JPS61173162A - Velocity detecting circuit - Google Patents

Velocity detecting circuit

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JPS61173162A
JPS61173162A JP1611285A JP1611285A JPS61173162A JP S61173162 A JPS61173162 A JP S61173162A JP 1611285 A JP1611285 A JP 1611285A JP 1611285 A JP1611285 A JP 1611285A JP S61173162 A JPS61173162 A JP S61173162A
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JP
Japan
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counter circuit
speed
velocity
circuit
time
Prior art date
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Pending
Application number
JP1611285A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Ooka
大岡 明裕
Kenji Okamoto
賢司 岡本
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Priority to JP1611285A priority Critical patent/JPS61173162A/en
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  • Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)

Abstract

PURPOSE:To detect the velocity with high precision at the time of operating at the high velocity and low velocity by using properly the prescribed two approximations according to the velocity for the velocity detection. CONSTITUTION:The 1st counter circuit 4, the 1st register 7, the 4th counter circuit 10 and the 2nd control circuit 11 are used to calculate the high velocity approximation 1. The 2nd counter circuit 5, the 1st control circuit 6, the 3rd counter circuit 9, the 2nd register 12, etc. are used to calculate the low velocity approximation II. In other words, the time DELTAT required for making a rotary encoder 2 to change by the specified quantity deltatheta is measured to calculate the velocity at the low velocity by deltatheta/DELTAt or the variation DELTAtheta of the encoder 2 within the specified time DELTAt is measured to calculate the velocity at the high velocity by DELTAtheta/DELTAt. Hereby, the velocity detection with high precision can be always performed.

Description

【発明の詳細な説明】 (7) 技  術  分  野 この発明は、サーボ制御装置に於て、速度を精度良く求
めるための速度検出回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (7) Technical Field The present invention relates to a speed detection circuit for accurately determining speed in a servo control device.

(イ)従来技術とその問題点 モータ等を駆動してロボットアームや工作機械の位置決
め制御を行う自動制御技術の有力な一形態としてサーボ
制御がある。
(a) Prior art and its problems Servo control is a powerful form of automatic control technology that controls the positioning of robot arms and machine tools by driving motors and the like.

サーボ制御は、もつとも簡単には、動作させていル物体
、例えばロボットアームや工作機械の現在の位置を成ら
かの方式で検出し、目標位置との差(偏差と呼ばれる)
に比例した量で、モータ等の動力源を駆動する。こうし
て、目標位置へと物体を移動させ、目標位置に停止させ
る。目標位置では偏差が0であるから、駆動力も0であ
る。
Servo control is simply a method of detecting the current position of an object being operated, such as a robot arm or machine tool, using a simple method, and detecting the difference (called deviation) from the target position.
Drives a power source such as a motor with an amount proportional to In this way, the object is moved to the target position and stopped at the target position. Since the deviation is 0 at the target position, the driving force is also 0.

一般的な動力源であるモータを例にとって説明する。This will be explained using a motor as a general power source as an example.

現在のモータ軸の回転位置をθ、目標とする位置をθ。The current rotational position of the motor shaft is θ, and the target position is θ.

、比例定数をKとして、モータに与える電流値工を、次
式 %式%)(1) によって決定する。モータはDCサーボモータであるか
ら、順逆に回転可能で、しかも回転力は、電流に比、例
して、連続的に変化し得る。
, the proportional constant is K, and the current value applied to the motor is determined by the following formula (%) (1). Since the motor is a DC servo motor, it can rotate in forward and reverse directions, and the rotational force can change continuously in proportion to the current, for example.

(1)式の電流だけでは、目標値にモータは停止せず、
目標値のまわりで振動をするだけである。しかし、実際
には、モータそのものや減速機、それに負荷であるロボ
ットアームや工作機械の可動部には摩擦抵抗があるので
、目標値のまわりに於ける振動は減衰し、次第に目標値
に収束する事ができる。
The motor will not stop at the target value with only the current in equation (1).
It simply oscillates around the target value. However, in reality, there is frictional resistance in the motor itself, the speed reducer, and the moving parts of the robot arm and machine tool that are the loads, so vibrations around the target value are attenuated and gradually converge to the target value. I can do things.

しかし、それでも抵抗の量が不足し、目標値の付近で振
動が起って、容易に収束しない事が多い。
However, even then, the amount of resistance is insufficient, vibration occurs near the target value, and it often does not converge easily.

そこで(1)式に加えて、現在の回転速度dθ/dt 
 に比例する補償を加える事が多い。
Therefore, in addition to equation (1), the current rotational speed dθ/dt
Compensation proportional to the amount is often added.

すなわち、(1)式に換えて、電流値■を、dθ I  =  K((θ0−〇)−h−)   (2)t によって決定する。この式は、現在段も良く使われてい
るサーボ制御の制御式である。
That is, in place of equation (1), the current value ■ is determined by dθ I = K((θ0−〇)−h−) (2) t. This equation is a control equation for servo control that is often used in current stages.

