JPH0471185B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はモータまたはモータにより駆動される
移動体の速度検出方法に関する。

［従来の技術］ 従来、モータまたはモータにより駆動される移
動体の速度および位置を検出する手段として、速
度の検出にはタコジエネレータが用いられ、位置
の検出にはパルスジエネレータが用いられてき
た。ところがパルスジエネレータを用いて速度検
出を行なうこともできるので、検出器としてパル
スジエネレータのみを用いてモータまたはモータ
により駆動される移動体の位置と速度を検出する
方法が用いられている。これはパルスジエネレー
タのみを用いる方がコストの面で有利になるため
である。

ところでパルスジエネレーターを用いて速度を
検出する方法として従来から種々の方法が提案さ
れている。

第１図はモータ速度検出装置の従来例のブロツ
ク図、第２図、第３図はその速度検出方法の説明
図である。

第１図に示す従来例は、モータ１０１の回転軸
が所定量ΔX回転するたびに１パルスの信号を発
生するパルスジエネレータ１０２の出力パルスを
一定のサンプリング周期ΔTの間、カウンタ１０
３で計数し、この計数値Ｎをサンプリングパルス
が入力されるたびにレジスタ１０４に転送し、カ
ウンタ１０３をリセツトして、レジスタ１０４の
値Ｎをマイコン１０５が読みとり、次の(1)式の演
算を行なうことにより速度を検出する装置であ
る。

Ｖ＝Ｎ／ΔT×ΔX＝Ｎ・ΔX／ΔT ……(1) なお、この(1)式により計算された速度Ｖ（デイ
ジタル値）はマイコン１０５内のレジスタに格納
され、そしてこのデイジタル値をデイジタル／ア
ナログ変換器に入力することにより速度Ｖのアナ
ログ値が得られる。

現在用いられているサーボ系にタコジエネレー
タの速度検出信号のかわりにこの値を加えること
により速度制御を行なうことができる。

ところが、この装置では、第２図ｂに示すよう
に、サンプリングパルスSP１とSP２の１サンプ
リング期間に、モータ１０１が実際は角度θ_r回転
しているにもかかわらず、カウンタ１０３には角
度θ_o、すなわちＮ×ΔXに相当するパルス数Ｎし
か計数されておらず、最大でおよそ１パルス分の
計数誤差を生ずるので、高速度時のように計数値
Ｎの値が大きいときはこの誤差は無視できるが低
速度になると計数値Ｎの値が小さくなるので、精
度よく速度の検出をおこなうことができなくなる
という欠点がある。特にサンプリング周期ΔTよ
りもパルスの周期が長くなると、検出速度が断続
するようになり、これは速度制御ムラとして制御
系にあらわれることとなり、重大な問題である。

そこで、速度の検出を低速度時に精度よくおこ
なうためにはパルスジエネレータ１０２の１回転
あたりに発生するパルスの数を多くするか、サン
プリング周期ΔTを長くしなければならない。

ところが、パルスジエネレータ１０２の発生す
るパルスの数は検出装置の大きさ、コストから限
界があり、サンプリング周期ΔTは速度制御系の
応答性を考慮すると１ｍｓ程度以下でなければな
らないという問題がある。ここで、パルスジエネ
レータ１０２の１回転あたりのパルス数を１万パ
ルスとし、サンプリング周期ΔTを１ｍｓとする
と、モータ１０１が1rpmの低速度で回転してい
る時にパルスジエネレータ１０２の発生するパル
ス周期は６ｍｓとなる。つまり、第３図ａ，ｂに
示すように、６サンプリング期間に１回パルスが
発生することになるので、(1)式によつて計算され
る速度は第３図ｃに示すように断続し、速度を正
確に検出することができない。

第４図は、低速時における速度を正確に検出す
るようにしたモータ速度検出装置の従来例のブロ
ツク図、第５図はその速度検出方法の説明図であ
る。

第４図に示す従来例は、クロツクジエネレータ
１１２と、カウンタ１１３と、レジスタ１１４
と、回転方向判別回路１１５が第１図の従来例に
おけるカウンタ１０３とレジスタ１０４の代りに
設けられている。

今、パルスジエネレータ１０２が、第５図ｂに
示すように、１パルスPG１発生すると、カウン
タ１１３の値をレジスタ１１４に転送するととも
にカウンタ１１３をリセツトする。すると、カウ
ンタ１１３はクロツクジエネレータ１１２が発生
するクロツクパルスの計数を始める。そしてパル
スジエネレータ１０２が次の１パルスPG２を発
生すると、カウンタ１１３で計数した値（第５図
ａのＮ）をレジスタ１１４に転送し、カウンタ１
１３がリセツトされ、カウンタ１１３は計数を始
める。

マイコン１０５はレジスタ１１４の値Ｎを読み
とり、次に示す(2)式により速度Ｖを計算する。

Ｖ＝ΔX／T_cＮ ……(2) (2)式においてΔXはパルスジエネレータ１０２
の１パルス当りの回転角、T_cはクロツクジエネ
レータ１１２が発生するクロツクパルスの周期、
Ｎはカウンタ１１３の計数値である。

例えばパルスジエネレータ１回転あたり１万パ
ルスとし、クロツクパルスの周波数を100KHzと
すると、(2)式は(3)式のようになる。

Ｖ＝［（１／10000）／（１／100×1000）］×１／Ｎ ＝10／Ｎ（rps） ＝600／Ｎ（rpm） ……(3) モータ１０１が1rpmの低速度で回転している
と、第５図ｂにおいてパルスPG１とPG２の間は
６ｍｓでありカウンタ１１３の計数値Ｎは600と
なり、(3)式に基づく速度Ｖが求まることになる。
この装置では低速度になる程計数値Ｎの値が大き
くなるので低速度時において第３図ｃに示したよ
うに断続することなく速度を検出できる。

ところが、この装置では、第５図に示すよう
に、検出速度Ｖが階段状になつており、加速、減
速時などのように速度の変化が大きいときに実速
度との誤差が大きくなる欠点があつた。

