JPH0735770A

JPH0735770A - 加速度検出装置

Info

Publication number: JPH0735770A
Application number: JP5202775A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Sasaki; 佐々木　　邦彦
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】タコジェネレータを用いない簡単な構成で加
速度を検出する。【構成】電動機１の回転速度を検出するエンコーダ４
と、エンコーダ４が出力したパルスから現在の回転速度
を検出する第一速度検出器５ｂと、過去の回転速度を検
出する第二速度検出器５ｃと、第一速度検出器の出力と
第二速度検出器の出力の差を演算する減算器５ｄとを備
え、現在の回転速度と過去の回転速度の差から加速度を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加速度検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図７は特開昭６３−１４４７８１号公報
に記載された従来装置を示す。同図の装置は電動機のト
ルク制御装置に関するものであり、７１は電動機、７２
は電動機７１の負荷、７３は電動機制御回路、７４は電
動機７１の回転速度を検出するＴＧ（タコジェネレー
タ）を示している。また、ωは電動機７１の回転速度、
ｄω／ｄｔは回転速度ωを微分して算出した電動機７１
の回転加速度、Ｋは電動機７１の慣性モーメント、Ｇ
（ｓ）は電動機制御回路７３の伝達関数、Ｉτ^*は電流
に換算したトルク指令、ΔＩτは慣性トルク補償値、Ｉ
τ₁ ^*はトルク制御信号、Ｉは電流に換算された出力ト
ルクである。

【０００３】このような構成においては、ＴＧ７４によ
って検出された電動機７１の回転速度ωを微分して加速
度ｄω／ｄｔを算出し、これに電動機７１の慣性モーメ
ントＫを乗じ、これを慣性トルク補償値ΔＩτとし、こ
の慣性トルク補償値ΔＩτはトルク指令Ｉτ^*と加算さ
れ、トルク制御信号Ｉτ₁ ^*として電動機制御回路７３
に入力される。また、出力トルクＩが電動機制御回路７
３の入力側にフィードバックされて、通常のトルク制御
系と同様に電流ループが形成される。

【０００４】上述したトルク制御系の閉ループに伝達関
数は数１のように表わされる。数１において、ΔＩτ＝
Ｋｄω／ｄｔである。

【０００５】

【数１】

【０００６】一方、電動機の運動方程式は、これを単純
化する場合、数２のように表わされる。数２において、
ｋ₁，ｋ₂は定数、Ｊは慣性モーメント、τ_Lは負荷ト
ルクである。

【０００７】

【数２】

【０００８】従って、通常のトルクの制御系において
は、電動機に速度変化、すなわち加速度が生じたとき、
数２に表わされるように、負荷に伝達されるトルクは、
電動機に伝達される慣性モーメントと加速度に比例する
分だけ変動を生じ、望ましいトルクを負荷に伝達するこ
とはできないが、図７の構成では慣性トルク補償値ΔＩ
τをトルク指令Ｉτ^*と加算してトルク制御系を構成し
ているため、数１に表わされるように、速度変動に対応
する分のトルク量がトルク指令に加算されたことと同等
になり、トルク変動を補償することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来装置では電動機１
の回転速度を検出する手段として、タコジェネレータ７
４を用いている。しかしながら、このような構成の電動
機において、その位置制御まで含めた制御を行う場合、
位置制御用の位置検出器としてエンコーダを、また速度
・トルク制御用の速度・加速度の検出器としてタコジェ
ネレータを、それぞれ電動機７１に配設する必要があ
る。このため電動機の構造が複雑化および大型化すると
共に、制御も面倒となる問題があった。

【００１０】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であり、タコジェネレータを用いなくても、通常検出さ
れる位置・速度だけでなく加速度をも検出できる加速度
検出装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため本発明は、回転速度を検出するエンコーダ
と、エンコーダが出力したパルスから現在の回転速度を
検出する第一速度検出器と、過去の回転速度を検出する
第二速度検出器と、第一速度検出器の出力と第二速度検
出器の出力の差を演算する減算器とを備えていることを
特徴とする。

【００１２】図１は本発明の加速度検出装置を適用した
電動機のトルク制御システムを示す。負荷２に対して出
力を行う電動機１は電動機制御回路３により制御され
る。電動機１はその回転速度を検出するエンコーダ４を
備え、このエンコーダ４で検出したパルスが加速度検出
装置５に出力される。加速度検出装置５はエンコーダが
出力したパルスを整形するエンコーダパルス波形整形回
路５ａと、この回路５ａからの信号により電動機１の現
在の回転速度を検出する第一速度検出器５ｂと、過去の
回転速度を検出する第二速度検出器５ｃと、これらの検
出器５ｂ，５ｃの出力の差を演算する減算器５ｄとを備
えている。図１においてＩτ^*は電流に加算したトルク
指令、ΔＩτは慣性トルク補償値、Ｉτ₁ ^*はトルク制
御信号、ω_Nは第一速度検出器５ｂが出力する現在の速
度検出値、ω_Pは第二速度検出器５ｃが出力する過去の
速度検出値である。

