JPH0348162A - モータの速度検出装置 - 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） 本発明はモータの速度検出装置ξにかかり、詳しくはパ
ルスエンコーダ（ロータリエンコーダ）を用いて速度の
検出を行なうサーボモータの速度制御システム等に適用
される速度検出装置に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の速度制御システムは第６図に示すように
構成されている。同図において、Ｍは速度制御されるＡ
Ｃサーボモータ等のモータ、ＰＥはモータＭに直結され
たパルスエンコーダ、ｌＯは速度検出部、２０は速度検
出部ｌＯから出力される速度検出値と速度指令との偏差
を出力する加算器、３０は上記偏差が入力される自動速
度調節器、４０はモータＭに供給する電流を制御する電
流制御部である。

この速度制御システムにおいて、パルスエンコーダＰＥ
からは第７図に示すようなほぼ９０°の位相差を持った
Ａ相パルス、Ｂ相パルスの二信号が出力される。従って
、これらの信号の周波数及び二相間の位相関係が分かれ
ば、モータＭの回転速度及び回転方向を検出することが
でき、速度検出部ｌＯではこの検出動作を行なっている
。なお、第７図に示した４逓倍パルスは、Ａ相パルス及
びＢ相パルスの立ち上がり、立ち下がりの各エツジを切
り出したものである。

次に、速度検出部１０における速度検出方式を詳細に説
明する。まず、エンコーダパルス（４逓倍パルス）の周
波・数は、第８図に示すように４逓倍パルスの複数パル
ス間の時間間隔Ｔｎ（ｓ）と、このＴｎ間に含まれるパ
ルス数ｎにより、 ｆ＝□　　　・・　（１） ｎ という式で求められる。なお、実際には第８図に示すよ
うな一定周期Ｔ０のサンプリングパルスとその前後の４
逓倍パルスとの時間間隔Ｔ、、Ｔ２を測定して、 ｆ＝　　　　　　　　　　　　・・・　（２）Ｔ、＋　
ＴニーＴ２ という式で求めることが可能である。

従ってモータＭの速度検出値Ｎは、（１）または（２）
式により、 Ｎ＝ｆ−ｋ　　・・・　（３） として求めることができる。ここで、ｋはパルスエンコ
ーダＰＥからの出力パルス数によって決まる定数である
。

（発明が解決しようとする課題） しかるに、上記（１）または（２）式によって周波数ｆ
を正確に求めることができるのは４逓倍パルスの周波数
が比較的高いときであり、サンプリングパルス間に４逓
倍パルスが一つも来ない可能性がある低速領域では、実
際問題として（１）〜（３）式による速度検出方式によ
って速度検出値Ｎを得ることは困難であった。

すなおち、モータＭの低速領域においてもエンコーダパ
ルスの周波数から速度を検出しようとすると、サンプリ
ング間隔を長くとらざるを得ず。

検呂遅れが大きくなって速度制御性能が低下するという
問題があった。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、モータの低速領域における
速度検出遅れを小さくし、モータの回転速度に関わらず
正確な速度検出を行なって速度制御性能の向上を図った
モータの速度検出装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、第１の発、明は、モータに接
続されたパルスエンコーダの出力パルスに基づいて前記
キータの回転速度を検出するモータの速度検出装置にお
いて、前記出力パルスから生成した逓倍パルスをサンプ
リングし、前記逓倍パルスの周波数を検出して出力をす
る周波数検出手段と、前記出力パルスのエツジを検出し
て一定期間は一定の大きさを有し、以後はその大きさが
零となるパルスを出力するパルス発生手段と、前記モー
タの高速運転時には前記周波数検出手段の出力に基づく
値を速度検出値とし、前記モータの低速運転時には前記
パルス発生手段の出力を速度検出値とするべく切り替え
動作する速度検出値切替手段とを備えたものである。

