷移か発生する時間を記録する手段を用い
る。サンプルインターバルは通常約１ミリ秒で、グレー
コード遷移を１マイクロ秒ごとに粗く評価する。各サン
プルインターバルの終了時に、マイクロプロセッサかサ
ンプルインターバルの出発時と終了時との間の位置の差
及び最後の遷移が発生した時間に基づいて確からしい速
度を評価する。マイクロプロセッサは１つのサンプルイ
ンターバルから次のインターバルへサンプルインターバ
ル値を保存するため、速度を米国特許第４６３９８８４
号の方法と同様の方法で計算することができる。しかし
、全ての矩象遷移の時間を記録する事実によりマイクロ
プロセッサが速度計算に用いる矩象を一層良好に選択す
ることができる。こうすることにより、本発明によれば
マイクロプロセッサにより電気雑音の測定への影響を一
層良好に低減させることができる。

従って、本発明はモータで周期的に駆動されるサーボ軸
の速度をタコメータを用いないで測定する方法を提供す
る。この方法は軸の運動から、各サイクルを００．０１
．　１１．　１０のようなグレーコードで表わし得る矩
象ごとに遷移を有する一対の信号を発生させることによ
り開始する。同時に、クロックから選択した数のクロッ
クパルスを意味する多数の等間隔パルスをサンプルイン
ターバルとして初期パルスにより発生させる。次いで、
先行サンプルインターバルの最終矩象遷移と現行サンプ
ルインターバルの最終遷移との間のクロックパルスの数
を読み取り、次いで選択した遷移間の矩象遷移の総数を
同一時間中のクロックパルスの総数で割算して速度を決
定する。

特に、本発明方法においては選択した矩象遷移が発生し
たときＦＩＦＯ（先入先出）メモリから第１の値を読み
出し、この第１の値を先行選択矩象遷移の第２の値から
引算して２つの選択矩象遷移間のクロックパルスの数を
得るようにする。

本発明方法を複数の異なるサーボ軸に適用するときは、
入力矩象を多重化すると共に、各軸と、これに与えるカ
ウント及び矩象識別との一致をＦＩＦＯメモリにラッチ
する。本発明方法は回転軸及び往復運動軸の双方に適用
することができ、グレーコードの遷移シーケンスから軸
の運動方向を決定する工程を含む。

ハードウェアに関しては、本発明は所定のサンプルイン
ターバル内のフィードバックシステムグレーコードの各
矩象遷移の時間（即ちサンプルインターバルの開始から
のタロツクパルスの数）を記録する第１レジスタ手段を
具え、この時間を速度及び位置の決定に用いる。このプ
ロシージャは記録すべき矩象遷移を予め選択する必要が
あった本願人の米国特許第４６３９８８４号の従来のも
のと相違する。本発明はサンプルインターバルの始めと
終わりとの間のグレーコード位置カウントの差を記録す
る第２レジスタも含む。各サンプルインターバル後に、
コンピュータ手段を用いて最終グレーコード遷移の時間
と、サンプルインターバル中のグレーコード遷移の差と
を読み取り記録する。

コンピュータ手段は時間及び位置情報から推定される軸
の速度を推定する。装置を複数の軸に用いるときは、マ
ルチプレクサ手段を設けてマルチアクシスサーボシステ
ムに必要とされる回路の数を著しく減少させる。

図面につき本発明を説明する。

第１図は本発明の検討に重要な閉ループサーボ制御シス
テムの主要素子のブロック図である。好適なフィードバ
ック素子１１は位置又は速度、又は両方を測定し、コン
トローラ１２に供給し、このコントローラがアクチュエ
ータ１０に電力を供給して所望の位置、速度又は加速度
のような所望の運動目標値又はコントローラセットポイ
ントに駆動する。

第２図は従来のタコメータを用いるサーボシステムの一
例を示す。直流モータ１３は負荷１４を駆動する。モー
タ１３はタコメータ１５も駆動し、このタコメータが軸
１６の回転速度に比例する信号を発生する。コントロー
ラ１７はタコメータ１５からの信号を用いて負荷１４の
速度を測定する。回転位置フィードバックシステム又は
エンコーダ１８はコントローラ１７により負荷１４の位
置を決定させる。コントローラ１７は負荷１４の速度又
は位置を受信し、命令し、制御する。

第３図は閉ループサーボ制御に用いられる従来のコント
ローラの代表的な一例のブロック図を示す。他のコント
ローラの構成も可能であるが、これらの他の構成もモー
タ速度センサ（タコメータ）１５及び位置センサ１８か
らの信号を使用する点て同様である。第３図において、
２部分コントローラ１７ａ　、　１７ｂには所望の位置
を受信し、所望の位置と位置センサ１８（回転位置フィ
ードバック素子）により測定された実際の位置との差を
取って位置誤差を決定する。位置コントローラ１７ａは
この位置誤差を用いて所望の速度を発生させ、即ち位置
誤差が減少するようにし、所望の速度信号によりモータ
駆動信号の値を決定させる。このような制御ストラテジ
イを用いるサーボ制御は無数の工業プロセス制御用途に
用いられている。

第４図は本発明の方法及び装置を用いるサーボシステム
の代表的なコントローラのブロック図を示す。この好適
例では、位置センサ１９か矩象内でオーバラップする矩
形波信号を発生し、これら信号を本発明の方法及び装置
を具現化するブロック２０により処理して速度及び位置
信号の双方を発生させる。位置信号は加算素子に供給し
、この加算素子にはセットポイント人力も供給する。位
置コントローラ２１ａはセットポイントとブロック２０
で発生された位置との間の位置誤差を用いて所望の速度
を発生する。この所望速度信号は別の加算素子に供給し
、これをブロック２０からの速度出力と比較して速度コ
ントローラ２＋、ｂに入力を供給する。

速度コントローラ２１ｂは所望の速度とブロック２０か
らの処理信号とを用いてサーボモータ１３の駆動信号の
値を決定する。

第４図の装置により制御されるサーボ軸が一方向に一定
に移動しているとき、フィードバックシステムにより発
生される２相Ａ及びＢ信号のグレーコードのシーケンス
は単調であり、例えば０Ｏ１０１、１１，、１０，Ｄｏ
、　０１．−ｍ−である。この場合計算される速度は一
定であり、速度対時間のグラフは一定になる。速度対時
間曲線の傾きの変化率は符号を変化しない。しかし、前
述したように、これまでは電気雑音のために精密な速度
測定に対し問題かあった。

第５図に示す電気的な雑音の第２の数値例では、サーボ
軸は、まず最初、第１の選択されたインターバル中１方
向に均一に移動している。電気的な雑音の影響によって
フィードバックにより発生されるグレーコードン−ケン
スを例えば００．０１．１１゜０１、　１１．、　１０
．００．０１とし、従って、シーケンス０１゜１１、０
１．　ｔｔに不明瞭さが生じるようになる。この誤りの
あるシーケンスは、軸が停止し、逆方向に動き、再び停
止し、次いて実際上軸か実際に逆転しない場合には再び
順方向に動くことを意味する。

