JPS60100718A - 位置，速度検出方法及び装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、位置、速度検出方法及び装置に係り、特に、
エンコーダの原信号をパルス幅変調することによシ、そ
の低速回転を精度よく検出するのに好適力、位置、速度
検出方法及び装置に関するものである。

〔発明の背景〕

最近、ＮＣ装置、ロボット等などにはサーボモータが多
く使用されている。一方、半導体の進歩によシ、制御回
路はマイクロコンピュータ（マイクロコンという。）化
及びティジタル化の方向にある。

この場合、速度の検出方法が問題となる。

その速度検出方法について、さきに開発した、エンコー
ダ・パルスによる速度検出方法に係るものの速度検出回
路ブロック図である第１図と、その速度検出のタイムチ
ャート図である第２図および、その低速検出タイムチャ
ート図である裁３図により説明する。

すなわち、図示のごとく、マイクロコンはＣＰＵ１０１
．ＲＯＭ１０２．ＲＡＭ１０３により構成され、速度検
出のだめの制御及び演算を行うものである。

そして、速度検出としては、一定時間内のパルス個数Ｐ
Ｎと、その時間幅Ｔ、によって、次式（１）により、速
度■Ｆ′ｆ：求めることができる。

ただし、Ｋ１は、１回転あたりのエンコーダ・パルス数
によって定まる定数である。

エンコーダは、一般に、ザーボモータの軸に取付けてあ
り、出力信号としては、第２図に示すごとく、エンコー
ダ・パルスに係る位相が９０度ずれている人相及びＢ相
の２相伯号を発生する。

寸だ、１０８は、２相のエンコーダ・パルス信号の立上
り及び立下りのエツジを検出し、第２図のＴＩ倍信号発
生するエンコーダ・パルス整形回路である。

一方、１０４−ｕ、マイクロコンのデータ・バス１１０
に接続されたサンプリングタイマであり、速度を検出す
るだめのサンプリング時間Ｔｓである第２図のＴ２信号
を発生するものである。

１０５は、マイクロコンのデータ・バス１１０に接続さ
れたパルスカウンタであり、第２図のごとく、サンプリ
ング時間Ｔｓ内のエンコーダ・パルスＴ１信号の個数Ｐ
Ｎを計数するものである。

そして計数されたパルス個数ＰＮのデータはデータ・バ
ス１１０を介して、マイクロコンに取込１れる。

１０７ば、サンプリングのためのＴ２信号をエンコーダ
・パルスＴ１信号でラッチする周期化回路である。同期
化回路１０７の出力は、第２図のＴ３信号となる。

１０６ば、サンプリングタイマ１ｏ４．パルスカウンタ
１０５と同様に、マイクロコンのデータ・バス１１０に
接続された時間幅タイマであり、第２図のごとく、同期
化回路１０７の出力Ｔ３信号の時間幅Ｔｄを測定するも
のである。

その測定された時間幅Ｔｄのデータはデータ・バス１１
０を介して、マイクロコンに取込まれる。

以上のようにマイクロコンに取込まれたエンコーダ・パ
ルス個数ＰＨのデータと時間幅Ｔｄのデータとによって
、さきの（１）式の演算をマイクロコンで行うことによ
り、速度ＶＦを検出するものである。

しかし、このような方法では、モータの速度が低速にな
った場合、サンプリング時間毎に検出を行うことができ
ない点が問題となる。

第３図は、低速の場合のタイムチャートである。

低速の場合、サンプリング時間Ｔｓをエンコーダ・パル
スＴ１信号によりｎ期化できない場合（領域■）や、同
期化できた場合でも、時間幅Ｔｄが非常に長くなる場合
（領域■）がある。

これらの場合は、制御系においては、サンプリング時間
が延びたと同等になシ、応答を劣化させる要因となる欠
点を有する。

また、モータが停止している場合、上記の速度検出方法
では速度を検出することができない。

しかし、モータが高速回転の場合、上記の方法では精度
良く検出できるものである。

〔発明の目的〕

本発明は、さきに開発した方法の不十分な点である、低
速検出に長い時間を必要とし、制御系の応答を劣化させ
ることに鑑み、低速検出において、安定し、さらにサン
プリング時間内に検出できる位置、速度検出方法及びそ
の実施に直接使用される位置、速度検出装置の提供を、
その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る位置、速度検出方法は、移動体に直結され
たエンコーダによる位置、速度検出方法において、エン
コーダの原信号を、サンプリングに係る搬送波によシパ
ルス幅変調し、その変調されたパルス幅の時間を測定す
ることにより位置を検出するようにしだものである。