ここで、速度検出値切替手段による速度検出値の切替レ
ベルは、パルス発生手段の動作上限に設定することが望
ましい。

また、第２の発明は、モータの高速運転時に、前記モー
タに接続されたパルスエンコーダの出力パルスから生成
した逓倍パルスをサンプリングし、前記逓倍パルスの周
波数に基づいて前記（１）〜（３）式によりモータの回
転速度を検出する第１の速度検出方式と、モータの低速
運転時に、単安定的な速度検出方式により予め設定され
た値を速度検出値とする第２の速度検出方式とを選択可
能な第１の速度検出手段を備えた速度検出装置において
、連続する二つのサンプリング期間にそれぞれサンプリ
ングされた前記逓倍パルス数が共に１であり。

かつモータの回転方向が反転していることを検出してモ
ータの挙動が特殊モードにあることを判別するモード判
別手段と、前記特殊モードの際に予め設定された値を速
度検出−値として出力する第２の速度検出手段とを備え
たものである。

また、前記特殊モードにおいては、現在のサンプリング
期間での速度検出値を、前回のサンプリング期間におけ
る速度検出値と大きさが等しくかつ極性が反転した値と
することが好ましい。

（作用） 第１の発明によれば、モータの低速運転時には逓倍パル
スの周波数検出によることなく予め設定された一定値を
一定期間にわたって出力することにより速度検出値を得
るため、サンプリング期間の長期化による速度検出の遅
れ等の問題を生じることがなく、高速な速度検出及び高
精度な速度制御性能を実現することができる。

また、第２の発明によれば、モータのビビリ等に起因す
る特殊モードが発生した場合には、モード判別手段がこ
れを検出して第２の速度検出手段による設定値（例えば
前回のサンプリング期間で検出した速度検出値と大きさ
が等しく、かつ極性が反転した値）が速度検出値として
出力される。

これにより、モータの極低速運転時に前述の第１の速度
検出方式が適用されることがなくなり、回転速度の誤検
出によるモータの回転ムラが生じるのを防止することが
できる。

（実施例） 以下、図に沿って第１の発明の一実施例を説明する。第
１図はこの実施例の概略的な構成を示すもので、速度検
出装置１は、サーボモータＭに直結されたパルスエンコ
ーダＰＥと、このパルスエンコーダＰＥから出力される
Ａ相パルス、Ｂ相パルスがそれぞれ入力される周波数検
出手段２、パルス発生手段３及び切替判断手段４と、こ
の切替判断手段４の出力によって周波数検出手段２また
はパルス発生手段３の出力をモータＭの速度検出値とし
て出力するべく切替動作するスイッチ５とから構成され
ている。そして、上記速度検出装置１から出力される速
度検出値は、第６図と同様に速度指令との偏差の演算に
用いられる。なお、切替判断手段４及びスイッチ５は本
発明における速度検出値切替手段を構成している。

次に、この実施例の動作を第２図を参照しつつ説明する
。

まず、パルスエンコーダＰＥから出力されるＡ相パルス
及びＢ相パルスが第２図に示すとおりであるとすると、
これらの各相パルスのエツジを切り出した４逓倍パルス
は図示のようになる。この４逓倍パルスは周波数検出手
段２により検出され、前述した（１）〜（３）式を用い
てモータＭの速度検出値が算出される。

一方、４逓倍パルスはパルス発生手段３においても検出
されており、パルス発生手段３では、４逓倍パルスに基
づいて第２図に示す如く一定時間τ。は大きさが一定値
Ｎ０であり、その後は零となるような単安定的なパルス
を出力する。

ここで、４逓倍パルス（エンコーダパルス）の数をｐｅ
とおき。

０ Ｎ０＝　　　　　　　　　　・・・（４）τｏ’Ｐｅ とすると、速度検出値Ｎ、の平均値Ｎ０は、（ｎ、：モ
ータＭの回転数（ｒｐ−））であるから、（４）式を（
５）式に代入すれば、Ｎｏ＝ｎ、　　　　・・・（６） となり、平均的に見れば速度検出をしていることになる
。この方式は、速度検出装置として周波数／電圧変換器
からフィルタを除いたものと等価になっており、速度検
出遅れが小さいものである。