このシーケンスを生じせしめるためには、速度の符号を
２回逆転させる必要かあった。例えば、１００個の単調
なグレーコードシーケンスが第１の選択されたインター
バル中、１００ｍ５で任意の正の方向に発生し、次いで
、逆方向および正方向の遷移か５０ｍ５　（第２の選択
されたインターバル）で発生し、その後、他の１００以
上の単調なグレーコードシーケンスを続＜　１００ｍ５
（第３の選択されたインターバル）中間−の正の方向に
発生する。通常このデータに対する従来のシステムは第
１のｌｏｏｍｓ中正確な数のクロック遷移によって除算
された１００遷移、または計数値の速度およびグし・−
コードの２つの単調なシーケンス間の第２の選択された
インターバル、即ち、５０ｍ５のインターバルに対して
零の速度を計算する。これがため、この例においてフィ
ードバック信号に及はす電気的雑音の影響は軸をジャー
クせしめる時間に対し装置に単調でない速度を計算せし
めるようになる。従来の技術を用いる速度の測定は雑音
の影響をフィルタ処理せず、フィードバックシステムに
発生する雑音を伝搬し、サーボシステム全体の性能を劣
化し、これによりマシン、即ち、これにより制御される
処理を不所望とする。

電気的雑音の影響の第２の数値例を第６図により説明す
る。サーボ軸か休止状態にあり、フィードバックシステ
ムかオーバラップする矩形波の遷移部か発生する点に隣
接して物理的に位置し得るようにする。例えば、ガラス
上にエツチングされたラインを有する光学センサの場合
には、ｌラインが電気的なスレシホルトに近い光学セン
サを妨害するようになるものとする。フィードバックシ
ステムの出力信号は最初不変であり、これにより軸の動
きか休止状態にあると云う事実を反映する。

電気的な雑音かフィードバックシステムに影響を及ぼす
場合には、例えば、軸が動いていないと云う事実にもか
かわらず、電気駆動モータに供給される電力が僅かに変
動する場合には、雑音によってフィードバックセンサに
、隣接するグレーコード値間の２つの雑音誘起遷移、例
えば、ｏｔ、　ｏｏ。

ＯＩを形成する。更に、電気的な雑音源が電気モータ増
幅器のパルス幅変調された電力トランジスタであったも
のとする。例えば、モータ増幅器のスイッチング周波数
が２０ＫＦＩｚ　（１砂岩たり２００００サイクル）で
ある場合には、従来の装置により測定する際、雑音誘起
グレーコード遷移の周期は５０ｍ５（０，ｏ０００５０
ｓｅｃ）となる。従来の装置が２つの雑音誘起遷移０１
→００および００→０１を選択し、かつ、これら２つの
遷移から速度を計算する場合には、速度はこれら２つの
遷移間をクロックの数で除算した速度となる。これがた
め従来の装置は、モータ増幅器の電力スイッチングの周
波数に本質的に等しい速度、即ちｌ　ｓｅｃ当たり２０
０００遷移または計数値を測定する。この不正確に測定
した速度のためサーボ制御を雑音誘起遷移に誤って反応
するようになり、かつ、軸の位置を休止位置に正しく位
置させるようになる。軸がジャンプすると出力軸か回転
を再開する際にサーボシステムに損傷を与えるが、また
は位置の不所望な変化を生じるようになる。

実施例の詳細な説明 第７図は本発明の原理を実施する速度および位置発生器
２０を示す。

クロック発生器３０によって時間源、即ち、計数器３１
および有限状態マシン３２を同期化させ、この有限状態
マシンにオーバーラツプ矩形波婚家信号（Ａ、Ｂ）を供
給する。有限状態マシン３２によって位置差レジスタ対
３３および最終遷移時間レジスタ対３４を制御する。位
置差レジスタ対３３および最終遷移時間レジスタ対３４
は各々か現在のサンプルインターバルの値の蓄積に用い
る作業レジスタおよび前のサンプルインターバルから最
終値を保持する保持レジスタで構成される。

クロック３０の各遷移時に、時間源３１が増大し、有限
状態マシン３２によって婚家信号の状態を評価する。婚
家信号の遷移か発生すると、有限状態マシン３２によっ
て時間源３１の現在の時間を最終遷移時間レジスタ対３
４の作業レジスタによってラッチすると同時に位置差レ
ジスタ対３３の作業レジスタを婚家信号により示される
回転方向に依存して１だけ増大または減少せしめるよう
にする。この位置差の値は、位置差の符号を正または負
に保持するいわゆる“２の補数″形態で表わすことがで
きる。

新たなサンプルインターバルを開始するクロック３０の
遷移では、有限状態マシン３２によって最終遷移時間レ
ジスタ対３４および位置差レジスタ対３３の作業レジス
タを保持レジスタとすると同時に、最終遷移時間レジス
タ対３４および位置差レジスタ対３３の保持レジスタを
作業レジスタとする。

婚家信号の遷移か発生しない場合には、有限状態マシン
３２によってサンプルインターバルの長さを最終遷移時
間レジスタ対３４の作業レジスタに記憶すると同時に位
置差レジスタ対３３の作業レジスタに零を記憶する。

矩象信号の遷移が発生する場合には、有限状態マシン３
２によって最終遷移時間レジスタ対３４の作業レジスタ
に“１”を記憶すると同時に位置差レジスタ対３３の作
業レジスタに、婚家　信号により示される動きの方向に
依存して正の　１”または負のｌ”をロードする。

先入先出インターフェース３５はレジスタ３３および３
４の出力を受けるように接続する。新たなサンプルイン
ターバルが開始するクロックの遷移後で、サンプルイン
ターバルの終了前のある瞬時に、先入先出インターフェ
ース３５によって、コンピュータ３６か要求するように
、各軸に対し最終遷移時間レジスタ対３４および位置差
レジスタ対３３の保持レジスタに記憶された値をコンピ
ュータ３６に転送せしめるようにする。

第８図は本発明によるサーボシステム２ｏの作動を説明
する代表的なサンプルインターバルを示す時間チャート
図である。第８図はかかるサーボシステムにより発生し
得る一連のフェーズＡおよびＢのグレーコード矩象遷移
を示すとともに５つの完全なサンプル周期の各々でグレ
ーコード列の速度を計算するために用いるインターバル
および変数をも示す。

また、サンプルインターバル中、位置差レジスタ対３３
および最終遷移時間レジスタ対３４（第７図に示す）か
らの代表的な出力を示し、かつ、これら２つのレジスタ
の内容を実施する各サンプルインターバルの終端におけ
る軸の位置および速度を計算する方法を示す。

図示の例では、サンプルインターバル当たり１０００の
速度で装置かクロック信号を発生し、クロック速度が１
砂岩たり１００万の遷移であるものとする。これがため
、サンプルインターバルは１０００μｓであるが、また
はｌ　ｍｓ　（０，０ＯＩｓ）である。更に、第８図の
左側から右側に読出されるように、測定された軸位置か
第１サンプルインターバルの開始時の１位置計数値であ
り、■遷移か第１サンプルインターバルの直前のサンプ
ルインターバル中に発生し、かつ、１遷移が第１サンプ
ルインターバルの直前のサンプルインターバルの開始時
に対し瞬時７００で発生するものとする。第８図のチャ
ートにおいて、ＴＬＴＲはサンプルインターバルの開始
時からこのサンプルインターバルの最後の遷移まての時
間に関連し、ＴＬＳＴはサンプルインターバルの最後の
遷移からこのサンプルインターバルの終端までの時間を
示し、ＤＥＬＰはサンプルインターバルの遷移位置また
は遷移数の差を示し、ＬＥＮＳＡＭＰはサンプルインタ
ーバルの長さである。これかため、コンピュータの変数
ＴＬＳＴｏは第１サンプルインターバルの直前のサンプ
ルインターバルの終端で値１０００−７００＝３００を
含む。