回転角度θの位置検出として、ポテンショメータの回転
を利用する。回転速度(dθ/dt)は、タコジェネレ
ータで検出する。2つの検出器は、位置、速度に比例し
た電圧信号を発生するから、適当な演算増幅器を組合わ
せれば、(2)式はアナログ回路で実現できる。
The rotation of the potentiometer is used to detect the position of the rotation angle θ. The rotational speed (dθ/dt) is detected by a tacho generator. Since the two detectors generate voltage signals proportional to the position and velocity, equation (2) can be realized with an analog circuit by combining a suitable operational amplifier.

ポテンショメータもタフジェネレータも、アナログ検出
素子であるから、アナログ回路のセンサとしては便利で
あるが、必ずしも精度を上げようとすると、センサのコ
ストが高くなる。さらに、オフセット調整の問題もある
。又、検出素子の電圧と、位置の偏差、速度とが必ずし
も線型でない事もあり、線型化を必要とする事もある。
Both potentiometers and tough generators are analog detection elements, so they are useful as sensors for analog circuits, but if you try to improve their accuracy, the cost of the sensor increases. Furthermore, there is also the problem of offset adjustment. Furthermore, the voltage of the detection element, the positional deviation, and the speed may not necessarily be linear, and may require linearization.

一方、集積回路技術の進歩によって、近年マイクロプロ
セッサが安価に入手できるようになってきた。この為、
(2)式で表わされる制御をマイクロプロセッサで計算
させ、モータ電流に変換するようなサーボ制御が栄んに
なってきた。
On the other hand, advances in integrated circuit technology have made microprocessors available at low cost in recent years. For this reason,
Servo control, in which the control expressed by equation (2) is calculated by a microprocessor and converted into motor current, has become popular.

これをソフトウェアサーボと呼ぶ。ソフトウェアサーボ
によれば、(2)式へ、ざらに外乱(例えば重力等)や
慣性力に対する補償を加える事が、ソフトウェアの変更
によって容易に可能となる。この為、さらに精度の良い
制御を行わせる事ができる。
This is called software servo. According to software servo, it is possible to easily add compensation for disturbances (for example, gravity, etc.) and inertial force to equation (2) by changing the software. For this reason, even more precise control can be performed.

さらに、ソフトウェアサーボによると、角度位置0の検
出のデジタル処理が実現できる。ロータリーエンコーダ
に代表されるパルス型の回転量検出器を使用する事がで
き、θの検出という面でも精度が向上する。
Furthermore, according to the software servo, digital processing of the detection of angular position 0 can be realized. A pulse-type rotation amount detector, such as a rotary encoder, can be used, and the accuracy of θ detection is also improved.

制御式の変更が容易で、検出精度が高い、という事の他
に、ソフトウェアサーボに於ては、2つの検出器を必ず
しも要しない、という事がある。
In addition to the fact that the control formula can be easily changed and the detection accuracy is high, software servo does not necessarily require two detectors.

ロータリーエンコーダによって、位置検出とともに、速
度検出を行う事ができるからである。
This is because the rotary encoder allows speed detection as well as position detection.

速度は位置の微分であるし、ソフトウェアサーボに於て
、時刻ごとの位置は記憶させておく事ができるので、速
度dθ/dtとしては、メモリに記憶させである1回前
のサンプリング時(t−Δt)のθの値θ(を−Δt)
と、現在の値θ(1)の差をΔtで除して、求めるよう
にする。
Speed is a derivative of position, and in software servo, the position at each time can be stored, so the speed dθ/dt is calculated from the previous sampling time (t) stored in memory. -Δt) value of θ(-Δt)
The difference between the current value θ(1) and the current value θ(1) is divided by Δt.

すなわち、 とする。こうすると、速度検出器は不要である。That is, shall be. In this way, a speed detector is not required.

Δtはサンプリング時間であって定数であるから、(2
)式の速度補償項の係数の中に含められて計算される事
になる。サンプリング時間Δtは十分短く、(3)式の
置換は妥当なものと考えられてきた。微分を差分て置換
するのは、しばしば行われる事であるからである。
Since Δt is the sampling time and is a constant, (2
) will be included in the coefficient of the speed compensation term in the equation. The sampling time Δt is sufficiently short, and the substitution in equation (3) has been considered appropriate. This is because it is often done to replace a differential by a difference.

θの差分により、微分を求める方式は、θの変化が十分
大きい時(速度が速い場合)には問題がない。θの差分
は、微分値のよい近似を与える。
The method of calculating the differential using the difference in θ has no problem when the change in θ is sufficiently large (when the speed is fast). The difference in θ gives a good approximation of the differential value.

しかし、速度の遅い場合は、精度の悪くなる傾向がある
。ロータリーエンコーダを使って、位置検出をデジタル
化しているが、ロータリーエンコーダの1パルス分のθ
の検出位置間隔をεとすると、ε以下の小さい位置変化
は全く検出できない。
However, when the speed is slow, the accuracy tends to be poor. A rotary encoder is used to digitize position detection, but the θ of one pulse of the rotary encoder is
If the detected position interval is ε, then small position changes smaller than ε cannot be detected at all.