従って、第１図において、切替判断手段４により例えば
４逓倍パルスの間隔を常時監視しておき、このパルス間
隔が短い（４逓倍パルスの周波数が高い）ときはモータ
Ｍが、高速回転している場合であるから、スイッチ５を
周波数検出手段２側に切り替えて速度検出値を得る。ま
た、前記パルス間隔が長い（４逓倍パルスの周波数が低
い）ときはモータＭが低速回転している場合であるから
、スイッチ５をパルス発生手段３側に切り替えて第２図
に示したようなパルスを速度検出値として出力する。

これにより、モータＭの低速領域においても検出遅れの
少ない速度検出装置を実現することができ、モータＭの
速度制御性能を大幅に高めることができる。

なお、切替判断手段４による切り替えの速度レベルをパ
ルス発生手段３の動作上限に設定すると、出″カパルス
の大きさＮｏが最も小さくなり、この速度検出値をフィ
ードバックして速度制御を行なったときのトルクリップ
ルを最小にすることができる。

また、上述した速度検出装置１の構成は、ハードウェア
またはソフトウェアの何れによっても実現可能である。

以上のようにこの発明は、モータＭの高速運転時には前
記（ｌｏ）〜（３）式に従って周波数検出手段２により
速度を検出する第１の速度検出方式と、モータＭの低速
運転時にはパルス発生手段３により一定の速度検出値Ｎ
０を一定期間τ。にわたって出力し、その後、速度検出
値を零にするといういわば単安定的な第２の速度検出方
式とを４逓倍パルスの周波数に応じて切り替えるもので
ある。

しかしながら、上記第１の発明では、モータＭの極低速
運転時のある特殊モードで速度を誤検出する可能性があ
り、その場合にはモータＭに大きな回転ムラが生じるこ
とがあった。具体的にこの特殊モードが発生するメカニ
ズムを第３図及び第４図を用いて説明する。

ここで、第３図はパルスエンコーダＰＥ内部の発光ダイ
オード（以下、ＬＥＤという）５１及びスリット５２の
位置関係を概略的に示したものであり、また、第４図は
例えばＢ相パルス及び周波数検出手段２におけるサンプ
リングパルスの各時刻での状態を示している。

いま、第４図に示す時刻ｔ□からｔ２の間においてモー
タＭはほぼ停止状態であり、エンコーダのＢ相パルスを
生成するＬＥＤ５１とスリット５２との位置関係は第３
図（ａ）のとおりであったとする。

この時１時刻ｔ□〜ｔ２間でＢ相パルス及びＡ相パルス
の論理的な変化はないため、サンプリングパルスに１〜
に２のサンプリング期間では４逓倍パルスが発生するこ
とはない、従って、前述したパルス発生手段３による単
安定的な第２の速度検出方式（第２薗参照）によれば、
モータＭの速度検出値は零またはＮｌ、となる。

次に、第４図の時刻ｔ３において、モータＭのビビリ等
によってスリット５２が微小幅偏位し、ＬＥＤ５１との
位置関係が第３図（ｂ）のようになると。

第４図に示すととくＢ相パルスの論理が反転する。

そして、微小時間経過後の時刻ｔ４にサンプリングパル
スに３が発生したとすると、この−場合には先の（１）
〜（３）式による第１の速度検出方式が適用されること
になる。すなわち、サンプリングパルスに２〜に、のサ
ンプリング期間の速度検出値は、（３）式より、 （ｍ：前回の４逓倍パルスが入力されてから今回の４逓
倍パルスが入力されるまでのサンプリング力となる。

次いで、微小時間後の時刻ｔ、において、ビビリのゆり
戻しによりスリット５２が微小幅偏位し、元の第３図（
ａ）の位置に戻ったとすると、Ｂ相パルスの論理が再び
反転する７、以後、モータＭが再びほぼ停止状態となり
、吹のサンプリングパルスに４が発生する時刻ｔ６に至
ったとすると、サンプリングパルスに３〜に４のサンプ
リング期間における速度検出値は、同じ＜（３）式によ
り、Ｎ＝ｆ−に＝　　　　　　　　　　　　・ｋＴｏ＋
（ｔ４　　　ｔ３）−（ｔｉ　　　ｔｓ）となる。