第１サンプルインターバル 第１サンプルインターバル中に４つの矩象遷移か発生す
る。第１遷移か生ずると、装置は位置差レジスタをＯか
ら１に増大し、最終遷移時間レジスタに最終遷移時間を
１００クロツク遷移として記録する。第２遷移か発生す
ると、装置によって位置差レジスタを１から２に増大し
、その時間を２５０クロツク遷移として記録する。第３
遷移が発生すると、装置によって位置差レジスタを２か
ら３に増大し、その時間を４００クロツク遷移として記
録する。第４遷移か発生すると、装置によって位置差レ
ジスタを３から４に増大し、その時間を６００クロツク
遷移として記録する。

第１サンプルインターバルの終了時には、コンピュータ
によって、第１サンプルインターバル中に発生する矩象
遷移の数を第１サンプルインターバルの直前のサンプル
インターバルの最終遷移から第１サンプルインターバル
の最終遷移時間までの時間インターバルによって除算し
て速度を計算する。これがため、次式か成立する。

＝　０．００４４４４計数値／秒 コンピュータ３６ては、全部の速度計算を図示の３つの
有効数よりも高い精度で実際上行っている。

従って、コンピュータによって軸位置をｌ＋４−５位置
計数値に更新する。（再び、測定した軸位置が第１サン
プルインターバルの開始時の１位置計数値とする）。最
後に、ＴＬＳＴ、は１００−　ＴＬＴＲ（これは１００
０−６００または４００）として計算する。

第２サンプルインターバル中速度の計算には、ＴＬＳＴ
、を用いる。次いで装置により位置差レジスタをＯにセ
ットする。

第２サンプルインターバル 第２サンプルインターバル中１つの矩象遷移が発生する
。矩象遷移が発生すると、装置によって位置差レジスタ
を０から１に増大し、最終遷移時間レジスタに最終遷移
時間（ＴＬＴＲ２）を２００クロツク遷移として記録す
る。

第２サンプルインターバルの終端では、コンピュータに
よって、第２サンプルインターバル中に発生する矩象遷
移の数をこの第２サンプルインターバルの直前のサンプ
ルインターバルの最終遷移から第２サンプルインターバ
ルの最終遷移時間までの時間インターバルによって除算
して速度を計算する。これかため、次式か得られる。

・０．００１６７計数値／秒 従って、コンピュータによって軸位置を５＋１＝６位置
計数値として更新する。最後にＴＬＳＴ２を１０００−
２００＝８００である１０００−ＴＬＴＲ２として計算
する。第３サンプルインターバル中の速度の計算にＴＬ
ＴＲ，を用いる。

第３サンプルインターバル 第３サンプルインターバル中に矩象遷移が発生する。

第３サンプルインターバルの終端では、コンピュータに
よって位置差レジスタが零となる瞬時を確認する。従っ
て、コンピュータによって最終遷移時間レジスタを検査
して、レジスタは遷移が発生していないことを示すサン
プルインターバルの長さ、即ち、１０００を含むことを
確認する。最終遷移時間レジスタがサンプルインターバ
ルの長さに等しくない場合には、コンピュータによって
零に代数的に加算する遷移が発生し得るようにする。

これがため、コンピュータによって第２サンプルインタ
ーバルの最終遷移から第３サンプルインターバルの終端
までの時間周期を測定する。この周期をＴＬＳＴ２＋　
ＴＬＴＲ，とし、これは８００＋１０００＝１８００で
ある。第３サンプルインターバルに対し、１８００は６
００の前の周期よりも長いため、コンピュータによって
、遷移が第３サンプルインターバルの終端と一致して発
生するものとして速度の推定を開始する。これがため、
コンピュータは次式で示すように速度を計算する。

０、０００５５６計数値／秒 最後に、ＴＬＳＴ３を１ｏｏｏ　−ＴＬＴＲ３として計
算し、これは１０００−１０００・０となる。ＴＬＳＴ
、は第４サンプルインターバル中速度の計算に用いる。

第４サンプルインターバル １つの矩象遷移か第４サンプルインターバル中に発生す
る。この遷移か発生すると、コンピュータによって位置
差レジスタをＯからｌに増大し、最終遷移時間レジスタ
に最終遷移時間を７５０クロツク遷移として記録する。

第４サンプルインターバルの終端では、コンピュータに
よって、第４サンプルインターバル中に発生する矩象遷
移の数を第４サンプルインターバルの直前のサンプルイ
ンターバルの最終遷移から第４サンプルインターバルの
最終遷移時間までの時間インターバルにより除算して速
度を計算する。

この計算は次式で表わすことができる。

次いで、コンピュータによって軸の位置を６＋１＝７と
して更新する。最後に、ＴＬＳＴ４を１０００−ＴＬＴ
Ｒ，として計算し、これは１０００−７５０＝２５０と
なる。ＴＬＳＴ。

は第５サンプルインターバル中の速度の計算に用いる。

第５サンプルインターバル 第５サンプルインターバル中に矩象遷移が発生しない。

第５サンプルインターバルの終端では、コンピュータに
よって位置差レジスタが０であることを確認する。次い
でコンピュータによって最終遷移時間レジスタを検証し
てこのレジスタが遷移の発生しないことを示すサンプル
インターバルの長さ、即ち、１０００を含んでいること
を確認する。（最終遷移時間レジスタがサンプルインタ
ーバルの長さに等しくない場合には、コンピュータによ
って０に代数的に加算される遷移か発生したことを確認
する。）次いてコンピュータによって第４番目のサンプ
ルインターバルの最終遷移から第５サンプルインターバ
ルの終端までの時間周期を確認する。

この周期をＴＬＳＴ４＋ＴＬＴＲ４とし、これｉ；！　
２５０＋　１０００＝　１２５０である。数値１２５０
は第４サンプルインターバルに対し２５５０の先行周期
よりも小さいため、コンピュータによって、第５サンプ
ルインターバルの終端に一致して遷移か発生したものと
推定することにより速度を推定することはてきない。第
５サンプルインターバルに対し、速度および位置を不変
のままとする。

最後に、ＴシＳＴ５を１０００−ＴＬＴＲ５として計算
し、これは１０００−１０００＝Ｏとなる。このＴＬＳ
Ｔｓは第６サンプルインターバル中速度を計算する際に
用いる。

上述した所は、速度計算を１サンプルインターバルから
次のサンプルインターバルまで連続的に更新し、各計算
に対する精密な時間を現行サンプルインターバルおよび
先行サンプルインターバルの最終遷移間の時間とするサ
ーボシステムの代表的な作動を示す。