また、パルスPG１とPG２の間のクロツクパル
スを計数して平均速度を求め、その値をパルス
PG２からPG３まで保持しているので、パルス
PG２が発生する時刻での検出速度はパルスPG２
における瞬時速度ではなく、パルスPG１とパル
スPG２のほぼ中点における瞬時速度であるから、
速度検出が、パルスPG１とパルスPG２の半分の
時間遅れているという欠点がある。

一般に、制御系においては、制御量の検出遅れ
があると、系の応答性が悪くなる。

したがつて、第４図の従来例では速度ループに
遅れ要素が入ることとなり、速度ループのゲイン
を大きくすることができなくなり、速度制御系の
応答性が悪くなる欠点があつた。特に低速度時で
は、遅れ時間が大きくなるため、この欠点は重大
である。

例えば、精密な位置決め制御を行なう場合など
では、目標位置に近づくにつれて低速度になり、
目標位置で速度がゼロになるというような制御が
行なわれる。

したがつて、迅速に精密な位置決めを行なうた
めには、特に目標位置付近で制御系が指令に迅速
に応答しなければならない。即ち、低速度時にお
いて、速度制御系のループゲインが十分に大きく
なければならない。

ところが、前述のように、第４図の従来例では
低速度になる程遅れ時間が大きくなるため、低速
度になる程制御系のループゲインを大きくするこ
とが困難になる。

このため実速度をより正確に検出する方法が提
案されている（例えば特開昭57−203959号公報
「同期電動機の速度検出方法」）。

第６図はこの方法によるモータ速度検出装置の
ブロツク図、第７図〜第９図はその速度検出方法
の説明図である。

このモータ速度検出装置は、第６図に示すよう
に、直流モータ１２１を駆動するための電力増幅
器１２２に設けられた電流検出器１２５、アナロ
グ／デイジタル変換器１２４、割込みパルス発生
回路１２６、マイコン１２７、パルスジエネレー
タ１０２の発生するパルスPGによりセツトされ、
マイコン１２７からの速度演算終了信号RTによ
りセツトされるフリツプフロツプ１２３が新に設
けられている。

今、パルスジエネレータ１０２の発生パルス数
を１回転あたり１万パルス、クロツクジエネレー
タ１１２が発生するクロツクパルスの周波数を
100KHz、割込みパルス発生回路１２６の発生す
る割込みパルスiTPの周期（第７図ｃのTs）を
１ｍｓとする。パルスジエネレータ１０２がパル
ス（第７図ｄのPG２）を発生すると、フリツプ
フロツプ１２３がセツトされる。つづいて割込み
パルスiTPが発生（第７図ｃのt₂の時点で、この
は後述の(4)式でｎ＝０を意味する）すると、マイ
コン１２７がフリツプフロツプ１２３の出力Ｑの
値を調べフリツプフロツプ１２３がセツトされて
いるか否かを判断する。

この場合（t₂時点で割込みパルスiTPが発生し
た時）、第７図ｂに示すように、フリツプフロツ
プ１２３がセツトされているので、マイコン１２
７は第４図に示した装置と同じ方法で速度Ｖを計
算する。これを後述の(4)式の初期値V^₍₀₎とする。
すなわち、レジスタ１１４に格納されているカウ
ンタ１１３の計数値Ｎをマイコン１２７が読みと
り、この計数値Ｎは第７図において、パルスジエ
ネレータ１０２が発生するパルスの周期、つまり
パルスPG１からPG２までの時間を表わしている
ので、前述の(3)式を用いて速度Ｖを計算し、これ
を検出速度として出力すると共に、この値をマイ
コン１２７内のレジスタＢにV^_(o-1)として格納
し、速度演算終了信号RTの出力によりフリツプ
フロツプ１２３をリセツトする。

フリツプフロツプ１２３がリセツトされている
間は割込みパルスiTPが発生するたびに次の(4)式
を用いて演算を行ない、速度の推定値V^[_o]を
出力する。

V^_(o)＝V^_(o-1)＋K_T・T_S／J_n＋J_LI[_o-2] ……(4) ただし、K_Tはモータ１２１のトルク定数、J_n
はモータ１２１のイナーシヤ、J_Lは負荷イナーシ
ヤ、T_Sはサンプリング時間、I_(o-1)は２サンプリ
ング前のモータ１２１の電流値、V^_(o-1)は１サン
プリング前の推定速度 すなわち第７図のt₃時点に割込み信号iTPが発
生するとフリツプフロツプ１２３がリセツトされ
ているので、マイコン１２７内部のレジスタＣに
記憶されている２サンプリング前の電流値I_(o-2)
と、レジスタＢに記憶されている１サンプリング
前の推定速度V^_(o-1)とを用いて(4)式により推定速
度V^_(o)を計算し、これを検出速度として出力し、
またこの値をV^_(o-1)としてレジスタＢに書込み、
１サンプリング前の電流値I_(o-1)の値をレジスタ
Ｄに書込んで２サンプリング前の電流値I_(o-2)と
する。さらに、直流モータ１２１の電流を電流検
出器１２５で検出し、アナログ／デイジタル変換
器１２４でデイジタル量に変換し、この値をマイ
コン１２７が読みとつてレジスタＣにI_(o-1)とし
て書込む。

第６図の装置は、以上の動作を繰り返すことに
より回転速度を検出するもので、第７図ｅに示す
ように、この装置のほうが第４図に示した装置よ
りも階段状のステツプをこまかくすることができ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第６図の従来例による方法では
計算式である(4)式のなかに負荷トルクに関する項
が入つておらず、しかも現在の推定速度V^_(o)を計
算するためには２サンプリング前の電流値I_(o-2)
が必要であるので、負荷トルクが変動する場合や
電流あるいは電流指令値が変化する場合に推定速
度と実速度との差が大きくならざるを得ない。

また、(4)式を計算するために必要な初期値とし
て、(3)式から計算される値が用いられている。と
ころが(3)式から計算される値は第４図の装置によ
る方法にもとずくものである。前述のように、こ
の値は、例えば第５図のパルスPG１とPG２の間
の平均速度である。したがつて、この値は本来用
いるべきであるパルスPG２の時点における瞬時
速度ではない。いいかえると、(4)式を使用する速
度検出方法は初期値に実速度とを差を含んだ値を
使用しているので、第８図ｂに示すように低速度
になるにつれて実速度との差が大きくなり、かつ
回転速度が、ますます遅れて検出される。このこ
とは速度制御ループ中に遅れ要素が入ることと同
じことである。