【００１３】図２はこの図１に示すシステムにおいて加
速度検出装置５が加速度を検出する動作のタイミングチ
ャートである。同図において、ωは実際の電動機回転速
度、φＡはエンコーダ４のＡ相出力パルス、φＢはエン
コーダ４のＢ相出力パルス、ＤｉｆｆＰはエンコーダ４
の微分パルスであり、図示例では４逓倍しているが、速
度検出分解能・遅れ時間に応じて１逓倍・２逓倍として
も良い。

【００１４】上記構成において、電動機１の回転速度が
ωの様に変化した場合、エンコーダ４のパルス出力はφ
ＡとφＢの位相差をπ／２に保ったまま、ＤｉｆｆＰに
示すように速度量に応じて周期（周波数）が変化する。
このパルス出力またはＤｉｆｆＰを用いて、第一速度検
出器５ｂにより現在の速度検出値ω_Nが得られる。この
速度検出方法については明らかであり、ここでは明示し
ない。また、第二速度検出器５ｃにより現在より任意の
微小時間Ｔだけ遅れた過去の速度検出器ω_Pが得られ
る。この時間Ｔは加速度検出分解能と加速度検出ロス時
間を考慮して選択する。

【００１５】ここで、加速度αは速度の微分で求められ
ることから、理論的には数３のように表わされる。

【００１６】

【数３】

【００１７】数３で示すように時間Ｔを充分小さくする
ことにより、減算器５ｄで演算された現在の速度検出値
ω_Nと過去の速度検出値ω_Pの差から加速度αに比例す
る量が得られ、加速度αの検出が可能となる。なお、図
１では加速度検出装置５をトルク制御システムに組み込
んだ場合について説明したが、本発明ではエンコーダを
用いて加速度を検出する場合全般について適用すること
ができる。

【００１８】従って、本発明ではタコジェネレータを用
いることなく、エンコーダで加速度を検出できるため構
造が簡単で検出も容易となる。また、速度情報であるＴ
Ｇの出力を微分して加速度検出する場合にはノイズが混
入し易いのに比べ、速度の差を演算していることからノ
イズの混入による影響が少なくなる。

【００１９】

【実施例１】図３および図４は本発明の実施例１を示
し、エンコーダ４にエンコーダパルス波形整形回路６が
接続され、この回路６に第一速度検出器７および第二速
度検出器８が並列に接続され、これらの検出器７，８の
出力信号が差動アンプ９に入力され、電圧表示器１０に
より表示される。エンコーダパルス波形整形回路６は、
エンコーダパルスに混入したノイズパルスを除去するフ
ィルタ回路６ａと、速度を検出するためのエンコーダパ
ルスの逓倍数を設定する逓倍設定回路６ｂと、逓倍設定
回路６ｂによって設定された逓倍数でフィルタ回路６ａ
を通ったエンコーダパルスのエッジ入力時にパルスを発
生する微分パルス発生回路６ｃとから成る。第一速度検
出器７は、回転速度により周期（周波数）が変化する微
分パルス発生回路６ｃの出力の１周期に対するＨレベル
またはＬレベルの区間の割合を回転速度に応じて変化す
る出力に変換するＰＷＭ回路７ａと、差動アンプによる
Ｆ／Ｖ変換回路７ｂと、２次アクティブフィルタ７ｃと
から成る。第二速度検出器８は、ディレイライン８ｄ
と、ディレイライン８ｄの遅延量を設定する遅延設定回
路８ｅと、ＰＷＭ回路７ａ、Ｆ／Ｖ変換回路７ｂ、２次
アクティブフィルタ７ｃとそれぞれ同様のＰＷＭ回路８
ａ、Ｆ／Ｖ変換回路８ｂ、２次アクティブフィルタ８ｃ
とから成る。

【００２０】図４は図３で示される加速度検出装置の動
作時における各地点での波形を時間変化で表わしてお
り、ωはエンコーダ４が取り付けられた図示しない電動
機の回転速度、φＡはエンコーダ４のＡ相出力パルス、
φＢはエンコーダ４のＢ相出力パルス、ＤｉｆｆＰは微
分パルス発生回路６ｃの出力であるエンコーダ４の微分
パルスであり、本実施例では４逓倍した場合を図示して
いる。ＰＷＭ１はＰＷＭ回路７ａの出力、ω_Nは２次ア
クティブフィルタ７ｃが出力する現在の速度検出値、ｄ
ｅｌａｙはディレイライン８ｄの出力、ＰＷＭ２はＰＷ
Ｍ回路８ａの出力、ω_Pは２次アクティブフィルタ８ｃ
が出力する現在の速度検出値、αは差動アンプ９の出力
すなわち本実施例における検出加速度値である。