又、1サンプリング時間Δt内に於ける、位置変化がε
のオーダーであれば、誤差は極めて大きくなる。
Also, the position change within one sampling time Δt is ε
If it is on the order of , the error will be extremely large.

ロボット等の制御機器に於ては、高速動作とともに、低
速、高精度動作も要求される。低速動作時に於ても、充
分精度の良い速度検出方式が強く望まれる。
Control devices such as robots are required to operate not only at high speeds but also at low speeds and with high precision. A speed detection method with sufficient accuracy is strongly desired even during low speed operation.

位置θの変化が小さいという事は、(2)式の制御式に
於て、カッコ内の第3項が小さい、という事である。こ
の第1項と第2項の差(θ。−〇)が大きければ、問題
は少いのであるが、dθ/dtが小さい時は、(θ。−
〇)も小さいのである。これは目標値に収束する寸前で
あるからである。
The fact that the change in position θ is small means that the third term in parentheses in the control equation (2) is small. If the difference (θ.-〇) between the first term and the second term is large, there will be little problem, but when dθ/dt is small, (θ.-〇)
〇) is also small. This is because it is on the verge of converging to the target value.

ロータリーエンコーダの1パルス分のθの変化をεとす
ると、(θ。−〇)の最大誤差はεである。
If the change in θ for one pulse of the rotary encoder is ε, then the maximum error of (θ.−〇) is ε.

速度(Jj1分)についての最大誤差はhε/Δtであ
る。
The maximum error for speed (Jj1 minute) is hε/Δt.

サンプリング時間Δtは充分短いので、h/Δtは1よ
りずっと大きい値である事が多い。
Since the sampling time Δt is sufficiently short, h/Δt often has a value much larger than 1.

すると、偏差(θ0−θ)が十分小さい時、速度補償項
dθ/dt  が大きすぎるので、(θ。−〇)が、速
度補償項の誤差の中に埋もれてしまう。このため、θが
θ。に収束しにくくなるという事がある。
Then, when the deviation (θ0-θ) is sufficiently small, the speed compensation term dθ/dt is too large, so that (θ.-〇) is buried in the error of the speed compensation term. Therefore, θ is θ. In some cases, it becomes difficult to converge.

(つ)   目     的 本発明は、ソフトウェアサーボ方式に於けるモータ速度
制御に於て、高速動作時に於ても、低速動作時に於ても
、充分精度の良い速度検出を行い得る速度検出回路を与
える事を目的とする。これによって、低速動作時のサー
ボ制御性能の向上を図るものである。
(1) Purpose The present invention provides a speed detection circuit that can perform speed detection with sufficient accuracy during motor speed control in a software servo system, both during high-speed operation and during low-speed operation. aim at something. This is intended to improve servo control performance during low-speed operation.

に)  構   成 本発明の速度検出は、速度に応じて、2つの近似式を使
い分ける。高速動作している時と、低速動作している時
で、従来のようにひとつの式を共通に用いるのではなく
、別異の式を用いるのである。
2) Configuration The speed detection of the present invention uses two approximate expressions depending on the speed. Rather than using one formula in common as in the past, different formulas are used for high-speed operation and low-speed operation.

高速動作をしている時は、従来の方式と同じで、あるサ
ンプリング時間Δt内に於ける、角度位置の変化Δθを
求める。つまり、Δθが計測値である。式で書くと、 となる。これは(3)式と同一である。区別するため、
高速近似式と呼ぶ。
During high-speed operation, the change in angular position Δθ within a certain sampling time Δt is determined in the same manner as in the conventional method. In other words, Δθ is the measured value. When written as a formula, it becomes . This is the same as equation (3). In order to distinguish
This is called a fast approximation formula.

低速動作をしている時は、従来の方式と全く異なる速度
検出を用いる。ある一定の変化量を時間について定める
のではなく、角度変化について定める。角度θが、一定
の変化δθをする時間ΔTを測定するのである。δθが
一定で、これに対応する時間の長さΔTを測る。これは
ロータリーエンコーダのパルス数を計数するのではなく
、タイマーの計時パルスを計数する。
When operating at low speeds, a completely different method of speed detection is used. Rather than specifying a certain amount of change in terms of time, we specify it in terms of angular change. The time ΔT during which the angle θ undergoes a constant change δθ is measured. When δθ is constant, the corresponding time length ΔT is measured. This does not count the number of pulses of a rotary encoder, but rather counts the timing pulses of a timer.