したがつて、第６図に示す装置は、低速度時に
速度制御ループのゲイン定数を大きくすることが
できない、すなわち第４図の装置がもつ欠点を本
質的に含むことになる。そのため、高精度な位置
決めや高速高精度な速度制御を行なうことが著し
く困難になる。

本発明の目的は、特に低速度時におけるモータ
またはモータで駆動される移動体の実速度を時間
遅れなく高精度に検出する、モータまたはモータ
で駆動される移動体の速度検出方法を提供するこ
とである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の、モータまたはモータで駆動される移
動体の速度検出方法は、 モータの回転角に応じたパルス信号を発生する
パルスジエネレータが出力軸に接続されたモータ
の速度を検出する方法、または移動体の変位に応
じたパルス信号を発生するパルスジエネレータを
備え、モータによつて駆動される前記移動体の速
度を検出する方法、または移動体の変位に応じた
パルス信号を発生するパルスジエネレータを備え
たリニアモータの速度を検出する方法であつて 速度を推定するときに用いる推定速度の初期値
と外乱トルクまたは外乱推力を表す変量の推定値
をそれぞれゼロとする第１のステツプと、 パルスジエネレータがパルスが発生するまで、
サンプリングパルスが発生する度に、モータが発
生するトルクまたは推力を表す変量と外乱トルク
または外乱推力を表す変量の推定値とを加え、前
記推定速度の初期値を初期値として積分すること
により、この時点の速度を推定する第２のステツ
プと、 パルスジエネレータがパルスを発生すると、第
１のステツプを実行した時点からパルスジエネレ
ータが今回パルスを発生した時点までの時間とこ
の両方の時点の間に推定した推定速度の値を用い
てこの両方の時点の間の外乱トルクまたは外乱推
力を表す変量を求め、外乱トルクまたは外乱推力
を表す変量と外乱トルクまたは外乱推力を表す変
量の推定値との差である外乱トルクまたは外乱推
力の補正量を用いて、パルスジエネレータが今回
パルスを発生した時点の直前に推定した推定速度
を補正することにより、この時点の実速度を求め
る第３のステツプと、 前記実速度を推定速度の初期値とし、前記外乱
トルクまたは前記外乱推力を表す変量を新たに外
乱トルクまたは外乱推力を表す変量の推定値とす
る第４のステツプと、 パルスジエネレータがパルスを発生するまで、
前記サンプリングパルスが発生する度に、モータ
が発生するトルクまたは推力を表す変量と外乱ト
ルクまたは外乱推力を表す変量の推定値とを加
え、前記推定速度の初期値を初期値として積分す
ることにより、この時点の速度を推定する第５の
ステツプと、 パルスジエネレータがパルスを発生すると、パ
ルスジエネレータが前回パルスを発生した時点か
らパルスジエネレータが今回パルスを発生した時
点までの時間とこの両方の時点の間に推定した推
定速度の値を用いてこの両方の時点の間の外乱ト
ルクまたは外乱推力を表す変量を求め、外乱トル
クまたは外乱推力を表す変量と外乱トルクまたは
外乱推力を表す変量の推定値との差である外乱ト
ルクまたは外乱推力の補正量を用いて、パルスジ
エネレータが今回パルスを発生した時点の直前に
推定した推定速度を補正することにより、この時
点の実速度を求める第６のステツプと、 前記実速度を推定速度の初期値とし、前記外乱
トルクまたは前記外乱推力を表す変量を新たに外
乱トルクまたは外乱推力を表す変量の推定値とす
る第７のステツプとを含み、 第５〜第７のステツプを繰り返す。

［作用］ モータの回転あるいはモータによつて駆動され
る移動体の位置にしたがつてパルスを発生するパ
ルスジエネレータは、本来位置検出器であり、こ
れから得られる情報は位置と定められた距離移動
するのに要した時間を表す。

従来の方法はこの位置と時間より計算される平
均速度を実速度と考え、速度の推定をおこなつて
いたが、本発明ではこの位置と時間という２つの
情報は、それぞれ個別には非常に精密な測定がで
きるということに着目し、パルスジエネレータか
らパルスが発生した時に、外乱トルクの推定値と
推定速度の初期値の補正値を計算し、その他の場
合にはサンプリングパルスが発生するたびに外乱
トルクの推定値と推定速度の初期値およびモータ
の発生するトルクあるいは推力をあらわす量を用
いる実速度の推定演算を行ない、これを検出速度
としたものである。

以下、実速度を推定するための計算式について
直流モータの場合を例にとつて説明する。

説明の便宜上、以下の説明で使用する記号をま
とめておく。

＜ｍ＞；パルスジエネレータが発生したｍ−１番
目のパルスとｍ番目のパルスの間の区間 ［ｋ、ｍ］；区間＜ｍ＞における第ｋ番目の区間 n′；区間＜ｍ−１＞の最後のサンプリングパルス
が発生した時点 ｎ；区間＜ｍ＞の最後のサンプリングパルスが発
生した時点 τ_n；モータが発生するトルク τ_l；モータのトルク外乱 τ；モータの負荷に与えられるトルク J_n；モータのイナーシヤ J_l；モータの負荷のイナーシヤ Ｊ；モータのイナーシヤと負荷のイナーシヤの和 φ；モータの界磁磁束 Ｉ；モータの電機子電流 K_t；モータのトルク定数 V_(k,n)；区間＜ｍ＞における第ｋ番目のサンプリ
ングパルスが発生した時の速度 I_(k,n)；区間＜ｍ＞における第ｋ番目のサンプリン
グパルスが発生した時のモータの電流値 V^_(k,n)；区間＜ｍ＞における第ｋ番目のサンプリ
ングパルスが発生した時の推定速度 I_l(n)；区間＜ｍ＞における外乱の電流換算値 T_(k,n)；区間＜ｍ＞における第ｋ−１番目のサン
プリングパルスと第ｋ番目のサンプリングパル
スとの間の時間 β_(k,n)；区間＜ｍ＞における第ｋ番目のサンプリ
ングパルスが発生した時の速度の誤差（補正
量） γ_(n)；区間＜ｍ＞における外乱の誤差（補正量） ΔX_(k,n)；区間［ｋ、ｍ］で進んだ距離 ΔX_(n)；区間＜ｍ＞で進んだ距離（移動距離、回
転角度のいずれでもよいが、説明の都合上移動
距離に特定している） いま、直流モータが発生するトルクτ_nは τ_n＝KIφ ……(5) ただし、Ｋは定数 で与えられる。したがつて、界磁磁束φを一定に
した場合、トルクτ_nは次式のように電機子電流Ｉ
に比例する。

