JPH04340469A - モータ速度検出装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ速度検出装置に
関し、より具体的にはインクリメント型のロータリエン
コーダを用いてモータの回転速度を検出するものにおい
て、低速域においても精度良く検出することができる様
にしたモータ速度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータ速度、例えば位置制御に用いられ
るサーボモータの回転速度を検出する場合、一般的には
光学式又は磁気式のロータリエンコーダを用いて測定し
ている。その測定手法としてはエンコーダ出力パルス、
すなわち互いに９０°位相のずれたφＡ、φＢのパルス
を所定時間カウントして速度を求めるパルスカウント法
と、パルス間の時間間隔を計測してその逆数から速度を
求める周期測定法とがある。前者は高速域では精度が良
いが、速度が低くなるにつれて出力パルス数が減少して
精度が悪化し、更に速度が低下すると所定時間内に殆ど
パルスが生じなくなるため、その様な回転域ではパルス
間の時間間隔を計測する周期測定法が用いられることに
なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】周期測定法を用いてモ
ータ速度を測定する場合でも、極低速になるとパルス間
隔が更に大きくなって、図６に示す様に、φＡあるいは
φＢパルスの周期Ｔが速度検出のサンプリング周期Ｓよ
り長くなってしまいエンコーダパルス周期の検出が不可
能となることがある。その結果検出遅れとなって位置・
速度制御等を行うとき等、十分な制御精度を期待するこ
とができなくなる。その様な不都合に応えるため、φＡ
あるいはφＢのいずれかの信号の立上がり端と立下がり
端でパルスを得てこのパルス間の長さＴ２を測定する２
逓倍法あるいはφＡ、φＢの各信号の立上がり端と立下
がり端でパルスを得てこのパルス間の長さＴ４を測定す
る４逓倍法で周期測定することが行われている。例えば
４逓倍すれば、更に１／４の速度まで検出することがで
きる。

【０００４】この様に周期測定パルスを増加するために
、例えば４逓倍法ではエンコーダのφＡ、φＢの信号の
出力の立上がり端と立下がり端に同期して周期測定パル
スを得ることになるが、エンコーダから出力されるパル
ス信号（図７（ｂ）、図８（ｂ））の元となるエンコー
ダの内部の実際の信号（図７（ａ）、図８（ａ））は、
図７に示す波形の歪みや図８に示すオフセットのズレが
発生するので、十分な位相精度を得ることが困難である
。すなわち、図７及び図８に示す如く、各相の周期ｔ３
，ｔ４は必ずしも１周期Ｔを２等分した値にはならない
。一般的には、例えば４逓倍したとき各相はＴ／４±Ｔ
／８程度の精度しか得ることができないとされている。

【０００５】従って、本発明の目的は上記した欠点を解
消し、４逓倍法と同様の分解能まで測定できると共に、
その位相精度の劣化を補償して精度良くモータ速度を検
出することができる様にしたモータ速度検出装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を解決する
ために、本発明は、エンコーダから出力される互いに９
０°位相のずれた第１あるいは第２の信号の周期を所定
時刻毎に測定してモータ速度を検出するモータ速度検出
装置において、前記第１と第２の信号の各反転信号を形
成する手段、前記第１と第２の信号並びにその各反転信
号の周期をそれぞれ測定する周期測定手段、前記所定時
刻毎にその直前に周期測定を終了した周期測定手段を識
別する手段、前記識別された周期測定手段により測定さ
れた第１、第２あるいはその各反転の信号のいずれかの
周期に従ってモータ速度を算出する手段を備える如く構
成した。