式で表現すると、 である。この式はδθが一定なのである。δθの値は、
当然、ロータリーエンコーダの最小角&変化εの整数倍
として定義できる。δθ=mεである。mは1であって
も良い。しかし、mが大きい方が、ΔTが長くなり、誤
差は小さくなる。反対に、mを大きくすると、δθの変
化が起こる時間が長くなって、速度(dθ/dt )の
値がなかなか更新されない、という問題がある。(5)
式を簡単のため低速近似式という。
Expressed as a formula, it is. In this equation, δθ is constant. The value of δθ is
Naturally, it can be defined as an integer multiple of the minimum angle & change ε of the rotary encoder. δθ=mε. m may be 1. However, the larger m is, the longer ΔT is and the smaller the error is. On the other hand, if m is increased, the time for the change in δθ becomes longer, and there is a problem in that the value of the speed (dθ/dt) is not updated easily. (5)
The formula is called a slow approximation formula for simplicity.

高速近似式(4)は分母のΔtが一定である。従って、
これは(3)式と同じで差分式と呼ぶ事ができる。
In high-speed approximation formula (4), the denominator Δt is constant. Therefore,
This is the same as equation (3) and can be called a differential equation.

しかし、低速近似式(5)は分子のδθが一定であり、
差分とは言えない。
However, in the slow approximation formula (5), the δθ of the molecule is constant,
I can't say it's a difference.

高速近似式(4)は、一定時間Δt内の角度位置θの変
化を求めている。この為、位置変化の速い時、すなわち
速度が速い時に、θの変化量が大きい為、精度良く速度
を求める事ができる。
The high-speed approximation formula (4) calculates the change in the angular position θ within a certain time Δt. Therefore, when the position changes quickly, that is, when the speed is fast, the amount of change in θ is large, so the speed can be determined with high accuracy.

低速近似式(5)は、角度位置θが、一定値δθだけ変
化する時の時間ΔTを測定し、これによって速度を求め
る。モータの速度が遅い時には、ΔTが大きくなるので
、特に精度良く速度を求める事ができる。
In the low speed approximation formula (5), the time ΔT when the angular position θ changes by a constant value δθ is measured, and the speed is determined from this. When the speed of the motor is slow, ΔT becomes large, so the speed can be determined with particularly high accuracy.

高速と、低速の境界の値として、一定の速度Vcを予め
定めておき、速度(dθ/dt )が、Vc以上であれ
ば、高速近似式(4)を用い、vc以下であれば低速近
似式(5)を用いるようにする。
A constant speed Vc is predetermined as the boundary value between high speed and low speed, and if the speed (dθ/dt) is greater than or equal to Vc, the high speed approximation formula (4) is used, and if it is less than or equal to vc, the low speed approximation is used. Equation (5) is used.

第1図に本発明の速度検出回路のブロック図を示す。FIG. 1 shows a block diagram of a speed detection circuit according to the present invention.

モータ1は、ロボットの腕や工作機械の可動部に減速機
などを介して連結されている。これはDCサーボモータ
であって、順逆回転できる。電流値に比例して、回転力
が変化する。モータ1の駆動機構は、サーボ制御系によ
って、モータ1の電圧を変化させる部分であるが、サー
ボ系の構成自体は公知のものを用いれば良いので、ここ
では図示しない。減速機やロボットアームなども省略す
る。
The motor 1 is connected to a robot arm or a movable part of a machine tool via a speed reducer or the like. This is a DC servo motor and can rotate forward and backward. The rotational force changes in proportion to the current value. The drive mechanism of the motor 1 is a part that changes the voltage of the motor 1 by a servo control system, but the configuration of the servo system itself may be a known one, so it is not shown here. Reducers, robot arms, etc. are also omitted.

モータ1の回転変化は、これに直接、或は間接的に連結
されたロータリーエンコーダ2によって検出される。
Changes in the rotation of the motor 1 are detected by a rotary encoder 2 that is directly or indirectly connected to the motor 1.

ロータリーエンコーダ2は、モータO回転をパルス列2
0によって出方する。これは、ある最小回転角εごとに
ひとつずつパルスを生ずるものである。回転方向を検出
しなければならないから、パルスは1/4周期ずれた、
2つのパルス列として出力される。2つのパルス列のど
ちらが先行しているかによって、回転方向が分る。
The rotary encoder 2 controls the motor O rotation by pulse train 2.
Output by 0. This produces one pulse for each minimum rotation angle ε. Since the direction of rotation must be detected, the pulses are shifted by 1/4 period.
Output as two pulse trains. The direction of rotation can be determined depending on which of the two pulse trains precedes the other.

このようなパルス列20は、波形整形回転方向判別回路
3でノイズが除去され、回転方向が判別される。
Noise is removed from such a pulse train 20 by the waveform shaping rotational direction determination circuit 3, and the rotational direction is determined.

波形整形回転方向判別回路3から、パルス列21と、回
転方向信号22が出力される。これらのパルス列、信号
は第1カウンタ回路4及び第2カウンタ回路5に入力さ
れる。
The waveform shaping rotation direction determination circuit 3 outputs a pulse train 21 and a rotation direction signal 22. These pulse trains and signals are input to the first counter circuit 4 and the second counter circuit 5.