τ_n＝K_tＩ ……(6) ただし、K_tは定数 ここで、負荷に与えられるトルクτは τ＝τ_n＋τ_l ……(7) モータが低速度で回転している時の角度（位
置）の変化を第９図に示す。

第９図において、Ｂ，Ｃはそれぞれパルスジエ
ネレータがパルスを発生した時刻であり、このパ
ルス間の区間を＜ｍ＞であらわしている。破線は
サンプリングパルスの発生した時刻であり、区間
＜ｍ＞のｋ番目とｋ−１番目のサンプリングパル
ス間を［ｋ、ｍ］であらわし、このパルス間
［ｋ、ｍ］の時間をT_(k,n)で表わしている。

また、パルスジエネレータの１パルスあたりの
回転角をΔXとし、区間＜ｍ＞では外乱トルクτ_l
は一定であると考えて、電流に換算した外乱を
I_l(n)とすると、区間［ｋ、ｍ］における速度V_(k,n)
は V_(k,n)＝１／J_n＋J_L∫τ_dt＋V_(k-1,n) ＝K_t／J_n＋J_L∫（I_(k,n)＋I_l(n)）dt ＋V_(k-1,n)＝K_t／Ｊ（I_(k,n)＋I_l(n)） ×T_(k,n)＋V_(k-1,n) ……(8) ただしＪ＝J_n＋J_L この(8)式は区間［ｋ、ｍ］における実速度を表
わしているが、区間＜ｍ＞では外乱I_l(n)がわかつ
ていないので外乱として区間＜ｍ−１＞における
外乱I_l(n-1)を用いると（区間＜ｍ−１＞における
外乱が区間＜ｍ＞でも続いていると考える）、区
間［ｋ、ｍ］における推定速度V^_(k,n)が次式によ
り求まる。

V^_(k,n)＝K_t／Ｊ（I_(k,n)＋I_l(n-1)） ×T_(k,n)＋V^_(k-1,n) ……(9) もし区間＜ｍ＞の終り、すなわちパルスジエネ
レータからパルスが発生した時に外乱I_l(n-1)を用
いて外乱I_(n)を求める漸化式を導出すれば、この
式を用いて次の区間＜ｍ＋１＞ではI_l(n)を計算す
ることができる。したがつて(9)式におけるI_l(n-1)
は区間＜ｍ−１＞でこの漸化式より計算されるこ
とになり、区間＜ｍ＞では既知である。以下、こ
の漸化式を求める。

まず、次式のようにβ_(k,n)とγ_(n)を定義する。

β_(k,n)≡V_(k,n)−V^_(k,n) ……(10) γ_(n)≡I_l(n)−I_l(n-1) ……(11) (10)式で定義されるβ_(k,n)は、第９図中に図示し
ているように実速度を用いるべきところに推定速
度を用いることにより生ずる誤差を表わす。ま
た、(11)式で定義されるγ_(n)は、外乱I_l(n)を用いるべ
きところに１つ前の区間＜ｍ−１＞で求まる外乱
I_l(n-1)を用いることにより生ずる誤差を表わして
いる。

ここで、β_(k,n)とγ_(n)の関係を求める。(8)式より V_(k,n)＝K_t／Ｊ〔I_(k,n)＋I_l(n-1)〕 ×T_(k,n)＋V^_(k-1,n)＋〔V_(k-1,n)−V^_(k-1,n)〕 ＋K_t／Ｊ〔I_l(n)−I_l(n-1)〕T_(k,n) ……(12) (11)式と(9)式より(12)式は 〔V_(k,n)−V^_(k,n)〕＝〔V_(k-1,n) −V^_(k-1,n)〕＋K_t／ＪT_(k,n)γ_(n) ……(13) (13)式に(10)式を用いると β_(k,n)＝β_(k-1,n)＋K_t／ＪT_(k,n)γ_(n) ……(14) (14)式の漸化式を解くと β_(K,n)＝β_(p,n)＋K_t／Ｊγ_(n)k Σⁱ⁼¹ T_(i,n) ……(15) ここで、モータは最初、停止しているのでモー
タの速度はゼロである。この時点では推定速度の
初期値をゼロとするので、実速度との誤差はな
い。

したがつて、最初の区間＜１＞の推定速度の初
期値の誤差はβ_(p,n)＝０である。また、区間＜１＞
において、計算によつて生ずる誤差は後述するよ
うに、補正量γ₍₁₎により補正されるので、次の区
間＜２＞の推定速度の初期値の誤差もβ_(p,2)＝０で
ある。

したがつて、一般に、任意の区間＜ｍ＞におけ
る推定速度の初期値の誤差はβ_(p,n)＝０である。

よつて、速度の誤差β_(k,n)は次式で与えられる。

β_(k,n)＝K_t／Ｊγ_(n)k Σⁱ⁼¹ T_(i,n) ……(16) 次に、(10)式と(16)式より区間［ｋ、ｍ］における
実速度V_(k,n)は推定速度V^_(k,n)と誤差γ_(n)を用いて
次式のように表わされる。