第９図は本発明装置を用いる速度を確認するためにコン
ピュータ３６によって用いられる方法を理解するための
フローチャートである。コンピュータ３６によって、ま
ず最初、先行サンプル全体に亘る位置差の絶対値か２以
下であるか否が、即ち、ｌ”であるか“０”であるかを
ブロック４４で確認する。位置差の値か２であるが、ま
たは、それ以上である場合には、軸位置の差を現行サン
プルインターバルおよび先行サンプルインターバルの最
終遷移時間間の差によって除算する際、コンピュータ３
６によってブロック４６で軸速を計算する。

先行サンプルインターバル全体に亘る位置差の絶対値か
２以下である場合には、コンピュータ３６はブロック４
８に進み、サンプルインターバル位置差レジスタ３３お
よび最終遷移時間レジスタ３４の内容の数種の解釈を選
択する。サンプルインターバル全体に亘る位置差がブロ
ック５０に進む前に零である場合および最終遷移時間か
ブロック５２に進む前にサンプルインターバルの長さ等
しくなる場合には、コンピュータ３６はサンプルインタ
ーバル中に矩象遷移か発生しないものと推定する。従っ
て確認された速度は測定された速度か零として現在記録
されているかとうかに依存する。第８図のブロック５４
に対応し、測定された速度か零として現在記録されてい
る場合には測定された速度は零のままである。測定され
た速度か現在零でない場合にはブロック５６においてコ
ンピュータ３６によって前の速度計算の期間と、サンプ
ルインターバルの最終瞬時に遷移か発生する際の期間と
を比較する。

ブロック５８に対応しサンプルインターバルの最終瞬時
に遷移か発生する際の期間か大きい場合には、コンピュ
ータ３６は速度か直前に計算された速度よりも現在低い
と推定し、従ってこの推定した速度を記録する。ブロッ
ク６０に対応し、サンプルインターバルの最終瞬時に遷
移か発生する際の期間が大きくない場合には、コンピュ
ータ３６は、速度ｉか直前に計算された速度よりも現在
低いと推定し、従ってこの最後に測定された速度を不変
のままとする。

サンプルインターバルにわたる位置の差が零であり、最
終遷移時間かブロック５０においてサンプルインターバ
ルの長さに等しくないと決定される場合には、コンピュ
ータ３６はブロック６２において、少なくとも２つの遷
移が生じ、代数和が零であると推論する。例えば、矩象
信号がインターバルの開始時にグレーコード０１を表わ
し、更に１１に遷移し、次にＯｌに戻る場合には、位置
差レジスタ対３３における差はサンプルインターバルの
終了時に零を保持するも、最終遷移時間レジスタ対３４
は１１から０１への遷移か生じる時間を保持する。この
シーケンスは多数回繰返すことかでき、例えば０１て開
始及び終了するも１１．０１．１１．０１−ｍ−を含む
ようにすることかできる。あらゆる場合に代数和は零で
あり、従って位置差レジスタ対３３は常にサンプルイン
ターバルの終了時に零を保持する。コンピュータ３６が
、代数的に加算して零となる少なくとも２つの遷移か生
じたと推論した後、このコンピュータ３６は軸の速度も
零であると推論し、従ってコンピュータ３６は速度零を
記録する。

コンピュータ３６が、位置差レジスタ対３３を読取った
際にサンプルインターバルにわたる位置の差の絶対値か
１であるということを見出すと（第９図のブロック６４
に対応）、コンピュータ３６はブロック６６において、
生じる可能性のある不確かなデータの２つの解釈間を選
択しなければならない。

自明なことは、コンピュータ３６が、■を最後の矩象遷
移とその前の矩象遷移との間の期間である時間（秒）で
割って速度を計算する必要かあるということである。殆
どの場合に計算は正確なものとなる。しかし、電気的な
雑音か遷移を生せしめる場合には、上述した期間か極め
て小さくなり、従ってこの場合この期間の逆数である計
算速度か極めて大きくなるおそれかある。

本発明は、コンピュータ３６によりサンプルインターバ
ルにわたる位置の差の符号を検査し、この符号を最後の
矩象遷移の直前の矩象遷移と比較することにより上述し
た不明確性を解決するものである。コンピュータ３６が
、サンプルインターバルにわたる位置の差の符号かこの
サンプルインターバルの直前のサンプルインターバルに
わたる位置の差の符号と逆であるということを決定する
と（ブロック６８に対応）、コンピュータ３６はこの遷
移が雑音であるか或いは軸か休止状態から始動している
といこうことを推論する。いずれの場合にも、速度は本
質的に零であり、従ってコンピュータ３６は零値を記録
する。符号、従って運動方向が前の遷移と同じである場
合には（第８図のブロック７０に対応）、コンピュータ
３６はｌを最後の矩象遷移とその前の矩象遷移との間の
期間て割って速度を計算する。

コンピュータ３６か位置差レジスタ対３３からの１つの
遷移の位置差を用い、この遷移か最後の前の矩象遷移と
同じ方向てないということを識別しそこなった場合には
、コンピュータ３６はこの電気的雑音によって生じた矩
象遷移を極めて大きな軸速度と解釈してしまう。この間
違って測定された速度は得られるサーボ制御の質に悪影
響を及はす。

第１０図は本発明の原理を用いた多軸サーボ制御装置２
０Ａを示す線図である。この装置２ＯＡの主たる構成素
子を第１１Ａ　、　１１Ｂ及びＩＩＣ図で点線で囲んて
示してあり、これらの構成素子に第１１Ａ、　ＩＩＢ及
びＩＩＣ図で第１Ｏ図に示すブロックと同じ符号を付し
である。これらの構成素子は以下の通りである。この装
置２ＯＡは、有限状態マシン３２への位相Ａ及びＢ入力
として供給される８軸の婚家信号を受けるマルチプレク
サ７２を用いているということを除いて装置２０に類似
している。

クロック３０は、他のブロックの動作を同期させるとと
もに時間を正確に測定するようにする正確なタイミング
のパルスの連続列を生じるクロック発振器７３を用いて
いる。

有限状態マシン３２はクロック３０からのタイミングパ
ルスを８つのクロックインターバル（各矩象軸に対し１
つのクロックインターバル）より成る走査期間に分割す
る２進カウンタ７４（例えば７４ＬＳ１６９）を有する
。Ｄ−ラッチ回路７５（例えば７４ＬＳＩ７５）は、各
クロックインターバル中評価される矩象軸か独特に識別
されるように駆動される４つの信号を同期させる。走査
期間は信号ＣＬＫ／８の発生により表わされるクロック
遷移時に開始される。

２つの８段シフトレジスタ７６及び７７（例えば７４Ｌ
Ｓ１６４）は信号ＱＢＳＤ及びＱＡＳＤを８つのクロッ
クインターバルの間遅延させ、これら信号ＱＢＳＤ及び
ＱＡＳＤが１つの軸に対する矩象の状態を現在の走査期
間中サンプリングされたものとして表わす場合に、信号
ＱＢＳＤＫ及びＱＡＳＤＫがこれと同じ軸に対する矩象
の状態を前の走査期間中サンプリングされたものとして
表わすようにする。

