JPH11252966A - モータ速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より高い応答をもった制御を可能にするよう
なモータ速度制御装置におけるエンコーダの速度検出装
置を提供する。 【解決手段】 モータ軸又はモータ軸によって駆動され
る軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロー
タリエンコーダ７からの出力パルス数及びパルス検出時
間から回転速度検出値を求める速度検出器２と、回転速
度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較
器３と、偏差を０とするよう電流指令を出力する速度制
御器４と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電
流アンプ５と、を具備するモータ速度制御装置１に、速
度検出器２は、エンコーダ中心とエンコーダ回転中心と
のずれの誤差距離ｒと、エンコーダ原点軸に対するずれ
方向の角度θと、により算出する修正値を用いて回転速
度検出値を修正する修正手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ速度制御装
置であり、特に、２相パルス出力及び原点位置を示すパ
ルス出力を持つロータリエンコーダの信号を用いてモー
タの速度を検出することでモータの速度を制御すること
が可能なモータ速度制御装置におけるエンコーダの速度
検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】速度フィードバックを持つモータ速度制
御装置は、従来から知られている。このモータ制御制御
装置１は、図１に示すように、速度検出器２と、比較器
３と、速度制御器４と、電流アンプ５と、を具備してい
る。そして、制御対象のモータ６のモータ軸又はモータ
軸によって駆動させる軸に速度検出センサ７を直接取り
付けており、この速度検出センサ７の出力信号は、速度
検出器２により速度検出信号に変換され、次に、比較器
３で速度検出信号とモータ速度制御装置に与えられた速
度指令信号Ｎｒｅｆとの差をとり、その偏差を速度制御
器４に与える。速度制御器４は速度の偏差を０とすべく
電流アンプ５に電流指令を与え、これにより電流アンプ
５はモータ駆動電流を出力する。こうしてモータ６は自
動的に速度指令信号にて与えられた速度で回転するよう
になっている。そして、速度検出センサ７としてはアナ
ログ出力のタコジェネレータなどが用いられることもあ
るが、速度制御装置のディジタル化に伴い、高精度な速
度検出が可能な２相パルス出力のロータリエンコーダを
用いることが多くなってきた。

【０００３】このロータリエンコーダのうち、たとえば
光学式ロータリエンコーダの場合、内部に円周上で精密
に等間隔に並んだスリットが付いた円板と、この円板を
挟んで発光素子と受光素子が配置されており、スリット
部分から受光素子に光があたるようになっている。従っ
て円板が回転するとスリットの間隔で受光素子に光があ
たり、回転角度に同期した周期的信号が受光素子より出
力される。この受光素子の出力信号はアナログ信号であ
るが、オン、オフのデューティが５０％になるように適
当な閾値を設けて波形整形し、パルス信号として出力す
る。一般のロータリエンコーダでは２個の受光素子がス
リット間隔の１／４の間隔をもって配置されており、そ
れぞれの出力が波形整形されてパルスとして出力された
結果、２つの出力パルスは１／４周期の位相差を持つこ
とになる。なお、エンコーダによっては１／４周期のず
れをもった２種類のスリットを設け、回転に対して同じ
位置にある２個の受光素子でそれぞれのスリットを通し
た光を受けて位相差パルスを出力しているものもある。

【０００４】以上のような２相パルス出力の光学式ロー
タリエンコーダは、軸の一定速回転に対して図４に示す
ようなＡ相、Ｂ相のパルスを出力するわけであるが、こ
の信号を用いて回転速度の検出を行う方法について、以
下に説明する。まずディジタル方式の速度制御装置では
一般に速度制御を一定時間間隔毎に行うようになってお
り、速度の検出もこの一定時間間隔の制御周期に同期し
て行われる。この速度検出ではまずエンコーダパルス数
が必要となるが、これはＡ相、Ｂ相のエンコーダ信号の
立ち上がり、立ち下がりでカウントするようになってい
る。図４を用いて説明すると、Ｂ相が０の時にＡ相の立
ち上がりが発生したところでパルス数０としており、次
のＢ相の立ち上がりでパルス数１、その次のＡ相の立ち
下がりでパルス数２というように、各パルスのエッジで
カウントアップする。また逆に回転した場合はＡ相、Ｂ
相のパルスエッジでカウントダウンする。すなわち、一
方のパルス信号の変化ともう一方のパルス信号の状態と
の組み合わせでパルス数をアップ／ダウンするようにな
っている。本方式によれば実際のエンコーダパルス数の
４倍のパルス数となるが、速度検出の分解能を上げる意
味から広く用いられている方式である。