V_(k,n)＝V^_(k,n)＋K_t／Ｊγ_(n)k Σⁱ⁼¹ T_(i,n) ……(17) さて、区間［ｋ、ｍ］で進んだ距離ΔX_(k,n)は ΔX_(k,n)＝V_(k-1,n)＋V_(k,n)／２T_(K,n) ……(18) となり、(17)式を(18)式に代入すると ΔX_(k,n)＝T_(k,n)／２ ×｛（V^_(K,n)＋V^_(k-1,n)） ＋K_t／Ｊγ_(n)〔２_k-1 Σⁱ⁼¹ T_(i,n) ＋T_(k,n)）｝ ……(19) (19)式より区間＜ｍ＞で進んだ距離ΔX_(n)は ΔX_(n)＝_o Σ^k=1 ΔX_(k,n) ＝_o Σ^k=1 T_(k,n)／２（V^_(k,n)＋V^_(k-1,n) ＋K_t／Ｊγ_(n)o Σ^k=1 T_(k,n)／２ ×〔２_k-1 Σⁱ⁼¹ T_(i,n)＋T_(k,n)〕 ……(20) (20)式より γ_(n)＝ΔX_(n) −_o Σ^k=1 T_(k,n)／２〔V^_(k,n)＋V^_(k-1,n)〕 ／〔K_t／Ｊ_o Σ^k=1 T_(k,n)／２ ×〔２_k-1 Σⁱ⁼¹ T_(i,n)＋T_(k,n)〕 ……（21） ここで、(20)式のΔX_(n)は第９図ｄにおける面積
DEFを表わしており、(20)式の右辺第１項は面積
DFGを、第２項は面積DEGをそれぞれ表わして
いる。面積DEFは区間＜ｍ＞において実際に進
んだ距離であり、パルスジエネレータの１パルス
あたり進んだ距離ΔX_(n)となつている。この値と
しては一定値をとる場合やあるいはそうでない場
合もあるが、この値はパルスジエネレータの構造
により決まる値であるので、一定値にならない場
合も含めて、その値は既知である。そして面積
DFGは実速度V_(k,n)のかわりに推定速度V^_(K,n)を用
いたことにより区間＜ｍ＞で進んだ距離を表わし
ている。もし推定速度がV^_(k,n)が実速度V_(k,n)と完
全に一致しておれば面積DFGは面積DEFに一致
する。推定速度V^_(k,n)を計算する時に区間＜ｍ＞
における外乱I_l(n)がわかつておれば、推定速度
V^_(k,n)は実速度V_(k,n)に一致するが、ここでは区間
＜ｍ−１＞における外乱I_l(n-1)しかわかつていな
いので、一般に面積DEFと面積DFGは一致しな
い。したがつて、面積DEFと面積DFGの差であ
る面積DEGは、本来、外乱I_l(n-1)を用いるべきと
ころをI_l(n-1)を用いたために生じた誤差γ_(n)により
生じたものであり、計算式の中に当然γ_(n)を含ん
でいる。

ここで(20)式は面積DFEが面積DFGと面積DEG
の和であるということを意味しており、面積
DFEは既知であり、また区間＜ｍ＞の最後であ
る区間＜ｎ、ｍ＞について計算が行なわれる時点
Ｇでは、今まで計算した推定速度V^_(K,n)を用いる
ことにより面積DFGも求まるので、時点Ｇで、
(20)式を変形した（21）式を計算することにより
γ_(n)を求めることができる。

γ_(n)が決まつたので、I_l(n-1)は(11)式より I_l(n)＝γ_(n)＋I_l(n-1) ……（22） から求まる。区間＜ｍ＞の最終区間［ｎ、ｍ］で
γ_(n)が求まるので、このγ_(n)を(17)式に用いることに
より実速度V_(o,n)は次の式で求まる。

V_(o,n)＝V^_(o,n)＋K_t／Ｊγ_(n)o Σ^k=1 T_(k,n) ……（23） この（23）式の右辺第１項は第９図のＧにおけ
る速度をあらわしており、第２項は第９図中の
GE、すなわち区間［ｎ、ｍ］における速度の誤
差分β[_o、_n]を表わしている。

以上説明したように、区間＜ｍ＞の終りにパル
スジエネレータからパルスが発生した時には
V^[_k、_n]、T_(k,n)、ΔX_(n)は既知であるから（21）
式を用いて外乱の補正量γ_(n)を計算し、（22）式よ
り区間＜ｍ＞における外乱I_l(n)を計算する。また
γ_(n)が求まつたので（23）式より区間［ｎ、ｍ］
の実速度V_(o,n)を求める。

区間＜ｍ＞でパルスジエネレータがパルスを発
生していない時は、サンプリングパルスが発生す
るたびに、モータの電流I_(k,n)を求め、１つ前の区
間＜ｍ−１＞で求まつた外乱I_l(n-1)を用い(9)式に
より速度の推定演算を行ない、推定速度V^_(k,n)を
検出速度とする。

以上、直流モータを例にとつて本発明の原理を
説明したが、(8)式から（23）式までの式は直流モ
ータに限定されるものではなく、他のモータを使
う場合にも、もちろん容易に適用できる。

次に、本発明を他のモータに適用する場合の方
法について説明する。

まず、モータの発生するトルクτ_nに対して比例
関係にある量を測定し、これを(6)式の変量Ｉとお
くか、あるいは例えばベクトル制御のようにトル
クとトルク指令が比例するような制御方式の場合
にはトルク指令を(6)式の変量をＩとおくかすれ
ば、変量Ｉとトルクτ_nとの間には前述の(6)式の関
係がそのまま成立する。したがつて、(8)式から
（23）式までの式がそのまま適用できる。また、
モータのトルクτ_nと比例関係にある量を用いるこ
とができない場合でもトルクτ_nに対して一価の関
数関係にある量α₁、α₂、α₃、…を用いることがで
きれば、(8)式から（23）式までの式がそのまま適
用できる。この場合、両者の関係は次式で表わさ
れる。