第1カウンタ回路4及び第2カウンタ回路5は、パルス
列21及び回転方向信号22によって符号を含めてパル
ス数を計数する。すなわち、回転方向信号22が順方向
の場合には、現在のカウント値に、パルス列21を加算
する。回転方向信号22が逆方向の場合には、現在のカ
ウント値に、パルス列21を減算する。
The first counter circuit 4 and the second counter circuit 5 count the number of pulses including the sign based on the pulse train 21 and the rotation direction signal 22. That is, when the rotation direction signal 22 is in the forward direction, the pulse train 21 is added to the current count value. If the rotation direction signal 22 is in the opposite direction, the pulse train 21 is subtracted from the current count value.

第1カウンタ回路4、第2カウンタ回路5は、例えば、
アップダウンカウンタICによって簡単に構成でき、る
。Up/Down入力に回転方向信号22をつなぎ、カ
ウントアツプとダウンヲ切換えるよりにする。
The first counter circuit 4 and the second counter circuit 5 are, for example,
It can be easily constructed using an up/down counter IC. Connect the rotation direction signal 22 to the Up/Down input to switch between count up and count down.

ロータリーエンコーダ2のパルス列ハ、モータ(又は負
荷)の回転変位を表わす。既に述べたように、本発明に
於ては、回転変位は、2通りの用いられ方をする。ひと
つは、一定時間内Δtの回転変位Δθであり、これは未
定の量である。第1カウンタ回路4は、これを計数する
ものであり、計数値をkとし、単位角をεとすると、Δ
θ=にεである。
The pulse train C of the rotary encoder 2 represents the rotational displacement of the motor (or load). As already mentioned, rotational displacement is used in two ways in the present invention. One is the rotational displacement Δθ within a certain period of time Δt, which is an undetermined amount. The first counter circuit 4 counts this, and if the counted value is k and the unit angle is ε, then Δ
θ= and ε.

回転変位はもうひとつ、一定角変化δθの間に、どれ程
の時間ΔTが経過するのかを測定するための、−重機小
角δθを測定するためにも用いられる。
Rotational displacement is also used to measure the -heavy machine small angle δθ, which is used to measure how much time ΔT elapses during a constant angle change δθ.

δ0を測定するのが、第2カウンタ回路5の役割である
。予めδθ=mεと決めておくと、第1制御回路は、m
カウントごとに、第2カウンタ回路5をクリア・リセッ
トする。
The role of the second counter circuit 5 is to measure δ0. If δθ=mε is determined in advance, the first control circuit
The second counter circuit 5 is cleared and reset for each count.

本発明は、角度位置変化の他に、時間計測についても、
2つの計数回路を必要とする。位置θと、時間tの計測
に関し対称的である。
In addition to angular position changes, the present invention also relates to time measurement.
Requires two counting circuits. The measurement of the position θ and the time t are symmetrical.

時間計測のために基準周波数発振回路8を設ける。ここ
から発生したクロックパルスは、一定の周期τを持って
おり、時間の基準を与える。クロックパルス23は、第
3カウンタ回路9.!:、第4カウンタ回路10に入力
される。
A reference frequency oscillation circuit 8 is provided for time measurement. The clock pulses generated from this have a constant period τ and provide a time reference. The clock pulse 23 is supplied to the third counter circuit 9. ! : is input to the fourth counter circuit 10.

第4カウンタ回路10は、一定時間Δtを求めるために
パルス列を計数する。Δt=pτとする。
The fourth counter circuit 10 counts the pulse train in order to obtain a certain period of time Δt. Let Δt=pτ.

第2制御回路11は予めpの値を記憶しており、第4カ
ウンタ回路10の出力を、pと比較し、pに達する毎に
、第4カウンタ回路10をクリア・リセットする。Δt
の時間幅信号は、第ルジスタ7にセット信号として与え
られる。
The second control circuit 11 stores the value of p in advance, compares the output of the fourth counter circuit 10 with p, and clears and resets the fourth counter circuit 10 each time p is reached. Δt
The time width signal is given to the first register 7 as a set signal.

第3カウンタ回路9も、クロックパルス23t−計測す
るが、これは一定角度変化δθを生ずるだめにどれ程の
時間ΔTが経過したかを測定するものである。第2レジ
スタ12は、δθの変化を起すために経過した時間ΔT
を記憶する。
The third counter circuit 9 also measures the clock pulse 23t, which measures how much time ΔT has elapsed before a constant angle change δθ occurs. The second register 12 stores the time ΔT that has elapsed to cause a change in δθ.
remember.

つまり、高速近似式(4)を求めるためには、第1カウ
ンタ回路4、第ルジスタ1、第4カウンタ回路10、第
2制御回路11を用いる。低速近似式(5)を求めるだ
めには、第2カウンタ回路5、第1制御回路6、第3カ
ウンタ回路9、第2レジスタ12などを用いる。
That is, in order to obtain the high-speed approximation formula (4), the first counter circuit 4, the first register 1, the fourth counter circuit 10, and the second control circuit 11 are used. The second counter circuit 5, first control circuit 6, third counter circuit 9, second register 12, etc. are used to obtain the low-speed approximation formula (5).