【０００５】図４において、速度検出のサンプリングが
Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の時点で行われたとすると、各
サンプリングにおけるパルス数は、それぞれ０、２、
４、７となる。サンプリングの時間間隔は一定であるか
ら、１回のサンプリング間隔におけるパルス数の増加値
をサンプリング時間で除算して速度検出値とする方法も
あるが、速度検出値の分解能が非常に粗くなるため、通
常はパルス数が変化した時間も使って速度を算出するよ
うになっている。すなわち、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の
パルスエッジが入力された時間もサンプリングして各時
間差分値ｔ１、ｔ２、ｔ３を求め、パルス数の差分値を
この時間差分値で除算すれば正確な速度が求まることに
なる。図４の例では、パルスの間隔（周期）がきちんと
所定の値になっていれば、パルス差分値をそれぞれの時
間差分値で除算することにより、いずれのサンプリング
においても正確な回転速度が得られることになる。

【０００６】しかし、従来のような速度検出方式は、エ
ンコーダのスリット間隔がいかなる回転角度でも正確に
一定の間隔となっていることを前提にしたものであり、
そのため、エンコーダのスリットの間隔が不均衡であっ
たり、スリットの円周の中心軸と実際の回転中心軸がず
れて取り付けられたような場合には、回転角度によって
スリット検出間隔が変動し、速度検出値に誤差を生じて
しまう。実際のエンコーダについて見ると、スリットの
加工は超微細加工で行われているため、スリット間隔の
不均衡が発生することはほとんどない。しかし、エンコ
ーダのスリット円板の回転軸への取り付けは機械的なも
のであり、スリット中心軸と回転中心軸にずれが生じる
ことはさけられない。

【０００７】この影響について、図２を用いて以下に説
明する。図２はスリット７１を表したものであり、スリ
ット中心軸７２を中心として等間隔で並んでいる。この
スリット７１を検出するのはスリット中心軸７２からＲ
の距離を持った点であり、この円周上ではスリット間隔
は当然のことながら一定である。ところが、回転の中心
軸がスリット中心軸７２から距離ｒだけずれた点７３に
あったとすると、ここからＲの距離を持った円がスリッ
トの検出点となり、これは円７６となる。この円７６上
ではスリット間隔は不均一となり、例えばスリット中心
７２に対する回中心軸のずれ軸７５の方向でのスリット
間隔は正規の間隔に対して（１＋ｒ／Ｒ）倍となってし
まう。この誤差は速度検出値にもそのまま現れてきて、
このような速度検出値で制御すると、回転に同期したト
ルクリップルや速度リップルとなり、高性能な速度制御
ができなくなる。このような問題に対して、従来は、速
度制御ゲインを下げて安定な制御ができるところで使用
してきたが、高い速度制御応答を要求されるような用途
では、高いエンコーダの取り付け精度を確保する以外に
なかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題を解決し、より高い応答をもった制御を可能にす
るようなモータ速度制御装置におけるエンコーダの速度
検出装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、モータ軸又は
モータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、
２相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パ
ルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める
速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比
較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電
流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ
駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速
度制御装置において、前記速度検出器は、エンコーダ中
心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エ
ンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度と、により算
出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手
段を有するモータ速度制御装置である。

【００１０】また、本発明は、モータ軸又はモータ軸に
よって駆動される軸に取り付けられ、かつ、２相パルス
を出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及び
パルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器
と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差
を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出
力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を
出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置
において、モータの一定速度運転を行う一定運転手段
と、エンコーダ出力パルス信号から求めた速度検出値の
回転に同期して変動する変動量と位相角とにより、エン
コーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距
離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度を計
算する計算手段と、を有するモータ速度制御装置であ
る。

【００１１】そして、本発明は、上記速度検出器は、上
記計算手段で計算したエンコーダ中心軸とエンコーダ回
転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対
する軸ずれ方向の角度により算出する修正値を用いて回
転速度検出値を修正する修正手段を有するモータ速度制
御装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の発明の実施の形態を説明
する。以下、本発明のモータ速度制御装置についての実
施例を、図１〜図４を用いて説明する。図１は、速度制
御装置の全体の制御ブロックの説明図である。図２は、
エンコーダ回転軸のずれがパルス検出に及ぼす影響の説
明図である。図３は、実施例のモータ速度制御装置の速
度検出装置の一例の説明図である。図４は、エンコーダ
パルスと速度検出方法の説明図である。

【００１３】実施例１を説明する。本実施例のモータ速
度制御装置１は、図１に示すように、速度検出器２と、
比較器３と、速度制御器４と、電流アンプ５と、を具備
している。速度検出器２は、従来例とは相違するため、
後述する。比較器３、速度制御器４、電流アンプ５は、
従来例と同様である。比較器３は、速度検出器２からの
回転速度検出値と入力された速度指令値とを比較して偏
差を算出する。速度制御器４は、比較器３からの偏差を
０とするよう電流指令を出力する。電流アンプ５は、速
度制御器４からの電流指令によりモータ駆動電流を出力
する。このモータ駆動電流により、モータ６は、入力さ
れた速度指令値の回転速度で回転することとなる。