矩象遷移の評価はプログラマブル論理素子７８（例えば
ＰＡＬ１６Ｒ８）によりｌクロックインターバル当たり
１つの軸の割合で行われる。現行の走査インターバル中
サンプリングされ、イ言号ＱＡＳＤ及びＱＢＳＤにより
表わされる１つの軸に対する矩象の状態が、前の先行走
査インターバル中サンプリングされ信号Ｑ　Ａ　Ｓ　Ｄ
　Ｋ及びＱＢＳＤＫにより表わされる型染の状態と比較
される。２つの信号ＱＰＯ及びＱＰＩか評価の結果を符
号化している。４つの可能な結果はｌ　（遷移か生じて
いない）；２（正の遷移か生した）：３（負の遷移が生
じた）；４（グレーコードに対する規則によって規定さ
れているような違法遷移か生じた）である。

プログラマブル論理素子７８（例えばＰＡＬ１６Ｒ８）
は信号ＱＰＯ，ＱＰＩ及びＴ１３Ｃ”を入力として用い
て、位置差レジスタ対３３の作業レジスタを制御する信
号Ｂ−ＬＯ”、　ＱＰＢＮ”及びＱＰＢＯ”と、最終遷
移時間レジスタ対３４の作業レジスタを制御する信号Ｔ
ＷＥ”及びＴ　Ｓ　Ｅ　Ｌｏとを発生する。これら側副
信号のタイミングは軸選択信号ＱＡＯ，ＱＡＩ及びＱＡ
２と同期している。

マルチプレクサ７２ては、８つの軸からの位相Ａ型染信
号か並列ロードシフトレジスタ７９（例えば７４ＬＳＩ
６６）に入力され、８つの軸からの位相Ｂ矩象信号か並
列ロードシフトレジスタ８０（例えば７４ＬＳ１６６）
に人力される。信号ＣＬＫ／８の発生によって識別され
る各走査期間の開始時に、８つの軸のすべてに対する型
染の状態かシフトレジスタ７９及び８゜に並列にロード
され、出力ＱＡＳＤ及びＱＢＳＤが、評価されている第
１の軸に対する型染の状態を表わしている。走査期間の
次の順次のクロックインターバル中は、信号ＱＡＳＤ及
びＱＢＳＤか１クロツクインターバル当たり１つの軸の
割合で他の軸に対する型染の状態を表わす。

時間源３】（第１１Ｂ図）は、走査期間をカウントする
１１ビツトカウンタを形成する３つの２進カウンタ８１
．８２及び８３（例えば、７４ＬＳ１６９）を有してい
る。比較器８４（例えは７４ＬＳ６８８）は、】Ｊピッ
トカウント値かＩつのサンプルインターバル中の走査期
間の数に等しくなると、信号ＴＢＣ”を生しる。

ＣＬＫ／８の発生により表わされるクロック遷移（この
際上記の信号ＴＢＣ”か発生する）時に、３つの２進カ
ウンタ８１．８２及び８３には値ｌかロードされる。

カウンタ８１のＱＤ出力端子により駆動される信号ＱＡ
３は交互に、１つのサンプルインターバルに対し発生さ
れ１つのサンプルインターバルに対し発生されなくなる
。信号ＴＢＣ”かカウンタをロードさせると、信号ＱＡ
３の遷移が生じる。信号ＭＡ３は信号ＱＡ３の論理否定
である。

位置差レジスタ対３３（第１１Ｃ図）は３つのデュアル
ポートレジスタファイル８５．８６及び８７（例えばＡ
ＭＤ２９７０５Ａ）を有し、これらのデュアルポートレ
ジスタファイルはそれぞれ１２ピット−８ワードレノス
タセット対を構成する。これらレジスタのうちの作業セ
ットはレジスタファイルのＢポートを用いて読出し及び
書込みのためにアクセスでき、これらレジスタのうちの
保持セットはレジスタファイルのＡポートを用いて読出
しのためにアクセスする。３つの加算器８８．８９及び
９０　（例えは７４ＬＳ２８３）は１２ピツト幅回路を
構成し、その出力はその人力をまたけ高めた、或いは】
たけ減少させた、或いは変化させないものに等しい。一
対の３状態バツフ了９１及び９２は１２ピツト幅回路を
構成し、この回路は信号Ｂ−ＬＯ“かケート６９を介し
て生せしめられた際に３つの加算器８８．８９及び９０
の人力を値零で駆動する。他のすべての時間では、３つ
の加算器８８．８９及び９０の入力はデュアルポートレ
ジスタファイル８５．８６及び８７のＢボート出力によ
り駆動される。加算器８８．８９及び９０の出力はレジ
スタファイル８５．８６及び８７のＢポート入力を駆動
する。

サンプル期間の開始時には、相補信号ＱＡ３及びＭＡ３
が状態を変化し、これにより、デュアルポートレジスタ
ファイルのＢポートにアクセスしうる８つのレジスタの
組をＡポートにアクセスしつるようにする。同様に、デ
ュアルポートレジスタファイルのＡポートにアクセスし
うるレジスタの組かデュアルポートレジスタファイル８
５．８６及び８７のＢポートにアクセスしうるようにな
る。従って、レジスタの作業セットとレジスタの保持セ
ットとか交換される。

サンプルインターバルの第１走査期間中、信号Ｂ−ＬＯ
”か生せしめられ、この信号により加算器８８゜８９及
び９０への人力を値零で駆動せしめる。信号ＱＡＯ，Ｑ
ＡＩ及びＱＡ２か各軸に対する作業レジスタを選択して
いる間、信号ＱＰＢＮ”及びＱＰＢＯ”か加算器８８、
８９及び９０の出力を制画し、選択された軸に対する型
染信号の評価に応じて＋１或いは一■或いは０の値を生
せしめる。

サンプルインターバルの残りの走査期間中は信号Ｂ−１
、Ｏｏか生せしめられず、加算器８８．８９及び９゜へ
の入力をデュアルポートレジスタファイル８５゜８６及
び８７のＢポート出力により駆動せしめる。信号ＱＡＯ
，ＱＡＩ及びＱＡ２か各軸に対する作業レジスタを選択
している間、信号ＱＰＢＮ”及びＱＰＢＯ”が加算器８
８．８９及び９０の出力を制御し、選択された軸に対す
る型染信号の評価に応して作業レジスタ値に＋ｌ或いは
−１或いは０を加える。

デュアルポートレジスタファイル８８．８９及び９゜内
のレジスタの保持セットは前のサンプルインターバル中
に累算された最終位置差値を含んでいる。

３つの信号ＭＡＯ，ＭＡＩ及びＭＡ２は、出力イネーブ
ル信号ＯＰＥ”か生した際にデュアルポートレジスタフ
ァイル８５．８６及び８７のＡポートでアクセスしつる
特定の軸に対するレジスタを識別する。