τ_n＝ｆ（α₁、α₂、α₃、…）……（24） ただし、ｆは関数をあわらす。

したがつて、変量Ｉを Ｉ＝１／K_tｆ（α₁、α₂、α₃、…） ……（25） とおくことにより(6)式と同じ関係が成り立つ。

したがつて、量α₁、α₂、α₃、…を測定するたび
に（25）式を用いて変量Ｉを計算することにより
(8)式から（23）式までがそのまま適用できる。

次に、本発明を直流モータに適用いた例を説明
する。

第９図において区間＜ｍ＞のサンプリングパル
ス間の間隔T_(k,n)は、(9)式、（21）式、（23）式を
見れば明らかなように、一定値である必要はない
が、以下に述べる実施例では簡単のため一定値
ΔTとする。ただし、区間［ｎ、ｍ］の時間間隔
はT_(o,n)は、パルスジエネレータがパルスを発生
するタイミングが不定であるから、一定とはなら
ない。したがつて、次の式のようになる。

T_(k,n)＝ΔT ……（26） ただし、１≦ｋ≦ｎ−１ また、パルスジエネレータの１パルスあたりの
角度（位置）を一定値ΔXとすると ΔX_(n)＝ΔX ……（27） （23）式と（27）式を(9)式、（23）式、（21）式
にそれぞれ代入すると、 V^_(k,n)＝K_t／ＪΔT（I_(k,n)＋I_l(n-1)） ＋V^_(k-1,n) ……（28） ただし、１≦ｋ≦ｎ−１ (9)式で、ｋ＝ｎの区間T_(o,n)では、 V^_(o,n)＝K_t／ＪΔT（I_(o,n)＋I_l(n-1)） ×（T_(o,n)／ΔT）＋V^[_o-1,n] ……（29） V_(o,n)＝V^_(o,n)＋K_t／ＪΔTγ_(n) ×｛（ｎ−１）＋T_(o,n)／ΔT）｝ ……（30） γ_(n)＝｛ΔX／ΔT−_o-1 〓^k=1 １／２（V^_(k,n)＋V^_(k-1,n)） −（T[_o、_n]／ΔT）１／２（V^_(o,n)＋V^[_o-1,n]）｝ ／〔K_t／ＪΔT／２｛（ｎ−１）²＋２（ｎ−１）（T_(o,
n)／ΔT）＋（T_(o,n)／ΔT）²｝〕……（31） 上記（22）式と（28）式から（31）式までを用
いて速度の検出をおこなう。すなわちパルスジエ
ネレータがパルスを発生していない時はサンプリ
ングパルスが発生するたびに（28）式を計算して
推定速度V^_(K,n)を計算し、これを検出速度とする。
パルスジエネレータがパルスを発生した時は
（31）式を用いて補正量γ_(n)を計算し、この補正量
γ_(n)と（22）式より外乱I_l(n)を計算する。また、
（29）式、（30）式にγ_(n)を用いて、速度
V[_o、_n]を計算し、これを検出速度とする。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。

第１０図は本発明の一実施例であり、モータ速
度検出装置の構成を示すブロツク図である。

デイジタル／アナログ変換器２０６を介してマ
イコン２０５から送出されるアナログの電流指令
i_aから電流検出器２０４による検出電流を差し引
いた差が電流増幅器２０２により増幅されて、電
力増幅器２０３に与えられ、これによつて直流モ
ータ２０１が駆動される。このように電流帰還が
かけられている場合、モータ２０１の電流はアナ
ログの電流指令i_aに比例する。この実施例ではデ
イジタルの電流指令idをデイジタル／アナログ変
換器２０６に入力してアナログの電流指令を得る
形式なので、デイジタルの電流指令idを用いれ
ば、モータ２０１の電流がわかる。一方、カウン
タ１１３は初期値からクロツクジエネレータ１１
２が発生するクロツクパルスCLKを計数し、所
定量計数するとキヤリーパルスCYを発生して初
期状態にもどり、再びクロツクパルスCLKの計
数をはじめる。このキヤリーパルスCYは、サン
プリングパルスの１つの例である。

モータ２０１が回転しパルスジエネレータ１０
２がパルスを発生すると、このパルスによつて回
転方向判別回路１１５がモータ２０１の回転方向
を検出し、これをマイコン２０５に入力する。一
方、パルスジエネレータ１０２が発生したパルス
は波形整形回路２０７により波形整形され、OR
回路２０８に入力される。また、このパルスはフ
リツプフロツプ１２３をセツトしANDゲート２
０９を閉じさせてクロツクパルスCLKの出力を
禁止してカウンタ１１３の計数を一時停止させ
る。このときレジスタ１１４にカウンタ１１３の
計数値をとり込み、カウンタ１１３をクリアして
計数値を初期値にもどす。そしてこの直後AND
ゲート２０９を開き、クロツクパルスCLKの出
力を可能にして、カウンタ１１３は再び計数を始
める。カウンタ１１３のキヤリーパルスCYとパ
ルスジエネレータ１０２の発生するパルスはOR
回路２０８を通り、割込みパルスiTPとしてマイ
コン２０５に与えられる。

さて、デイジタルの速度指令V_dがマイコン２
０５に入力されると、マイコン２０５は定められ
た制御アルゴリズムに従つて計算を行ない、デイ
ジタルの電流指令idを出力する。モータ２０１は
この電流指令idにより回転し、マイコン２０５は
パルスジエネレータ１０２がパルスを発生した時
は（22）式と（29）式と（30）式を用いて、初期
速度V[_o′、_n-1]＝V^_(p,n)と外乱I_l(n-1)を求める。
このV^_(p,n)をマインコン２０５内部のレジスタＢ
にV^[_k-1、_n]として、外乱I_l(n-1)をレジスタＣに
書込み、レジスタＤの値ｎとレジスタＥの値Ｓを
それぞれゼロにリセツトし、フリツプフロツプ１
２３をリセツトする。

次に、カウンタ１１３が所定量計数してキヤリ
ーパルスCYが発生すると、このパルスCYはOR
回路２０８に入力され、割込みパルスiTPが発生
して、マイコン２０５に割込みがかけられる。こ
のとき、マイコン２０５はフリツプフロツプ１２
３がセツトされているかどうか調べる。