【００１４】本実施例のモータ速度制御装置１における
速度検出器２について、説明する。速度検出器２は、モ
ータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けら
れ、かつ、２相パルスを出力するロータリエンコーダ７
からの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検
出値を求める。本実施例の速度検出器２は、得られた回
転速度検出値を暫定値とし、この暫定値を修正する。即
ち、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれ
の誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の
角度と、により算出する修正値を用いて暫定回転速度検
出値を修正する修正手段を有している。エンコーダ中心
軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エン
コーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度は、あらかじめ
設定されている。設定値の求める方法としては、機械的
な測定で求めることができるが、実施例２で説明する方
法でも求めることができる。

【００１５】修正量の算出について、図２を用いて具体
的に説明する。図２には、エンコーダのスリット７１及
びその中心軸７２、実際の回転中心軸７３を示してい
る。スリット中心軸７２と実際の回転中心軸７３との距
離（軸ずれの誤差距離）をｒとする。エンコーダの回転
の原点としては通常一回転に１パルス出力されるＺ相信
号を用いるが、このＺ相が存在する軸をエンコーダ原点
軸７４とする。このエンコーダ原点軸７４に対して、ス
リット中心軸７２から回転中心軸７３を通過するずれ軸
７５をとり、これの原点軸７４に対する角度（軸ずれ方
向の角度）をδとする。このようなエンコーダでスリッ
トの検出点が通過する円周７６は、回転中心軸７３から
距離Ｒ離れており、この円周上で原点軸から角度θの速
度検出点７７について説明する。この検出点７７ではス
リットの幅Ｌ（θ）は、正規のスリット幅をＬｏとし
て、つぎの式で表される幅となる。Ｌ（θ）＝Ｌｏ・
（１＋ｒ／Ｒ・ｃｏｓ（θ−δ））このため、速度検出
値Ｎｄ（θ）は、角度θの値により軸ずれの影響が異な
り、実際の回転速度Ｎｏに対して Ｎｄ（θ）＝Ｎｏ・Ｌｏ／Ｌ（θ） ＝Ｎｏ／（１＋ｒ／Ｒ・ｃｏｓ（θ−δ）） ≒Ｎｏ・（１−ｒ／Ｒ・ｃｏｓ（θ−δ）） （１≫ｒ／Ｒとして近似） となる。したがって、速度検出値の補正には、速度検出
値Ｎｄ（θ）に対して、以下のようなΔＮ（θ）を加え
て修正することが必要になる。ΔＮ（θ）＝Ｎｄ（θ）
・ｒ／Ｒ・ｃｏｓ（θ−δ）

【００１６】この修正手段を有する速度検出器２の回路
の一例について、図３を用いて説明する。まずエンコー
ダ７からのＡ相、Ｂ相のパルス信号はパルス加工部２１
に入る。このパルス加工部２１ではパルス数をカウント
するためのＵＰ信号、ＤＯＷＮ信号、パルスの変化点を
示すパルスエッジ信号を出力する。このうち、パルスエ
ッジ信号により時間カウンタ２２の値をラッチ２３でラ
ッチする。また、ＵＰ信号、ＤＯＷＮ信号はパルスカウ
ンタ２４でカウントされ、現在角度データとなる。ラッ
チ２３の時間ラッチデータおよびパルスカウンタ２４の
パルスカウントデータは、それぞれ差分演算する演算器
２５ａ、２５ｂに入り、ここでサンプリングクロックφ
s毎の差分データΔＴとΔＰになって出力される。そし
て除算演算する演算器２５ｃでΔＰ／ΔＴが演算されて
暫定速度検出値Ｎｄ（θ）が得られる。しかし、この暫
定速度検出値Ｎｄ（θ）は、前述したような回転軸ずれ
による誤差を含むものであり、以下、その補正について
説明する。まずθ−δであるが、これはパルスカウンタ
２４をエンコーダ７の原点信号であるＺ相信号が入力さ
れる毎に、メモリ２６ａにあらかじめ設定されている軸
ずれ方向角−δで初期化してやることにより作ることが
できる。このθ−δのデータはｃｏｓ関数演算器２５ｄ
でｃｏｓ（θ−δ）となる。ここでｃｏｓ関数演算器２
５ｄはデータテーブルを用いてもよいし、既知の演算方
法を用いてもよい。次に、この結果は、乗算演算する演
算器２５ｅで速度検出値Ｎｄ（θ）とあらかじめ設定さ
れているメモリ２６ｂの軸ずれ率ｒ／Ｒと乗算される。
こうして、速度補正値ΔＮ（θ）を作り、最後に加算演
算する演算器２５ｆで速度検出値Ｎｄ（θ）との和をと
って、補正後の速度検出値Ｎｄｅｔができる。この例で
は、ｃｏｓ関数演算器２５ｄ、乗算演算器２５ｅ、加算
演算器２５ｆ、メモリ２６ａ、２６ｂが回転速度検出値
を修正する修正手段である。