【００２１】上記構成において、エンコーダ４の取り付
けられている電動機が図４に示す速度ωで回転している
場合、エンコーダ４の出力はφＡ、φＢに示すように、
回転速度が遅いときは周波数が小さく、速いときは周波
数が大きくなって出力される。実際には図４に示すより
も、電動機速度の変動に対してエンコーダパルス数は充
分多くなる。エンコーダ４の出力φＡ、φＢはフィルタ
回路６ａにより電動機の最高回転速度で得られるエンコ
ーダ出力パルス幅よりも充分細いノイズパルスが除去さ
れる。図示例では逓倍設定回路６ｂにより４逓倍パルス
で速度検出しており、ノイズパルスが除去された信号
は、微分パルス発生回路６ｃによりＤｉｆｆＰに示す様
な信号レベルの変化点で細パルスを出力する信号に変換
される。従って、エンコーダ波形整形回路６を介してエ
ンコーダ信号φＡ、φＢは速度検出しやすい微分パルス
信号ＤｉｆｆＰへ変換される。

【００２２】微分パルス信号ＤｉｆｆＰは、第一速度検
出器７と第二速度検出器８とに入力される。まず第一速
度検出器７では、ＰＷＭ回路７ａにより一定区間Ｈレベ
ルまたはＬレベルを保つ信号ＰＷＭ１へ変換される。こ
の一定区間は、最高回転速度時にＤｉｆｆＰ信号の隣り
合うパルスが重ならないレベルにより、任意に設定でき
る。信号ＰＷＭ１は差動アンプを用いたＦ／Ｖ変換回路
７ｂに入力されて回転速度に応じた電圧値に変換され、
２次アクティブフィルタ７ｃで高周波数領域のノイズが
除去される。つまり第一速度検出器７においては回転速
度情報を周波数として有している微分パルス信号Ｄｉｆ
ｆＰが、電圧振幅として有している現在速度信号ω_Nへ
変換される。

【００２３】次に第二速度検出器８に入力された微分パ
ルス信号ＤｉｆｆＰはディレイライン８ｄにより、遅延
設定回路８ｅで設定された遅延量で一定時間遅れて信号
ｄｅｌａｙの様に出力される。この遅延量は小さい程、
加速度検出ロス時間が短くなるが、加速度検出分解能が
粗くなる一方、大きい程、加速度検出分解能が細かくな
るが加速度検出ロス時間が長くなる。本実施例ではこれ
らを考慮して適当な遅延時間に設定する。以下、信号ｄ
ｅｌａｙは第一速度検出器７と同様のＰＷＭ回路８ａ、
Ｆ／Ｖ変換回路８ｂ、２次アクティブルフィルタ８ｃに
よりＰＷＭ回路８ａの出力は信号ＰＷＭ２、２次アクテ
ィブフィルタ８ｃの出力は信号ω_Pに変換される。つま
り第二速度検出器８においては回転速度情報を周波数と
して有している微分パルス信号ＤｉｆｆＰが、電圧振幅
として有している過去速度信号ω_Pへ変換される。

【００２４】現在速度信号ω_Nと過去速度信号ω_Pは、
差動アンプ９に入力されて（ω_N−ω_P）の演算が行わ
れ、設定した遅延量によるゲイン倍分の逆数をゲイン倍
して、設定遅延量によるゲイン変化をキャンセルする。
この差動アンプ９の出力が検出加速度αとなる。

【００２５】以上のような構成では、現在の検出速度と
過去の検出速度の差を演算することで、ＴＧを用いるこ
となくエンコーダから加速度を検出することが出来、電
動機の構造が簡単になると共に、小型化・低コスト化が
図られ、制御も容易となる。また、アナログ回路による
速度検出および加速度検出を行っているため、高精度の
加速度検出が可能となる。

【００２６】

【実施例２】図５は本発明の実施例２における加速度検
出装置のハードウェア構成を示し、４は図示しない電動
機の回転状態を検出するエンコーダである。１１はデジ
タル制御回路であり、その内部のＣＰＵ１７はバス２２
によってＲＯＭ１５、ＲＡＭ１６に接続されると共に、
微分パルス発生回路１３、カウンタ１４によりフィルタ
回路１２を通じてエンコーダ４と、Ｄ／Ａ変換器２１に
より電圧表示器２３とそれぞれ接続される他、図示しな
い電動機の回転を制御するためのＡ／Ｄ変換器１８、カ
ウンタ１９およびデジタル制御回路１１を上位で制御す
る図示しない上位コントローラとのインターフェイス回
路２０と接続されている。