C2−タIJ−xンコーダ2のパルスにつイテハ順逆の
別があるから、第1カウンタ回路4、第2カウンタ回路
5はアップダウンカウンタでなければならない。しかし
、時間計測のための第3カウンタ9、第4カウンタ10
等は単なるカウンタで良い。
Since the pulses of the C2-IJ-x encoder 2 are either forward or reverse, the first counter circuit 4 and the second counter circuit 5 must be up-down counters. However, the third counter 9 and the fourth counter 10 for time measurement
etc. can be just a counter.

け)作 用 低速近似式を求めるだめの作用をまず説明する。ke) production First, we will explain how the slow approximation formula works.

ロータリーエンコーダ2が一定量δθ変化する時間ΔT
(これは未知数)の計測が必要である。
Time ΔT for rotary encoder 2 to change by a certain amount δθ
(This is an unknown quantity) must be measured.

第1制御回路6は、まず第2カウンタ回路5、及び第3
カウンタ回路9を、クリア・リセット信号24によって
、同時にカウンタ内容をクリアし、カウントをスタート
させる。第2カウンタ回路はロータリーエンコーダ2の
回転に比例したパルス列を計測する。第3カウンタ回路
9は、τごとに発せられるクロックパルス23を数え、
時間を測定する。
The first control circuit 6 first controls the second counter circuit 5 and the third counter circuit 5.
The contents of the counter circuit 9 are simultaneously cleared by a clear/reset signal 24, and counting is started. The second counter circuit measures a pulse train proportional to the rotation of the rotary encoder 2. The third counter circuit 9 counts the clock pulses 23 emitted every τ,
Measure time.

第1制御回路6は、第2カウンタ回路5のカウント出力
を監視し、予め定めたパルス数m (=δθ/ε)に達
した時、つまりロータリーエンコーダ2がδθだけ回転
した時に、第2レジスタ12に対してセット信号25を
送る。第3カウンタ回路3の計数データn(n=ΔT/
ε)が、第2レジスタ12にセットされる。
The first control circuit 6 monitors the count output of the second counter circuit 5, and when it reaches a predetermined number of pulses m (=δθ/ε), that is, when the rotary encoder 2 has rotated by δθ, the second register A set signal 25 is sent to 12. Count data n of the third counter circuit 3 (n=ΔT/
ε) is set in the second register 12.

これによって、第2レジスタ12には、ロータリーエン
コーダ2の出力が一定量δθだけ変化するのに要した時
間ΔT(=nε)が、基準層、波数(1/ε)の計数値
nの形で、ストアされる。
As a result, the time ΔT (=nε) required for the output of the rotary encoder 2 to change by a certain amount δθ is stored in the second register 12 in the form of a count value n of the reference layer and the wave number (1/ε). , stored.

その後、第1制御回路6は、第2カウンタ回路5、及び
第3カウンタ回路9に対し、クリア・リセット信号24
を発・し、カウント値を0に戻し、再び計数を開始させ
る。
Thereafter, the first control circuit 6 sends a clear/reset signal 24 to the second counter circuit 5 and the third counter circuit 9.
is issued, the count value is returned to 0, and counting starts again.

以下、同様の事を繰返す。これによって、一定角度δθ
だけロータリーエンコーダ2が回転するに要する時間Δ
Tを求める事ができる。ΔTを知るから、(5)式によ
り、マイクロプロセッサは、低速時の速度を計算する事
ができる。ΔTは比較的大きい値であるから、精度の高
いものである。
The same thing is repeated below. By this, the constant angle δθ
The time required for rotary encoder 2 to rotate by Δ
You can find T. Since ΔT is known, the microprocessor can calculate the speed at low speed using equation (5). Since ΔT is a relatively large value, it is highly accurate.

次に、高速近似式を求めるための動作について説明する
。一定時間Δt内のロータリーエンコーダ2の回転変化
量Δθを求める必要がある。
Next, the operation for finding a high-speed approximate expression will be explained. It is necessary to find the amount of rotational change Δθ of the rotary encoder 2 within a certain time Δt.

第2制御回路11は、クリア・リセット信号26を発し
、第1カウンタ回路4及び第4カウンタ回路10をクリ
アして、カウントをスタートさせる。
The second control circuit 11 issues a clear/reset signal 26, clears the first counter circuit 4 and the fourth counter circuit 10, and starts counting.

第1カウンタ回路4は、ロータリーエンコーダ2から発
せられるパルス数を計数して、ロータリーエンコーダ2
0の回転変化量を計測する。
The first counter circuit 4 counts the number of pulses emitted from the rotary encoder 2 and
Measure the amount of rotation change at 0.