今の場合は、フリツプフロツプ１２３はリセツ
トされるていので、デイジタルの電流指令idを読
みこみ、これをI_(o,n)とし、マイコン２０５内のレ
ジスタＢとレジスタＣよりV^_(k-1,n)とI_l(n-1)を読込
んで（28）式を演算し、推定速度V^_(k,n)を検出速
度とする。一方、このV^_(K,n)とレジスタＢの値
V^_(k-1,n)とレジスタＥの値Ｓに対して次の（32）
式に示す演算を行ない、結果をレジスタＥに書込
んでこれを新しいＳとする。

Ｓ＋１／２（V^_(k,n)＋V^_(k-1,n)）……（32） マイコン２０５のレジスタＤの値ｎに１を加え
て、V^_(k,n)をレジスタＢに書込んでV^[_k-1、_n]と
する。

カウンタ１１３がキヤリーパルスCYを発生す
るたびにマイコン２０５は（28）式と（32）式の
演算を行ない、推定速度V^_(k,n)を検出速度とする。

パルスジエネレータ１０２がパルスを発生する
と、以下に説明する補正演算が行なわれる。

すなわちOR回路２０８から割込みパルスiTP
が発生し、マイコン２０５に割込みがかけられ、
マイコン２０５はフリツプフロツプ１２３がセツ
トされているかどうか調べる。

今の場合、前述したようにセツトされているの
で、マイコン２０５はカウンタ１１３の計数値が
入つているレジスタ１１４の内容を読みとり、こ
れをT_(o,n)とし、レジスタＤの値ｎに１を加える。
また、マイコン２０５はデイジタルの電流指令id
を読みこみ、これをI_(k,n)とし、レジスタＢの
V^[_k-1、_n]をV^[_o-1,n]とする。T_(o,n)と
V^[_o-1,n]を用いて（29）式より推定速度V^_(o,n)
を計算する。このときレジスタＥの内容Ｓは_o-1 〓^k=1
１／２（V^_(k-1,n)＋V^_(k,n)）を表わしているので、こ のＳとレジスタＤの値ｎおよびT_(o,n)を用い、
（31）式よりγ_(n)を計算し、γ_(n)と（22）式よりI_l(n
)
を計算してこれをレジスタＣに書込みI_l(n-1)とす
る。また、（30）式を計算して速度V_(o,n)を求め、
これを初期値としてレジスタＢに書込み、検出速
度とする。レジスタＤとＥのｎおよびＳの値をゼ
ロにクリアしてフリツプフロツプ１２３をリセツ
トする。

以上の動作をくり返すことにより速度の検出が
おこなわれる。なお、この実施例では電流帰還を
かける構成をとり、電流指令idを読みこんだが、
第６図に示したように、アナログ／デイジタル変
換器などを用いてモータの電流を直接読みこんで
も、前述の方法がそのまま使えるので、もちろん
かまわない。

（21）式と（31）式を比較すると明らかなよう
に、（31）式の方がγ_(n)の計算において分母のΣの
数が（21）式のものよりも少なく、また分子にお
いては、（21）式ではｋが１からｎまで毎回T_(k,n)
をかけなければならないので、明らかに（31）式
を使う本実施例の方が、計算が簡単になり、計算
時間を短縮できる。これは、本実施例の説明のは
じめに、（26）式で示すようにT_(k,n)＝ΔTという
仮定をした結果である。

次に、本発明の他の実施例を説明する。

前述の（29）式から（31）式において
〔T_(o,n)／ΔT〕は０から１までの値をとるので、ｎが 大きい時はこれらの式でT_(o,n)／ΔT＝０とすることが できる。こうすると（29）式から（31）式は以下
の式に変形される。

V_(o,n)＝V^[_o-1,n]＋K_t／ＪΔTγ_(n)（ｎ−１） ……（33） 第１１図はこの簡略式（33）（34）式を使用す
る場合の実施例のブロツク図を示すもので、第１
０図と同一部分は同一符号で示す。第１０図とは
以下に示す相違点がある。

すなわちこの実施例ではT_(o,n)の値が必要ない
ので、第１０図のレジスタ１１４とANDゲート
２０９が不用である。

さて、第１１図において、パルスジエネレータ
１０２がパルスを発生していない時は、カウンタ
１１３が所定量カウントしてキヤリーパルスCY
が発生するたびに割込みパルスiTPが発生し、マ
イコン２０５に割込みがかかる。割込みがかかる
とマイコン２０５はフリツプフロツプ１２３がセ
ツトされているかどうか調べる。今の場合、パル
スジエネレータ１０２がパルスを発生していない
ので、フリツプフロツプ１２３がセツトされてお
らずマイコン２０５はデイジタルの電流指令を読
みとりこれをI_(k,n)とし、レジスタＢよりV^_(k-1,n)
を、レジスタＣよりI_l(n-1)をそれぞれ読出し、
（28）式を用いて推定速度V^_(k,n)を計算し、これを
検出速度とする。次に、（32）式の演算を行ない、
その結果をレジスタＥに書込み、これをＳとする
とともにレジスタＤのｎの値に１を加える。そし
てパルスジエネレータ１０２がパルスを発生する
と、マイコン２０５に割込みがかかると同時にフ
リツプフロツプ１２３がセツトされ、また同時に
カウンタ１１３がクリアされてカウンタ１１３は
初期値から計数をはじめる。また、割込みがかか
ると、マイコン２０５はフリツプフロツプ１２３
がセツトされていることを検知して補正量の演算
を行なう。このときレジスタＥの内容Ｓは_o-1 Σ^k=1 １／２ 〔V^_(k-1,n)＋V^_(k,n)〕を表わしているので、このＳ
を用い、レジスタＤのｎに１を加えて、（34）式
よりγ_(n)を計算する。このγ_(n)とｎを用い（33）式
を計算して速度V_(o,n)を求め、これを検出速度と
する。このV_(o,n)を初期値としてレジスタＢに書
込み、レジスタＤとＥのｎおよびＳをそれぞれゼ
ロにクリアして、フリツプフロツプ１２３をリセ
ツトする。