【０００７】

【作用】図７及び図８において分割した信号の位相精度
は必ずしも十分なものではないが、エンコーダパルスの
１周期ｔ１，ｔ２自体は、周波数に依存することから周
波数が大きく変動しない限り、比較的精度が良い値とな
る。本発明者はその点に着目してこの発明をなしたもの
であり、エンコーダからの互いに９０°位相のずれた信
号並びにこれらの反転信号の４種類の信号を形成してい
る。これらの信号はいずれもエンコーダパルスの１周期
に対応する周期を有している。従って、本発明では、こ
れらの信号の各周期を測定し、サンプリング時点でのそ
の直前に測定されたいずれかの周期を速度演算に使用す
る。従って、４逓倍の倍数でエンコーダパルスの１周期
を測定していることになり、精度良いモータ速度の検出
が可能になる。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面に即して本発明の実施例を説
明する。図１は本発明が用いられる位置制御用のサーボ
モータの速度制御を例にとって本発明の全体構成を概念
的に示す説明図である。

【０００９】図において符号１０はサーボモータを示し
ており、その出力軸と同軸にロータリエンコーダ１２が
取着され、出力軸の回転に応じて正弦波信号を出力する
。その出力は速度検出部１４に送られてモータ回転速度
が検出され、ＣＰＵ１６はそれに基づいて指令値との偏
差を求めて制御値を決定し、Ｄ／Ａ変換回路１８及びパ
ワーアンプ２０を介してサーボモータ１０に供給し、サ
ーボモータの速度を速度指令値に調節する。尚、本発明
の要旨は速度検出自体にあるので、以下その点に焦点を
おいて説明する。

【００１０】図２は速度検出部１４の詳細を示すブロッ
ク図である。速度検出部１４は立上がりエッジパルス発
生回路１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ及びデ
ィレイ回路１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄを
備えており、更にその次段にはタイマカウンタ１４２ａ
，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄとラッチ回路１４３ａ
，１４３ｂ，１４３ｃ，１４３ｄを備える。エンコーダ
出力から図示しないパルス整形回路を介して図３に示す
φＡ，φＢ信号が形成され、立上がりエッジパルス回路
１４０ａ，１４０ｂに入力され、その立ち上がりエッジ
に同期して所定幅のパルスが形成され、その出力により
ラッチ回路１４３ａ，１４３ｂが作動されカウンタ１４
２ａ、１４２ｂの内容が各ラッチ回路にラッチされる。 またφＡ，φＢパルスはインバータ回路１４４ａ，１４
４ｂを介してそれと逆相のφＡ（反転）・パルスとφＢ
（反転）・パルスが形成され、それらは第３、第４の立
上がりエッジパルス発生回路１４０ｃ，１４０ｄからラ
ッチ回路１４３ｃ，１４３ｄに送られ、図３に示すタイ
ミングでカウンタ１４２ｃ、１４２ｄのカウント値が各
ラッチ回路にラッチされる。各ラッチ回路１４３の出力
は、前記したＣＰＵ１６に接続される。

【００１１】また各立上がりエッジパルス発生回路１４
０の出力はそれぞれディレイ回路１４１に接続されてお
り、そこで図３に示す様に各ラッチパルスより少し遅延
したカウンタクリアパルスが形成され、その出力は各タ
イマカウンタ１４２のクリア端子に接続される。各タイ
マカウンタ１４２のクロック端子には基準クロック信号
ｆ０が送られる。従って、各タイマカウンタ１４２ａ〜
１４２ｄは、φＡ，φＢ，φＡ（反転）及びφＢ（反転
）の各信号についてクリアパルス発生時点から次のラッ
チパルス発生時点までの経過時間を計測する（図３には
φＡ信号についてのみ示した）。この計測値はφＡ，φ
Ｂ，φＡ（反転）及びφＢ（反転）信号の周期の計測値
に略一致しており、各ラッチパルスに同期してこれらの
周期の計測値が対応したラッチ回路１４３ａ〜１４３ｄ
に取り込まれる。