第4カウンタ回路10は、クロックパルス23を計数す
る。一定時間Δtをpτとして予め決めておく。第2制
御回路11は、第4カウンタ回路10の計数値を監視し
、予定した値pになった時、すなわちΔt(=pτ)経
過した時に、セット信号27によって、第1カウンタ回
路4の内容(k=Δθ/ε)を第ルジスタ7へストアす
る。これによって、第ルジスタ7には、一定時間内(Δ
t)に於ける、ロータリーエンコーダ2の変化量Δθが
計数値k(=Δθ/ε)の形でストアされる。これ以後
、第2制御回路11は、クリア・リセット信号26を発
して、第1カウンタ回路4、及び第4カウンタ回路10
をクリア・リセットする。以下、同様に繰返す。
The fourth counter circuit 10 counts clock pulses 23. A certain period of time Δt is predetermined as pτ. The second control circuit 11 monitors the count value of the fourth counter circuit 10, and when it reaches a predetermined value p, that is, when Δt (=pτ) has elapsed, the second control circuit 11 controls the contents of the first counter circuit 4 using a set signal 27. (k=Δθ/ε) is stored in the first register 7. As a result, the first Lujistar 7 is
The amount of change Δθ of the rotary encoder 2 at time t) is stored in the form of a count value k (=Δθ/ε). After this, the second control circuit 11 issues a clear/reset signal 26 to the first counter circuit 4 and the fourth counter circuit 10.
Clear/reset. The same procedure is repeated below.

第ルジスタ7の記憶内容から、Δt内に於けるロータリ
ーエンコーダ2の変化量Δθヲ知る事ができるので、高
速近似式(4)によって速度を計算できる。
Since the amount of change Δθ of the rotary encoder 2 within Δt can be known from the stored contents of the register 7, the speed can be calculated using the high-speed approximation equation (4).

マイクロプロセッサでは、第ルジスタ7(高速用)、及
び第2レジスタ12(低速用)の内容Δθ、ΔTを読取
って、高速近似式(4)或は、低速近似式(5)によっ
て速度を計算する。
The microprocessor reads the contents Δθ and ΔT of the register 7 (for high speed) and the second register 12 (for low speed), and calculates the speed using the high speed approximation formula (4) or the low speed approximation formula (5). .

いずれの式を使用するか、という事は、予め、速度閾値
Vcを定めておき、(dθ/dt )とこれを比較して
決定すれば良い。しかし、いずれの式を使用するのかど
うか分らなければ、(dθ/dt )を計算できない。
Which formula to use can be determined by determining the speed threshold value Vc in advance and comparing this with (dθ/dt). However, unless we know which formula to use, we cannot calculate (dθ/dt).

そこで、前回の計算値によって、Vcとの大小を判定し
、この結果により、高速近似、又は低速近似を選択する
。Vcの近傍に於て、(dθ/dt)がVcを横切る時
は、近似式の種類が喰い違う事もある。しかし、計算結
果の速度自体は、この時(4)、或は(5)を使っても
殆んど異ならない。又値自体ではなく、精度も合致させ
るためには、定数Δt1δθ、Vcの間に VcΔt = δθ    (6) という関係を置けば良い。しかし、精度を厳密に合致さ
せる必要はあまりないから、(6)式は成立しなくても
良い。
Therefore, the magnitude with respect to Vc is determined based on the previous calculated value, and based on this result, high-speed approximation or low-speed approximation is selected. When (dθ/dt) crosses Vc in the vicinity of Vc, the types of approximation expressions may differ. However, the speed of the calculation result itself is almost the same whether (4) or (5) is used. In addition, in order to match not only the values themselves but also the accuracy, it is sufficient to establish the following relationship between the constants Δt1δθ and Vc: VcΔt = δθ (6). However, since it is not necessary to strictly match the accuracy, equation (6) does not have to hold true.

第1図に示す例では、第1カウンタ回路4をΔtごとに
クリア・リセット信号26によってクリアしている。こ
のため、時間計測が始まった時から、Δt時間の短い変
化量Δθをカウントするだけである。このため、ロータ
リーエンコーダ2の現在の角度位置θを求めるには、こ
れとは別にカウンタ回路を必要とする。θは位置フィー
ドバックに必要である。(1)式に現われる。
In the example shown in FIG. 1, the first counter circuit 4 is cleared by the clear/reset signal 26 every Δt. Therefore, only a short change Δθ in Δt time is counted from the time when time measurement starts. Therefore, in order to obtain the current angular position θ of the rotary encoder 2, a counter circuit is required separately. θ is necessary for position feedback. It appears in equation (1).

第1カウンタ回路4によって、θのカウントを兼用させ
たい場合もある。そうすればカウンタ回路をひとつ節減
できるからである。
In some cases, it may be desired to use the first counter circuit 4 to also count θ. This is because one counter circuit can be saved.

このような要求に応えるためには、第2図に示すように
、回路の一部を変更すれば良い。
In order to meet such demands, a part of the circuit may be changed as shown in FIG.