最終遷移時間レジスタ３４は３つのデュアルポートレジ
スタファイル９３．９４及び９５（例えば、ＡＭＤ２９
７０５Ａ）を有しており、これらは１２ビット−８ワー
ドレジスタセツトの対を構成している。これらレジスタ
のうちの作業セットはレジスタファイルのＢポートを用
いて書込みのためにアクセスでき、一方、これらレジス
タのうちの保持セットはレジスタファイルのＡボートを
用いて読出しのためにアクセスしうる。マルチプレクサ
９６．９７及び９８（例えば、７４ＬＳ２５７）は信号
ＴＳＥじにより制御される。この信号ＴＳＥＬ“か生じ
ると、マルチプレクサの出力は１つのサンプルインター
バル中の走査期間の数に等しい値となる。他のすべての
時間では、マルチプレクサ９６．９７及び９８の出力か
デュアルポートレジスタファイル９３．９４及び９５の
Ｂポート入力を駆動する。

サンプルインターバルの開始時には、レジスタの作業セ
ットとレジスタの保持セラ１へとか位置差レジスタ対３
３と同様に交換される。

サンプルインターバルの第１走査期間中信号ＴＷＮ”か
生せしめられ、これによりデュアルポートレジスタファ
イル９３．９４及び９５のＢポート入力における値を選
択された作業レジスタに書込みつるようにする。信号Ｑ
ＡＯ，ＱＡＩ及びＱＡ２が各軸に対する作業レジスタを
選択している間、信号ＴＳＥＬ”か書込むへき値を選択
する。選択された軸に対する型染遷移か生じなかった場
合、信号ＴＳＥＬ”か生し、これにより現在の時間源値
１を選択された作業レジスタに書込む。選択された軸に
対する型染遷移か生じた場合、信号ＴＳＥＬ”か生せし
められず、これによりサンプルインターバル中の走査期
間の数に等しい値を選択された作業レジスタに書込む。

サンプルインターバルの残りの走査期間中は信号ＴＳＥ
Ｌ”か生せしめられず、現在の時間源値をデュアルポー
トレジスタファイル９３．９４及び９５のＢポート入力
に供給する。信号ＱＡＯ，ＱＡＩ及びＱＡ２か各軸に対
する作業レジスタを選択している間、選択された軸に対
する型染遷移か生した場合に信号ＴＷＥ”か生せしめれ
、これにより現在の時間源値を選択された作業レジスタ
に書込む。

ＦＩＦＯインタフェース３５ては、コンピュータ３６に
よる要求時に、プログラマブル論理素子９９（例えばＰ
ＡＬ１６Ｒ６）かＦＩＦＯバッファに類似する方法て位
置差レジスタ対３３及び最終遷移時間レジスタ対３４の
保持レジスタセットに記憶された値の読出しを制御する
。すなわち、ＦＩＦＯインタフェース３５の、コンピュ
ータ３６による繰返しアクセスにより、軸か走査期間中
に評価された順序と同し順序で、型染の順次の軸に対し
位置差値か続く最終遷移時間値か伝達される。一対のマ
ルチプレクサ１００及び１０１　　（例えば、７４ＬＳ
２５７）は、保持レジスタからの１２ビツトデータか１
６ビツトに拡張された符号となるように接続されている
。信号ＣＡＩによる制御の下で、１６ビツト値の上側８
ビツトか信号ＩＤＯ〜ＩＤ７を駆動するか或いは下側８
ピツトか信号ＩＤＯ〜ＩＤ７を駆動する。

各サンプルインターバルの第１走査期間中、信号Ｂ−Ｌ
Ｏか発生することによりプログラマブル論理素子９９か
出力ＩＲＱ”を生せしめるようにし、且つその残りの出
力信号をそれらの初期状態にセットする。信号ＩＲＱ”
の発生が、サンプルインターバルか衿了し且つ累算され
た時間及び位置の値を読出し準備完了状態にあるコンピ
ュータ３６を表わす。

プログラマブル論理素子９９の他の出力の初期状態は信
号ＱＴＥ”の発生、信号ＴＰＥ”及びＱＰＥ“の非発生
、第１軸に対する保持レジスタを選択するＭＡＯ，ＭＡ
Ｉ及びＭＡ２である。信号ＱＴＥ”の発生により最終遷
移時間レジスタ対のうちの選択された保持レノスタにお
ける値かマルチプレクサ１００及び１０１の人力を駆動
しうるようにする。

コンピュータ３６は、信号ＣＡＬを用いて値の上側８ピ
ツトを選択し、次にプログラマブル論理装置９９のＴＰ
Ｅ”を生せしめる信号ＣＲＤ”を生せしめ、これにより
マルチプレクサ＋００及び１０１の出力をイネ−ブリン
クすることにより値を伝達する要求を発するっ又、この
時点ては信号ＩＲＱ”か生せしめられない。次に、コン
ピュータ３６は信号ＣＡＬを変化させて値の下側８ピン
トを選択し且つ２回目の信号ＣＲＤ“を生せしめ、これ
により前述したのと同様にしてマルチプレクサ１００及
びｌｏｔの出力をイネ−ブリングさせる。信号ＣＪ？り
”の２回目の発生に続いて、プログラマブル論理素子９
９は信号ＭＡＯ，ＭＡＩ及びＭＡ２を切替えて次の軸に
対する値を選択し、且つ信号ＱＴＥ”を生せしめるとと
もに信号ＱＰＥ”を生せしめずにデータの次の伝達に対
する準備をする。コンピュータ３６は、８つのすべての
軸に対する値か伝達されるまでデータを要求し続ける。

要するに、本発明によれば、電気的な雑音の環境中でも
正確に且つ効率良く動作するサーボ制御装置を提供しう
る。軸か運動している間に雑音か生しる場合には、グレ
ーコード信号の列を００．０１゜１１、０１．１１にで
き、これが、不正確さ、従って検出されず補償されない
場合に間違った速度計算を生せしめる瞬時的な逆方向運
動を表わす。本発明では、真の軸速度を計算するのに各
サンプルインターバル中の矩象遷移の代数和のみを用い
る方法及び装置により、上述した不正確さを排除する。

軸か休止状態にあって且つ電気的な雑音か生しる状態で
は、本発明によれば論理手段により受信信号のいかなる
誤った解釈をも排除し、真の軸位置を保つとともににサ
ーボ出力軸のいかなるジャンプをも排除する。本発明は
あらゆる場合に、１つ或いは複数の軸を有するサーボシ
ステムに対する軸速度及び軸位置を高精度に保つ。