ここで、上式の右辺の分母内は（ｔ、−ｔ３）＝Ｑ。

（ｔａ　　ｔ、）＝Ｔ、となり、速度検出値Ｎは実際の
モータＭの動きとは異なった非常に大きな値となってし
まう。このため、速度検出装置１からの誤検出出力に基
づいてモータＭを速度制御することになり、結果的に前
述した回転ムラを生じることになる。

このことは、モータＭの極低速運転時において単安定的
な速度検出を行わなければならないはずのものが、モー
タＭのビビリ現象のように速度検出が不可能な動作によ
って一見高周波のパルスが周波数検出手段２に入力され
て検出される結果、（１）〜（３）式による速度検出を
行なわざるを得ないことに起因していた。

そこで第２の発明は、モータの極低速運転時にもその速
度を正確に検出して回転ムラの発生を防止するようにし
たものである。

以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

第５図は、この実施例にかかる速度検出装置ＩＡの構成
を示したものであり、この速度検出装置ＩＡは、サーボ
モータＭに直結されたパルスエンコーダＰＥと、このパ
ルスエンコーダＰＥから出力されるＡ相パルス、Ｂ相パ
ルス及びサンプリングパルスが入力されるパルス数／時
間計測手段６と、このパルス数／時間計測手段６から出
力される４逓倍パルス数１回転方向検出信号及びサンプ
リングパルスが入力されるモード判別手段７と、このモ
ード判別手段７の出力信号によってモータＭの速度を検
出する第１の速度検出手段８Ａ及び第２の速度検出手段
８Ｂとからな９ており、これらの速度検出手段８Ａ、８
Ｂから出力される速度検出値は第６図と同様に速度指令
との偏差の演算に用いら九る。

しかして、パルス数／時間計測手段６は、Ａ相パルス、
Ｂ相パルス及びサンプリングパルスから。

サンプリングパルス間に入力された４逓倍パルスの数、
モータＭの回転方向及び第８図に示した時間Ｔユ、Ｔ２
を測定し、これらをモード判別手段７及び第１の速度検
出手段８Ａにそれぞれ出力する。

モード判別手段７は、４逓倍パルス数とモータＭの回転
方向及びサンプリングパルスに基づいて、第１の速度検
出手段８Ａによる通常モード時の速度計算を行なうか、
あるいは、第２の速度検出手段８Ｂによる特殊モード時
の速度検出を行うかを判別し、その判別結果に応じて第
１または第２の速度検出手段８Ａ、８Ｂを選択的に動作
させるものである。

ここで、上記通常モードとは、モータＭの高速運転時に
前述した第１の速度検出方式を実行し、またモータＭの
低速運転時に第２の速度検出方式を実行するモードであ
る。更に、特殊モードとは、サンプリングパルスから検
出したあるサンプリング期間（第ｎサンプリング期間）
内に入力された４逓倍パルス数が１であってモータＭの
回転方向がｃｗ（ｃｃｗ）方向であり、かつ、次のサン
プリング期間（第ｎ＋１サンプリング期間）内に入力さ
れた４逓倍パルス数が１であってモータＭの回転方向が
ｃｃｗ（ｃ、ｗ）方向であるモードである。

すなわち、このように連続するサンプリング期間内の入
力パルス数が何れも１であってモータＭの回転方向が反
転している場合は第４図に示したような状態であるから
、前記第１の速度検出方式では回転速度を誤検出する恐
れがあるため、第２の速度検出手段４Ｂから予め設定さ
れた値が速度検出値として圧力される。この場合の設定
値としては、第ｎ＋１サンプリング期間における速度検
出値を、第ｎサンプリング期間（すなわち前回）におけ
る速度検出値と大きさが等しくかつ極性が反転した値と
することが考えられる。