【００１２】速度検出部１４は更にＮＯＲ回路１４５及
びその次段に４個のＤフリップフロップ１４６ａ，１４
６ｂ，１４６ｃ，１４６ｄを備える。ＮＯＲ回路の入力
端子には前記４個の立上がりエッジパルス発生回路１４
０の出力が接続されており、ＮＯＲ回路１４５の出力端
子は各Ｄフリップフロップ１４６のクリア端子に接続さ
れる。またＤフリップフロップ１４６の各クロック端子
には前記ディレイ回路１４１の出力がそれぞれ接続され
ると共に、そのＤ端子は全て電源電圧に接続される。Ｄ
フリップフロップ１４６の各出力は、ＣＰＵ１６に接続
される。各Ｄフリップフロップは、φＡ，φＢ，φＡ（
反転）及びφＢ（反転）信号の立上がりエッジに同期し
てクロックされるので、後述するように所定時点より直
前に周期の計測を終了したタイマカウンタがどれである
かを識別することができる。

【００１３】続いて図５のフロー・チャートを参照しつ
つ本装置の動作を説明する。

【００１４】前記したＣＰＵ１６において本装置は０．
５ｍｓ等の適宜なタイマ割り込みで起動され、タイマカ
ウンタ値のサンプリングが行なわれる。この割り込みが
行なわれる前に位置制御を行なう場合には、トルク指令
出力、速度検出、速度偏差演算、ＰＩ補償演算等が行な
われる。Ｓ１０でＤフリップフロップ１４６のＱ出力が
Ｈレベルに立ち上がったものを判別する。この点につい
て図２〜図４を参照して説明すると、前述の如く、位相
がそれぞれ９０度づつずらされたφＡ，φＢ，φＡ（反
転）及びφＢ（反転）信号の４種の信号について、それ
ぞれの１周期がタイマカウンタ１４２で時間計測される
が、その計測の終了を決定するラッチパルスに同期して
その計測値が各ラッチ回路に記憶される。また各ラッチ
パルスは図２及び図４で示す様にＮＯＲ回路１４５に入
力され、そこからいずれかのラッチパルスの立ち上がり
タイミングにＬレベルとなる出力がＤフリップフロップ
のクリア端子に送られる。

【００１５】他方、ＤフリップフロップのＤ端子は常時
Ｈレベルであることから、そのクロック端子に図３に示
したクリアパルスが入力された時点でその立ち上がりタ
イミングに同期してＱ端子出力がＨレベルとなり、その
Ｈレベル状態は次のラッチパルスが立ち上がる時点まで
継続する。即ち、φＡ等の４種の信号についてタイマカ
ウントを開始すると同時に、対応するＤフリップフロッ
プのＱ出力はＨレベルとなり（例えば、φＡ信号にはＤ
フリップフロップ１４６ａが対応する）、その状態は次
の信号についてタイマカウントが開始されるまで継続す
る。この様にして、ＣＰＵ１６はタイマ割り込みを受け
たサンプリング時点で、その直前に４個のＤフリップフ
ロップ１４６のどれがＨレベルであったか否か判断する
ことにより、どの信号の周期データが最新のものである
かを判別することができる。例えば、図３のサンプリン
グ・タイミングが「イ」の時点であったとするとφＡの
測定データを、「ロ」であればφＢ（反転）の測定デー
タを選択することになる。図５フロー・チャートにおい
て続いてＳ１２で対応するタイマカウンタ出力Ｔｎを選
択し、Ｓ１４でその逆数に所定の係数Ｂを乗じて速度Ｖ
を算出する。

【００１６】本実施例は上記の如く構成したので、従来
の４逓倍法と同様の分解能で回転速度を検出することが
できると共に、測定する周期は１／４周期ではなく１周
期全体であることから、波形歪みやオフセットのズレの
影響を受けることがない。従って、最新のデータを精度
良く得ることができる。

【００１７】尚、本実施例をロータリエンコーダを用い
たサーボモータの回転速度を検出する場合を例にとって
説明したが、それに限られるものではなく、更にはリニ
ヤエンコーダを用いた速度検出にも応用できるものであ
る。