また、本発明に係る位置、速度検出装置の構成は、移動
体に直結されたエンコーダによる位置。

速度検出装置において、搬送波の発生回路と、その搬送
波によシエンコーダの原信号をパルス幅変調するパルス
幅変調回路と、その変調されたノ＜１１２幅の時間を測
定するパルス幅タイマと、とのノくルス幅タイマに接続
されるマイクロコンピュータとから構成したものである
。

なお詳述すると、次のとおシである。

一般に、エンコーダは、正弦波状に変化する原信号を有
し、そのエンコーダ原信号を波形整形することにより、
エンコーダ・パルスを発生している。

本発明では、正弦波状に変化するエンコーダ原信号に急
回して、速度を検出するようにしたものであり、その方
法としては、パルス幅変調技術によりエンコーダ原信号
を変調し、サンプリング時間を搬送波として、パルス幅
の時間を測定し、エンコーダ原信号の位置を検出して、
位置の変化により速度を検出するようにしたものである
。

〔発明の実施例〕

本発明に係る位置、速度検出方法の一実施例を、その実
施に供せられる位置、速度検出装置の一実施例をあわせ
、第４図ないし第６図を参照して説明する。

ここで、第４図は、本発明の一実施例に係る位置、速度
検出方法の実施に供される、その一実施例に係る位置、
速度検出装置の位置、速度検出回路のブロック図、第５
図は、その低速検出タイムチャート図、第６図は、その
位相データの計算に係る各モード位置図、第７図は、そ
の位置検出フローチャート図である。

まず、第４図において、さきの第１図と同一符号は、同
等部分を示すものである。

そして、４０１ば、エンコーダ原信号によりエンコーダ
・パルス’ｔｉ生するエンコーダ・パルス発生回路であ
る。

４０４Ｎ、内部においてサンプリング開開Ｔ−１１８相
当の搬送波パルスを発生し、鋸歯状波であるサンプリン
グ搬送波を形成する搬送波回路であり、４０３は、エン
コーグ原Ａ相信号と前記のサンプリング搬送波とを比較
し、パルス幅変調のＳ＋倍信号発生する変調回路である
。

４０２は、マイクロコンのデータ・バス１１０と接続さ
れたパルス幅タイマであり、上記変調回　１路４０３の
出力であるパルス幅変調Ｓ１．信号の時間幅に係るパル
ス幅ＴＥを測定するものであシ、その測定されたパルス
幅Ｔ　Ｅの測定データは、ＣＰＵｌ０Ｉに取込まれる。

このパルス幅ＴＥの測定データによって搬送波周期毎の
位置データθ（ｋ）を、原理的には、次の（２）式でめ
られるＡ（ｋ）の値を使用し、マイクロコンで演算を行
うことによりめられる。

次に、上記のようにしてめられたθ（１す。

θ（ｋ−１）によって、速度Ｖｐ（ｅ次の（３）式によ
りめる。

ただし、０（ｋ−１）は、前回の位置データである。

ところが、前記（２）式による角度は、０〜π／２まで
の値となる。そこで、エンコーダ・パルスの２相の信号
によシ、第５図に示すモードＩ、ＩＩ。

■、■とじ、各モードでの位置を区別する。

エンコーダ・パルスＴｌ信号は、π／２毎に１としてい
るため、各モードでの位置は第６図に示すようになる。

さらに回転方向信号も考慮する必要がある。

第７図は、位置データθ計算のフローチャー１・図であ
る。このフローチャートは、第６図に従って行えばよい
。なお、第７図で、さきの（２）式の”　Ａ（ｌりを、
単にＡと略示している。