以上の動作をくり返すことにより速度の検出が
行なわれる。なお、この実施例でも電流指令を読
みこむかわりにモータの電流を直接読みこんで
も、もちろんかまわない。

（29）式および（30）式と（33）式を比べると
明らかなように、（33）式による方がV_(o,n)の計算
が簡単であり、しかも（34）式には（31）式中の
T_(o,n)に関する項がないのでγ_(n)の計算も（34）式
による方が簡単になり、また第１１図の実施例の
方が第１０図の実施例よりも構成が簡単であるの
で、この第１１図に示した実施例の方が第１０図
の実施例よりも計算および構成が簡単になる。

以上説明したように、実速度が第１２図ｂの実
線のように変化した時、本発明による方法では検
出速度が、図中の一点鎖線のようになり、時間遅
れは計算時間によるものだけであり、破線で示し
た従来例のものと比べ、特に低速度においても時
間遅れが少なく高精度に速度が検出される。

なお、第１２図ｂ中における、第６図の装置に
よる検出速度と本発明による検出速度の線は実際
には非常に細かいステツプ状となつている。

なお、本発明は直流モータの速度検出のみに限
定されるものではなく、他のモータ（リニアモー
タも含む）、さらにはモータによつて駆動される
移動体の速度検出の場合にも適用できることは勿
論である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、サンプリングパ
ルスが発生するたびに外乱トルクの推定値と推定
速度の初期値およびモータの発生するトルクある
いは推力をあらわす量を用い実速度の推定演算を
行ない、パスルジエネレータからパルスが発生し
た時に外乱トルクの補正量から推定速度を補正し
て実速度を求め、実速度を推定速度の初期値と
し、外乱トルク値を外乱トルクの推定値とするこ
とにより、モータの速度の検出遅れがマイコンの
計算時間だけのものとなり、従来例のように検出
おくれが速度が依存し、しかも低速度になる程遅
れが大きくなるなどということがなくなり、この
ため、低速度時であつても速度制御ループのゲイ
ンを十分大きくすることができ、高精度な位置決
めや高速高精度な速度制御をおこなうことが可能
になるという画期的な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のモータ速度検出装置のブロツク
図、第２図、第３図はその速度検出方法を説明す
る説明図、第４図は従来の第１図とは異なるモー
タ速度検出装置のブロツク図、第５図はその速度
検出方法を説明する説明図、第６図は従来の他の
モータ速度検出装置のブロツク図、第７図、第８
図はその速度検出方法を説明する説明図、第９図
は本発明の作用を説明するための説明図、第１０
図は本発明の一実施例のモータ速度検出装置のブ
ロツク図、第１１図は本発明の他の実施例のモー
タ速度検出装置のブロツク図、第１２図は本発明
の効果を説明する説明図である。 １０２……パルスジエネレータ、１１２……ク
ロツクジエネレータ、１１３……カウンタ、１１
４……レジスタ、１１５……回転方向判別回路、
１２３……フリツプフロツプ、２０１……直流モ
ータ、２０２……電流増幅器、２０３……電力増
幅器、２０４……電流検出器、２０５……マイコ
ン、２０６……デイジタル／アナログ変換器、２
０７……波形整形回路、２０８……OR回路、２
０９……ANDゲート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータの回転角に応じたパルス信号を発生す
   るパルスジエネレータが出力軸に接続されたモー
   タの速度を検出する方法、または移動体の変位に
   応じたパルス信号を発生するパルスジエネレータ
   を備え、モータによつて駆動される前記移動体の
   速度を検出する方法、または移動体の変位に応じ
   たパルス信号を発生するパルスジエネレータを備
   えたリニアモータの速度を検出する方法であつ
   て、 速度を推定するときに用いる推定速度の初期値
   と外乱トルクまたは外乱推力を表す変量の推定値
   をそれぞれゼロとする第１のステツプと、 パルスジエネレータがパルスが発生するまで、
   サンプリングパルスが発生する度に、モータが発
   生するトルクまたは推力を表す変量と外乱トルク
   または外乱推力を表す変量の推定値とを加え、前
   記推定速度の初期値を初期値として積分すること
   により、この時点の速度を推定する第２のステツ
   プと、 パルスジエネレータがパルスを発生すると、第
   １のステツプを実行した時点からパルジエネレー
   タが今回パルスを発生した時点までの時間とこの
   両方の時点の間に推定した推定速度の値を用いて
   この両方の時点の間の外乱トルクまたは外乱推力
   を表す変量を求め、外乱トルクまたは外乱推力を
   表す変量と外乱トルクまたは外乱推力を表す変量
   の推定値との差である外乱トルクまたは外乱推力
   の補正量を用いて、パルスジエネレータが今回パ
   ルスを発生した時点の直前に推定した推定速度を
   補正することにより、この時点の実速度を求める
   第３のステツプと、 前記実速度を推定速度の初期値とし、前記外乱
   トルクまたは前記外乱推力を表す変量を新たに外
   乱トルクまたは外乱推力を表す変量の推定値とす
   る第４のステツプと、 パルスジエネレータがパルスを発生するまで、
   前記サンプリングパルスが発生する度に、モータ
   が発生するトルクまたは推力を表す変量と外乱ト
   ルクまたは外乱推力を表す変量の推定値とを加
   え、前記推定速度の初期値を初期値として積分す
   ることにより、この時点の速度を推定する第５の
   ステツプと、 パルスジエネレータがパルスを発生すると、パ
   ルスジエネレータが前回パルスを発生した時点か
   らパルスジエネレータが今回パルスを発生した時
   点までの時間とこの両方の時点の間に推定した推
   定速度の値を用いてこの両方の時点の間の外乱ト
   ルクまたは外乱推力を表す変量を求め、外乱トル
   クまたは外乱推力を表す変量と外乱トルクまたは
   外乱推力を表す変量の推定値との差である外乱ト
   ルクまたは外乱推力の補正量を用いて、パルスジ
   エネレータが今回パルスを発生した時点の直前に
   推定した推定速度を補正することにより、この時
   点の実速度を求める第６のステツプと、 前記実速度を推定速度の初期値とし、前記外乱
   トルクまたは前記外乱推力を表す変量を新たに外
   乱トルクまたは外乱推力を表す変量の推定値とす
   る第７のステツプとを含み、 第５〜第７のステツプを繰り返す、モータまた
   はモータで駆動される移動体の速度検出方法。