【００１８】また、上記実施例では、１４６でＤフリッ
プフロップを用いた例を示したが、周知のＪＫフリップ
フロップを用いてＤフリップフロップと等価な結線をし
てもよいことはいうまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、エンコ
ーダから出力される互いに９０°位相のずれた第１ある
いは第２の信号の周期を所定時刻毎に測定してモータ速
度を検出するモータ速度検出装置において、前記第１と
第２の信号の各反転信号を形成する手段、前記第１と第
２の信号並びにその各反転信号の周期をそれぞれ測定す
る周期測定手段、前記所定時刻毎にその直前に周期測定
を終了した周期測定手段を識別する手段、前記識別され
た周期測定手段により測定された第１、第２あるいはそ
の各反転の信号のいずれかの周期に従ってモータ速度を
算出する手段を備える如く構成したので、各信号の個数
まで分解能を上げることができると共に、測定する周期
は１周期全体であることから信号整形時の波形歪みやオ
フセットずれ等の位相精度の悪化の影響を受けることが
殆どなく精度良くモータ速度を検出することができる。 更に、測定時刻の直前に計測し終えたデータを判別して
使用することから、検出遅れの程度が少なく、前記した
効果とあいまって一層精度良くモータ速度を検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】サーボモータの速度制御を例にとって本発明の
全体構成を概略的に示す説明図である。

【図２】図１中の速度検出部の詳細を示すブロック図で
ある。

【図３】図３に示した速度検出部の動作を各信号の周期
測定を中心に示すタイミング・チャートである。

【図４】図３に示した速度検出部の動作を周期測定を終
えた信号の判別を中心に示すタイミング・チャートであ
る。

【図５】本発明に係るモータ速度検出装置の動作を示す
フロー・チャートである。

【図６】４逓倍法を含むロータリエンコーダによる回転
量検出を一般的に示す説明図である。

【図７】ロータリエンコーダ出力の波形歪みを一般的に
示す説明図である。

【図８】ロータリエンコーダ出力のオフセットずれを一
般的に示す説明図である。

【符号の説明】

１０　　サーボモータ １２　　ロータリエンコーダ １４　　速度検出部 １６　　ＣＰＵ １８　　Ｄ／Ａ変換回路 ２０　　パワーアンプ １４０（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）　　立上がりエッジパルス発
生回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンコーダから出力される互いに９０
   °位相のずれた第１あるいは第２の信号の周期を所定時
   刻毎に測定してモータ速度を検出するモータ速度検出装
   置において、前記第１と第２の信号の各反転信号を形成
   する手段、前記第１と第２の信号並びにその各反転信号
   の周期をそれぞれ測定する周期測定手段、前記所定時刻
   毎にその直前に周期測定を終了した周期測定手段を識別
   する手段、前記識別された周期測定手段により測定され
   た第１、第２あるいはその各反転の信号のいずれかの周
   期に従ってモータ速度を算出する手段、を備えたことを
   特徴とするモータ速度検出装置。
2. 【請求項２】　　前記第１と第２の信号がエンコーダか
   ら出力されるφＡ、φＢ信号であることを特徴とする請
   求項１に記載のモータ速度検出装置。
3. 【請求項３】　　前記各周期測定手段は、対応する第１
   、第２あるいはその各反転信号の信号立上がり端毎に基
   準クロックを計数するカウンタであることを特徴とする
   請求項１または２に記載のモータ速度検出装置。
4. 【請求項４】　　前記カウンタの計数値が第１、第２あ
   るいはその各反転信号の信号立上がり端に同期してラッ
   チされることを特徴とする請求項１から３までのいずれ
   か１項に記載のモータ速度検出装置。
5. 【請求項５】　　前記識別手段は、第１、第２あるいは
   その各反転信号の信号立上がり端によりクロックされ、
   続く第１、第２あるいはその各反転信号によりクリアさ
   れるフリップフロップであることを特徴とする請求項１
   から３までのいずれか１項に記載のモータ速度検出装置
   。