本発明は上述した実施例に限定されず、幾多の変更をｊ
Ｊ［Ｉえうること勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は慣例のサーボシステムの主要素子のプ［フック
図、 第２図はタコメータを用いる従来のサーボ出力軸ｌ、の
線図、 第３図はタコメータを用いる従来のサーボシステムのブ
ロック図、 第□１図は本発明による速度及び位置測定装置を仔する
サーボシステムのブロック図、 第５図は軸か運動中における電気雑音かサーボシステム
に及はずＦ、Ｗの第１の例を示す図、第６図は軸か休止
中における電気雑音がサーボシステムに及はす影響の第
２の例を示す図、第７［１は第４図のサーボシステムに
使用される、本発明の原理を具現化した速度及び位置測
定装置のブロック図、 第８図は本発明サーボシステムにおける速度計算を説明
するための一連のサンプルインターバル中の位相遷移を
示すタイムチャート、 第９図は第６図の“休止時”の電気雑音の場合に対する
本発明による速度決定を示すフローチャート、 第１０図は本発明の原理を具現化したマルチアクシス装
置のブロック図、 第１１Ａ、　ＩＩＢ及びＩＩＣ図は第１０図のマルチア
クシス装置の詳細回路図である。 １０・・・アクチュエータ ｉｌ・・・フィードバック素子 １２・・・コントローラ　　　１３・・・モータ４・・
・負荷　　　　　　　１５・・・タコメータ６・・・軸
１７−・・コントローラ ７ａ・・・位置コントローラ ７ｂ・・・速度コントローラ ８・・・回転位置フィードバックシステム（位置センサ
） １９・・・位置センサ ２０・・・速度及び位置測定ブロック ２１ａ・・・位置コントローラ ２１ｂ・・・速度コントローラ ３０・・・クロック発生器　　３１・・計算器３２・・
・誘電状態マンノ　　３３・・・位置差レジスタ３４・
・・最終遷移時間レジスタ ３５・・・先入先出インタフェース ３６・・・コンピュータ ７３・・・クロック発振器　　７４・・・２進カウンタ
７５・・・Ｄ−ラッチ回路 ７６、７７・・・８段シフトレジスタ ７８・・・プログラマブル論理素子 ７９、８０・・・並列ロードシフトレジスタ８１、８２
．８３・・・２進カウンタ ８５、８６．８７．９３．９４．９５・・・デュアルポ
ートレジスタファイル ８８、８９．９０・・・加算器 ９６、９７．９８．１００．１０１・・・マルチプレク
サ９９・・・プログラマブル論理素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モータにより周期的に駆動されるサーボ軸の速度を
   タコメータを用いないで測定する方法が： −前記サーボ軸の動きから各サイクルをグ レーコードで表わすことのできる矩象ごとに遷移を有す
   る一対のオーバーラップする矩形波信号を発生する工程
   と； −クロックから一連の連続サンプルインタ ーバルを制定する一様に離間した多数のクロックパルス
   を発生する工程と； −選択した数のサンプルインターバルの期 間中に生ずる矩象遷移の代数和を表わす符号付きの値を
   読取る工程と； −各遷移が、これらの遷移を有している最 も新しい２つのサンプルインターバルの内の最終遷移と
   みなされる２つの矩象遷移間のクロックパルスの数を読
   取り、且つ計算する工程と； −サンプルインターバルの期間中の矩象遷 移の総数を選択矩象遷移間のクロックパルスの数で割算
   する工程； とを具えていることを特徴とするサーボ軸の速度測定方
   法。 ２、現行サンプルインターバルの最終矩象遷移が生じた
   際に、先入先出メモリを介して第１時間値を読取り、こ
   の第１時間値から先行のサンプルインターバルの最終遷
   移の第２時間値を差引き、これにより２つの選択矩象遷
   移間のクロックパルスの数を得る工程を含むことを特徴
   とする請求項１に記載の方法。 ３、前記サーボ軸を往復運動する軸とすることを特徴と
   する請求項１に記載の方法。 ４、先ず現行サンプルインターバルと先行サンプルイン
   ターバルの矩象位置の差が“２”又はそれ以上に相当す
   ることを確かめ、次いで軸速度を現行サンプルインター
   バルの最終矩象遷移の時間と先行サンプルインターバル
   の最終矩象遷移の時間との差で割った軸位置の差として
   計算する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の
   方法。 ５、先ず現行サンプルインターバルと先行サンプルイン
   ターバルの矩象位置の差が“２”以下であることを確か
   め、次いで矩象位置の差が零か、どうかを確かめ、且つ
   最終遷移の時間が現行サンプルインターバルの長さに等
   しいかどうか確かめ、現行サンプルインターバル中には
   矩象遷移が起こらなかったことを確かめ、測定速度が目
   下零として記録される場合に、その値を零のままとして
   、サーボ軸に対する出力信号がいずれも発生しないよう
   にする工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方
   法。 ６、−測定速度が目下零でないことを確認する工程と； −先の速度計算期間を、遷移がサンプルイ ンターバルの最終瞬時に発生した場合に由来する期間と
   比較する工程と； −前記後者の期間が前者の期間よりも大き い場合に、測定速度が最も新しく計算した速度よりも目
   下低い旨を確認し、この速度を記録する工程； とを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。 ７、速度が最も新しく計算した速度以下でないことを確
   認し、その後最終測定速度を不変とする工程を含むこと
   を特徴とする請求項６に記載の方法。 ８、−サンプルインターバル全体にわたる矩象位置の差
   が零か、否か、又最終遷移の時間がサンプルインターバ
   ルの長さに等しくないことを確認する工程と； −少なくとも２つの遷移が生じ、その代数 和が零であることを確認する工程と； −軸の速度も零であることを確認し、この 零速度を記録する工程； とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ９、−サンプルインターバル全体にわたる矩象位置の差
   の絶対値が１であることを確認する工程と； −速度を、最終矩象遷移と最後から２番目 の矩象遷移との間の期間である秒単位の時間で割った速
   度として計算する工程と； −サンプルインターバル全体にわたる矩象 位置の差の符号を調べ、その符号を最終矩象遷移の直ぐ
   前に先行する矩象遷移の符号と比較する工程と； −最終サンプルインターバル全体にわたる 矩象位置の差の符号が、最終矩象遷移の直ぐ前に先行す
   る矩象遷移の符号とは反対であるか、どうか確認する工
   程と； −前記符号が反対である場合に、斯る最後 の遷移は雑音であるとするか、軸が休止位置から始動し
   、その真の速度が零であると決定する工程と； −零速度を記録する工程； とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 １０、−最終サンプルインターバル全体にわたる矩象位
   置の差の符号が先の遷移の符号と同じであることを確認
   する工程と； −速度を最終遷移と最後から２番目の遷移 との間の期間で割った速度として計算する工程と； −前記計算速度を記録する工程； とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 １１、モータにより周期的に駆動されるサーボ軸の速度
   をタコメータを用いないで測定する装置が： −前記サーボ軸の動きから各サイクルをグ レーコードで表わすことのできる矩象ごとに遷移を有す
   る一対のオーバーラップする矩形波信号を発生する矩象
   手段と； −一連の連続サンプルインターバルを制定 する一様に離間した多数のクロックパルスを連続的に発
   生するクロック手段と； −サンプルインターバル中に生ずる矩象遷 移の代数和を表わす符号付きの値を読取るレジスタ手段