【００２７】図６は本実施例における加速度検出装置の
ＣＰＵ１７で処理されるソフトウェアプログラムのフロ
ーチャートであり、ω_Nは現在速度検出値、ω_Pは過去
速度検出値、αは加速度検出値、Ｋ₁は速度検出ゲイ
ン、Ｋ₂は加速度検出ゲイン、Ｎはエンコーダ４の微分
パルス間隔をカウントロックで数えたカウント値であ
る。

【００２８】上記構成において、図示しない電動機が回
転し、その回転量および回転速度に応じてエンコーダ４
からそれぞれパルス数およびパルス周波数として出力さ
れ、デジタル制御回路１１へ入力される。デジタル制御
回路１１内では、これらの信号がまずフィルタ回路１２
に入力されエンコーダパルスに混入したノイズパルスが
除去され、微分パルス発生回路１３においてＣＰＵ１７
によりあらかじめ設定された逓倍数で（ステップＳ１）
微分パルスを発生させる。この微分パルスは回転速度に
応じてパルス周波数（パルス幅）が変化することから、
カウンタ１４においてパルス幅間隔を一定クロツクでカ
ウントすることにより回転速度情報Ｎが得られる。この
カウント動作とＣＰＵ１７のカウント値読み込み動作と
が非同期のため、カウンタ１４は次の微分パルスが入力
するまでカウント値をラッチするラッチ回路を有してい
る。つまり、フィルタ回路１２、微分パルス発生回路１
３、カウンタ１４によりエンコーダ４の出力信号と同期
して回転速度に反比例したカウント値Ｎが得られる。

【００２９】一方、エンコーダ４の出力信号と非同期で
ＣＰＵ１７により以下の処理がなされる。まずステップ
Ｓ１により、速度検出のためのエンコーダ微分パルスの
逓倍数が設定される。次にステップＳ２により、カウン
タ１４でラッチされているカウント値Ｎが読み込まれ、
ステップＳ３により、速度検出ゲインＫ₁をカウント値
Ｎで割り、回転速度に比例した速度検出値ω_Nを得る。
さらにステップＳ４により、現在の速度検出値ω_Nから
過去の速度検出値ω_Pを減じた後、加速度検出ゲインＫ
₂を乗じて加速度検出値αを得る。この加速度検出ゲイ
ンＫ₂は、ステップＳ１からＳ６までにＣＰＵ１７が要
する時間Ｔと、加速度検出装置が組み込まれたシステム
における加速度フィードバックゲインによって選定す
る。検出された加速度検出値αは、ステップＳ５によっ
てＤ／Ａ変換器２１により出力され、電圧表示器２３に
よりモニタされる。さらにステップＳ６では、ステップ
Ｓ３で得られた現在速度検出値ω_Nを過去速度検出値ω
_PとしてＲＡＭ１６に格納しておき、次回の加速度検出
時のＣＰＵ１７処理での過去速度検出値ω_Pとして用い
る。

【００３０】このような本実施例においても現在の検出
速度と過去の検出速度の差を演算することにより、ＴＧ
を用いることなくエンコーダから加速度を検出すること
ができ、電動機の構造の簡素化、小型化、低コスト化が
はかられる。本実施例ではデジタル回路による速度検出
・加速度検出を行っているため、１チップあるいは少数
のチップにより加速度検出装置が構成でき、小型化でき
るメリットがある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば、現
在の検出速度と過去の検出速度の差を演算するため、Ｔ
Ｇを用いることなくエンコーダから加速度を検出するこ
とが出来、電動機の構造の簡素化、小型化、低コスト化
がはかられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加速度検出装置を適用したシステム構
成を示すブロック図である。

【図２】図１の加速度検出装置が加速度を検出する動作
を示したタイミングチャートである。

【図３】実施例１の構成を示すブロック図である。

【図４】実施例１の動作時における各地点での波形を時
間変化で表わしたタイミングチャートである。

【図５】実施例２のハードウェア構成を示すブロック図
である。

【図６】実施例２のソフトウェアプログラムのフローチ
ャートである。

【図７】従来の加速度検出装置を含む電動機トルク制御
装置のブロック図である。

【符号の説明】

１電動機２負荷３電動機制御回路４エンコーダ５加速度検出装置５ａエンコーダパルス波形整形回路５ｂ第一速度検出器５ｃ第二速度検出器５ｄ減算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転速度を検出するエンコーダと、エン
コーダが出力したパルスから現在の回転速度を検出する
第一速度検出器と、過去の回転速度を検出する第二速度
検出器と、第一速度検出器の出力と第二速度検出器の出
力の差を演算する減算器とを備えていることを特徴とす
る加速度検出装置。