すなわち、まず、パルス幅タイマ４０２から搬送波の１
周期毎にＣＰＵｌ０Ｉに割込み要求を行い、その割込み
要求によシ、第７図のフローチャートは実行される。

゛　パルスｌｊｇ　Ｔ　Ｅのデータを取込み、さきの（
２）式により、値Ａ（１０ｆ：求め、正転／逆転方向の
判別を行ったのち、各モードにおける位置データθ（１
りを算出するものである。

しかして、位置データ０（１つが前回のデータ２　θ（
ｋ　−１）と等しい演算結果によって、停止の検出（零
速度検出）もできるものである。

また、エンコーダ°パルス間の位置を検出することがで
きるため、その詳細位置検出によシ、位置制御の精度を
向上させることができるものである。

」二記の場合、ｓｉｎ””は、演算によって算出するこ
とでめることができるが、ＣＰＵ１０１の演算速度を考
慮すると、この５ｉｎ−１をテーブル化しての実施も可
能なものである。

さらに、図示していないが、速度の計算は、メイン・ル
ーチンによって、（３）式に従ってめることができる。

以上のごとく、モータ速度が低い場合、各サンプリング
毎に速度を精度よくめることができるものである。

しかし、モータの速度が高い場合は、この方法ではサン
プリング搬送波の周波数が、エンコーダ原信号の周波数
よシも低くなるため、精度よくめることができない。

そこで、低速の場合は、本発明に係るエンコーダ原信号
による方法を使用し、高速の場合は、さきの（１）式に
よる方法を使用するようにすれば、十全のものが得られ
るものであり、このように二つの方法を併用することに
より、広範囲の速度を検出することが可能となるもので
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、広範囲の速度検出を各サンプリング毎
に行うことができ、特に低速において、速度制御の応答
性を向上させることができる効果があり、また既開発の
ものでは不可能であった停止の検出（零速度検出）も可
能となり、制御性向上に大きく寄与できるものであり、
さらに、ザーボモータの位置制御において、詳細な位置
を検出できるため、位置制御の精度向」二も可能となる
顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、さきに開発したエンコーダ・パルスによる速
度検出方法に係るものの速度検出回路ブロック図、第２
図は、その速度検出のタイムチャート図、第３図は、そ
の低速検出タイムチャー１・図、第４図は、本発明の一
実施例に係る位置、速度検出方法の実施に供される、そ
の一実施例に係る位置、速度検出装置の位置、速度検出
回路のブロック図、第５図は、その低速検出タイムチャ
ー１・図、第６図は、その位相データの計算に係る各モ
ード位置図、第７図は、その位置検出フローチャー１・
図である。 １０１・・・ＣＰＵ、１０２・・・Ｒ，ＯＭ、１０３・
・・ＲＡＭ。 １０４・・・サンプリングタイマ、１０５・・・パルス
カウンタ、１０６・・・パルス幅タイマ、１０７・・・
同期化回路、１０８・・・エンコーダ・パルス整形回路
、１１０・・・データ・バス、１１１・・・クロック信
号、４０１・・・パルス発生回路、４０２・・・パルス
幅タイマ、４０３・・・変調回路、４０４・・・搬送波
回路。 代理人　弁理士　福田幸作２ （ほか１名）′ｉ゛ 第１図 系２図 一チ 槽３ｍ Ｈ−句域■−坤−句城■−＝ 策４図 荊５図 （正目１１！ムカ藺。局名す

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動体に直結されたエンコーダによる位置。 速度検出方法において、エンコーダの原信号を、サンプ
   リングに係る搬送波によシパルス幅変調し、その変調さ
   れたパルス幅の時間を測定することにより位置を検出す
   るようにしたことを特徴とする位置、速度検出方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、位置の
   変化により、速度を検出するようにしたものである位置
   、速度検出方法。 ３、移動体に直結されたエンコーダによる位置。 速度検出装置において、搬送波の発生回路と、その搬送
   波によシエンコーダの原信号をパルス幅変調するパルス
   幅変調回路と、その変調されたパルス幅の時間を測定す
   るパルス幅タイマと、このパルス幅タイマに接続される
   マイクロコンピュータとから構成したことを特徴とする
   位置、速度検出装置。