【００１７】このように、本実施例によれば、エンコー
ダ中心とエンコーダ回転中心とのずれの誤差距離と、エ
ンコーダ原点軸に対するずれ方向の角度と、を用いるこ
とにより、軸のずれを考慮して修正した正確な回転速度
検出値を得ることができるため、軸への取付けにずれが
生じていても、モータの回転速度を正確に速度指令値と
するモータ速度制御装置とすることができる。

【００１８】実施例２を説明する。本実施例２のモータ
速度制御装置は、モータ軸又はモータ軸によって駆動さ
れる軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロ
ータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時
間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転
速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比
較器３、前記偏差を０とするよう電流指令を出力する速
度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する
電流アンプと、を具備し、更に、モータの一定速度運転
を行う一定運転手段と、エンコーダ出力パルス信号から
求めた速度検出値の回転に同期して変動する変動量と位
相角とにより、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心
軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸
ずれ方向の角度を計算する計算手段と、を有している。

【００１９】このモータ速度制御装置を使用すると、実
施例１において必要な、軸ずれの誤差距離ｒ及び軸ずれ
方向の角度δを算出することができる。すなわち、本実
施例のモータ速度制御装置によって、モータを一定速度
Ｎｏで回転させて、回転速度検出値Ｎｄ（θ）を得、そ
して、得られた回転速度検出値Ｎｄ（θ）とｓｉｎθと
又はｃｏｓθとで、相関をとることで実現できる。ま
ず、 Ｎｄ（θ）＝Ｎｏ・（１−ｒ／Ｒ・ｃｏｓ（θ−δ）） であるから、ｓｉｎθと相関をとると、

【数１】 同様に、ｃｏｓθと相関をとると、

【数２】 となる。ここで求めたＳとＣとにより、ｒ／Ｒとδが計
算でき、軸ずれの誤差距離ｒと軸ずれ方向の角度δとを
求めることができる。なお、積分処理は、十分に短い時
間でＮｄ（θ）をサンプリングすることで容易に実行可
能となる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、エンコーダ回転軸ずれの影響
を受けた速度検出値を補正して正しい速度を検出するこ
とができるようになり、その結果として、高い速度制御
応答を持ったモータの速度制御装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】速度制御装置の全体の制御ブロックの説明図。

【図２】エンコーダ回転軸のずれがパルス検出に及ぼす
影響の説明図。

【図３】実施例のモータ速度制御装置の速度検出装置の
一例の説明図。

【図４】エンコーダパルスと速度検出方法の説明図。

【符号の説明】

１ 速度制御装置 ２ 速度検出器 ２１ パルス加工部 ２２ 時間カウンタ ２３ 時間データラッチ ２４ パルスカウンタ ２５ａ 時間カウンタ差分器 ２５ｂ パルス入力カウンタ差分器 ２５ｃ 除算器 ２５ｄ ｃｏｓ演算器 ２５ｅ 乗算器 ２５ｆ 加算器 ２６ａ 回転軸ずれ方向角度 ２６ｂ 回転軸ずれ率 ３ 速度差分の減算器 ４ 速度制御器 ５ 電流アンプ ６ モータ ７ 速度センサ ７１ スリット ７２ エンコーダスリット中心軸 ７３ エンコーダ回転中心軸 ７４ エンコーダ原点軸 ７５ エンコーダ回転中心ずれ軸 ７６ スリット検出線 ７７ スリット検出点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータ軸又はモータ軸によって駆動され
   る軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロー
   タリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間
   から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速
   度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較
   器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御
   器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流ア
   ンプと、を具備するモータ速度制御装置において、 前記速度検出器は、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転
   中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対す
   る軸ずれ方向の角度と、により算出する修正値を用いて
   回転速度検出値を修正する修正手段を有することを特徴
   とするモータ速度制御装置。
2. 【請求項２】 モータ軸又はモータ軸によって駆動され
   る軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロー
   タリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間
   から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速
   度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較
   器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御
   器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流ア
   ンプと、を具備するモータ速度制御装置において、 モータの一定速度運転を行う一定運転手段と、エンコー
   ダ出力パルス信号から求めた速度検出値の回転に同期し
   て変動する変動量と位相角とにより、エンコーダ中心軸
   とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコ
   ーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度を計算する計算手
   段と、を有することを特徴とするモータ速度制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のモータ速度制御装置にお
   いて、 上記速度検出器は、上記計算手段で計算したエンコーダ
   中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及び
   エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度により算出
   する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段
   を有することを特徴とするモータ速度制御装置。