また、この特殊モード以外のモードでは、第１または第
２の速度検出方式を採っても誤検出の恐れがないことか
ら、モータＭの回転速度の高低に応じて、第１の速度検
出手段４Ａを介し何れかの速度検出方式によりモータＭ
の速度を求めるものである。

なお、第５図に示した速度検出装置ＩＡの構成は、ＣＰ
Ｕ等によるソフトウェア処理によっても容易に実現する
ことができる。

また、上記第１及び第２の発明の原理自体は。

直線運動する移動物体の速度検出にも適用可能である。

（発明の効果） 以上のように第１の発明によれば、モータの高速運転時
には逓倍パルスの周波数から速度検出値を求め、モータ
の低速運転時には単安定的に一定値を一定期間の速度検
出値とじて、その後これを零とするものであるから、低
速運転時における検出遅れが小さくなり、速度制御性能
を向上させることができる。

また、第２の発明によれば、速度を誤検出するおそれの
ある特殊モードであるか否かを判別して速度検出方式を
切り替えるものであるから、モータの極低速運転時等に
おける回転ムラの発生を防止して正確な速度制御システ
ムを実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示す速度検出装置のブ
ロック図、第２図はその動作説明図、第３図及び第４図
は第１の発明の詳細な説明するためのもので、第３図（
ａ　）、（ｂ　）はパルスエンコーダ内部の概略説明図
、第４図はパルスエンコーダの出力パルス及びサンプリ
ングパルスの各時刻における状態を示す図、第５図は第
２の発明の一実施例を示す速度検出装置のブロック図、
第６図ないし第８図は従来の速度検出方式を説明するた
めのもので、第６図はモータの速度制御システムのブロ
ック図、第７図はパルスエンコーダの出力パルス等の説
明図、第８図は４逓倍パルス及びサンプリングパルスの
説明図である。 １、ＩＡ・・・速度検出装置 に口 ｊ＋１ ５１０−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータに接続されたパルスエンコーダの出力パル
   スに基づいて前記モータの回転速度を検出するモータの
   速度検出装置において、 前記出力パルスから生成した逓倍パルスをサンプリング
   し、前記逓倍パルスの周波数を検出して出力する周波数
   検出手段と、 前記出力パルスのエッジを検出して一定期間は一定の大
   きさを有し、以後はその大きさが零となるパルスを出力
   するパルス発生手段と、 前記モータの高速運転時には前記周波数検出手段の出力
   に基づく値を速度検出値とし、前記モータの低速運転時
   には前記パルス発生手段の出力を速度検出値とするべく
   切り替え動作する速度検出値切替手段とを備えたことを
   特徴とするモータの速度検出装置。
2. （２）速度検出値切替手段による周波数検出手段の出力
   からパルス発生手段の出力への切替レベルを、パルス発
   生手段の動作上限に設定した請求項（１）記載のモータ
   の速度検出装置。
3. （３）モータの高速運転時に、前記モータに接続された
   パルスエンコーダの出力パルスから生成した逓倍パルス
   をサンプリングし、前記逓倍パルスの周波数に基づいて
   モータの回転速度を検出する第１の速度検出方式と、モ
   ータの低速運転時に、予め設定された値を速度検出値と
   する第２の速度検出方式とを選択可能な第１の速度検出
   手段を備えた速度検出装置において、 連続する二つのサンプリング期間にそれぞれサンプリン
   グされた前記逓倍パルス数が共に１であり、かつモータ
   の回転方向が反転していることを検出してモータの挙動
   が特殊モードにあることを判別するモード判別手段と、 前記特殊モードの際に予め設定された値を速度検出値と
   して出力する第２の速度検出手段とを備えたことを特徴
   とするモータの速度検出装置。
4. （４）特殊モードにおける現在のサンプリング期間での
   速度検出値が、前回のサンプリング期間における速度検
   出値と大きさが等しくかつ極性が反転した値である請求
   項（３）記載のモータの速度検出装置。