   と； −各遷移が、これらの遷移を有している最 も新しい２つのサンプルインターバルの内の最終遷移と
   みなされる２つの矩象遷移間のクロックパルスの数を決
   定する読取手段と； −サンプルインターバルの期間中の矩象遷 移の総数を選択矩象遷移間のクロックパルスの数で割る
   計算手段； とを具えていることを特徴とするサーボ軸の速度測定装
   置。 １２、前記レジスタ手段が： −第１サンプルインターバルにおける各矩 象遷移の時間を記録する第１レジスタ手段と；−前記第
   １サンプルインターバル中に発生 する矩象遷移の代数和を記録する第２レジスタ手段； とを具え、且つ前記コンピュータ手段が、前記第１サン
   プルインターバル中に発生する矩象遷移の代数和を、先
   行サンプルインターバルの最終遷移と第１サンプルイン
   ターバルの最終遷移との間の時間中のクロックパルスの
   総数によって割算する手段を含むことを特徴とする請求
   項１１に記載の装置。 １３、前記第１及び第２レジスタ手段からの出力に接続
   され、選択矩象遷移間のクロックパルス数を求めると共
   に、このクロックパルス数を前記コンピュータ手段に供
   給する先入先出メモリ手段を具えていることを特徴とす
   る請求項１１に記載の装置。 １４、前記サーボ軸を往復運動する軸としたことを特徴
   とする請求項１１に記載の装置。 １５、前記コンピュータ手段が、先ず現行サンプルイン
   ターバルと先行サンプルインターバルの矩象位置の差が
   “２”又はそれ以上に相当することを求める手段と；軸
   速度を現行サンプルインターバルの最終矩象遷移の時間
   と先行サンプルインターバルの最終矩象遷移の時間との
   差で割った軸位置の差として計算する手段とを含むこと
   を特徴とする請求項１１に記載の装置。 １６、前記コンピュータ手段が、先ず現行サンプルイン
   ターバルと先行サンプルインターバルの矩象位置の差が
   “２”以下であることを確認する手段と；矩象位置の差
   が零か、否か、又最終遷移の時間が現行サンプルインタ
   ーバルの長さに等しいか、否かを確認する手段と；現行
   サンプルインターバル中に矩象遷移が生じなかった旨を
   確認すると共に、測定速度が目下零として記録される場
   合に、その値を零のままとして、サーボ軸に対する出力
   信号が発生しないようにする手段とを含むことを特徴と
   する請求項１１に記載の装置。 １７、前記コンピュータ手段が： −測定速度が目下零でないことを確認する 手段と； −先の計算期間を、遷移がサンプルインタ ーバルの最終瞬時に発生した場合に由来する期間と比較
   する手段と； −前記後者の期間が前者の期間よりも大き い場合に、測定速度が最も新しい計算速度より目下低い
   旨を確認する手段と； −前記低い速度を記録する手段； も含むことを特徴とする請求１６に記載の装置。 １８、前記コンピュータ手段が： −サンプルインターバル全体にわたる矩象 位置の差が零か、否か、又最終遷移の時間がサンプルイ
   ンターバルの長さに等しくないことを確認する手段と； −少なくとも２つの遷移が既に生じ、その 代数和が零であることを確認する手段と； −軸の速度も零であることを確認する手段 と； −前記零速度を記録する手段； とを具えていることを特徴とする請求項１１に記載の装
   置。 １９、前記コンピュータ手段が： −サンプルインターバル全体にわたる矩象 位置の差の絶対値が１であることを確認する手段と； −速度を最終矩象遷移と最後から２番目の 矩象遷移との間の期間である秒単位の時間で割った速度
   として計算する手段と； −サンプルインターバル全体にわたる矩象 位置の差の符号を調べ、その符号を最終矩象遷移の直ぐ
   前に先行する矩象遷移の符号と比較する手段と； −最終サンプルインターバル全体にわたる 矩象位置の差の符号が、最終矩象遷移の直ぐ前に先行す
   る矩象遷移の符号とは反対であるか、どうかを確認し、
   前記符号が反対である場合に、前記最後の遷移は雑音で
   あるとするか、又は軸が休止位置から始動し、その真の
   速度が零であることを確認する手段と； −前記零速度を記録する手段； とを具えていることを特徴とする請求項１１に記載の装
   置。 ２０、前記コンピュータ手段が： −最終サンプルインターバル全体にわたる 矩象位置の差の符号が先の遷移の符号と同じじあること
   を確認する手段と； −速度を最終遷移と最後から２番目遷移と の間の期間で割った速度として計算する手段と； −前記計算速度を記録する手段； も含むことを特徴とする請求項１９に記載の装置。 ２１、複数個の前記軸に使用し、各軸からの信号を送出
   する先入先出メモリ手段及び多重化手段と、適当なデー
   タを前記軸の正しいデータとリンクさせる前記メモリ手
   段におけるラッチング手段とを具えていることを特徴と
   する請求項１１に記載の装置。 ２２、各軸に対する出力矩象信号を発生する複数個の各
   サーボ軸の速度を測定するための多軸サーボ制御装置で
   あって、当該多軸サーボ制御装置が： −連続タイミングパルスを発生するクロッ ク手段と； −前記クロック手段に接続され、タイミン グパルスを複数の走査期間に分けると共に、各矩象軸に
   対する長目のサンプルインターバルにも分けるカウンタ
   手段と； −各矩象軸に対する受信信号を同期させる と共に、これらの受信信号を識別する手段と、予め選択
   した数のクロックインターバルに対する矩象信号を遅延
   させて、現行走査期間中の各矩象軸の状態を表わす第１
   群の信号と、現行の直前の走査期間中にサンプリングし
   たのと同じ矩象軸を表わす第２群の信号とを発生する遅
   延手段と、現行走査期間中にサンプリングしたのと同じ
   各矩象軸に対する遷移の状態を先行走査期間中にサンプ
   リングしたのと同じ矩象軸に対する遷移の状態とを比較
   してクロックインターバル当たりのプリセット速度にお
   ける矩象遷移を評価するプログラマブル論理手段とを含
   む有限状態マシンと； −般も新しいサンプルインターバルの開始 位置と最終位置との間の位置の差を記憶する位置差レジ
   スタ手段と； −前記有限状態マシン及び前記カウンタ手 段に接続され、各軸に対する最終矩象遷移が生じた時間
   を記憶するための最終遷移時間レジスタ手段と； −前記レジスタ手段からの信号を同期させ る手段と； −前記同期手段及び前記カウンタ手段から の信号を利用して、各軸についての各最も新しいサンプ
   ルインターバルに対する速度を計算する計算手段； とを具えていることを特徴とする多軸サーボ制御装置。 ２３、前記複数のサーボ軸からの矩象信号を選択し、こ
   れらの選択した矩象信号を予め選定した順序で前記有限
   状態マシンに供給するマルチプレクサ手段を含むことを
   特徴とする請求項２２に記載の制御装置。 ２４、前記同期手段が先入先出インターフェース手段を
   具えていることを特徴とする請求項２２に記載の制御装
   置。 ２５、前記マルチプレクサ手段が８個までのサーボ軸か
   らの矩象データを連続的に受信し、これらのデータを予
   め選択した繰返し順序で前記有限状態マシンに伝送する
   手段を含むことを特徴とする請求項２３に記載の制御装
   置。 ２６、前記位置差レジスタが、先行サンプルインターバ
   ル中に累算した最終位置差の値を保有するレジスタファ
   イルの保持セットに接続したレジスタファイルの作業セ
   ットと、各サンプルインターバル中に前記ファイル間で
   データ交換する手段とを具えていることを特徴とする請
   求項２２に記載の制御装置。 ２７、前記最終遷移時間レジスタが、先行サンプルイン
   ターバル中の各矩象遷移の時間を保有するレジスタファ
   イルの作業セットと、各サンプルインターバル中に前記
   ファイル間でデータ変換する手段とを具えていることを
   特徴とする請求項２２に記載の制御装置。