第1カウンタ回路4と、第ルジスタ7の間に、2つのレ
ジスタ30.31を並列に追加する。第1カウンタ回路
4へは、クリア・リセット信号26を入力しない。第1
カウンタ回路4は、ロータリーエンコーダ2の角度位置
θを記憶する。
Two registers 30 and 31 are added in parallel between the first counter circuit 4 and the first register 7. The clear/reset signal 26 is not input to the first counter circuit 4. 1st
The counter circuit 4 stores the angular position θ of the rotary encoder 2.

第3レジスタ30、第4レジスタ31へ第1カウンタ回
路4のカウント値を一時記憶させる。
The count value of the first counter circuit 4 is temporarily stored in the third register 30 and the fourth register 31.

第2制御回路11から発せられたクリア・リセット信号
26は、第3レジスク30に入力され、この瞬間の第1
カウンタ回路の出力を、第3レジスタ30に一時的にス
トアする。これは、(3)式のθ(1)に対応するカウ
ント値である。
The clear/reset signal 26 issued from the second control circuit 11 is input to the third register 30, and the first
The output of the counter circuit is temporarily stored in the third register 30. This is a count value corresponding to θ(1) in equation (3).

又セット信号27によって、第1カウンタ回路4のカウ
ント値を、第4レジスタ31に一時記憶させる。これは
(3)式のθ(t−Δt)に当る。
Further, the count value of the first counter circuit 4 is temporarily stored in the fourth register 31 by the set signal 27. This corresponds to θ(t−Δt) in equation (3).

減算回路32は、第3レジスタ30と第4レジスタ31
の値の差を計算する。こうして、Δθを求める事ができ
る。これを第ルジスタ7へ一時記憶させる。
The subtraction circuit 32 includes a third register 30 and a fourth register 31.
Calculate the difference between the values of . In this way, Δθ can be determined. This is temporarily stored in the first register 7.

このようにすれば、第1カウンタ回路4によって、θを
記憶しておく事ができ、位置フィードバックの現在位置
として用いる事ができる。
In this way, the first counter circuit 4 can store θ and use it as the current position for position feedback.

(力)  効     果 ソフトウェアサーボ方式に於けるモータなどの速度制御
に於て、高速動作時に於ても、低速動作時に於ても、充
分精度の良い速度検出を行う事ができる。
(Force) Effect When controlling the speed of a motor using the software servo method, it is possible to detect the speed with sufficient accuracy both during high-speed operation and during low-speed operation.

特に、低速動作時にあって、速度の値を精密に計測でき
るから、目標値へ正確に、しかも迅速にモータなどを停
止させる事ができる。タフジェネレータを用いるアナロ
グ計測より、低速時の精度が高いし、オフセットもない
Particularly during low-speed operation, since the speed value can be precisely measured, the motor etc. can be stopped accurately and quickly to the target value. It has higher accuracy at low speeds than analog measurement using a tough generator, and there is no offset.

従来のソフトウェアサーボの速度検出よりも、十分精度
が高い。ヒステリシスもない。
It is much more accurate than conventional software servo speed detection. There's no hysteresis either.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の速度検出回路のブロック図。 第2図は第1図に示すものの一部を変更しだものの部分
ブロック図。 1   ・・・・・・・・・  モ  −  タ2  
・・・・・・・・・  ロータリーエンコーダ3  ・
・・・・・・・・ 波形整形回転方向判別回路4 ・・
・・・・・・・ 第1カウンタ回路5 ・・・・・・・
・・ 第2カウンタ回路6 ・・・・・・・・・ 第1
制御回路7 ・・・・・・・・・ 第ルジスタ 8 ・・・・・・・・・ 基準周波数発振回路9 ・・
・・・・・・・ 第3カウンタ回路10  ・・・・・
・・・・ 第4カウンタ回路11  ・・・・・・・・
・ 第2制御回路12  ・・・・・・・・・ 第2レ
ジスタ20・・・・・・・・・ パルス列 21 ・・・・・・・・・ パルス列 22  ・・・・・・・・・ 回転方向信号23  °
°°゛°“゛ クロックパルス24  ・・・・・・・
・・ クリア・リセット信号25・・・・・・・・・ 
セット信号 26  ・・・・・・・・・ クリア・リセット信号2
7  ・・・・・・・セット信号 30  ・・・・・・・・・ 第3レジスタ31  ・
・・・・・・・・ 第4レジスタ発  明  者   
  大   岡   明   格闘  本   賢  
 司
FIG. 1 is a block diagram of a speed detection circuit according to the present invention. FIG. 2 is a partial block diagram of a partially modified version of the one shown in FIG. 1...Motor 2
・・・・・・・・・ Rotary encoder 3 ・
... Waveform shaping rotation direction discrimination circuit 4 ...
...... First counter circuit 5 ......
・・ 2nd counter circuit 6 ・・・・・ 1st
Control circuit 7 ・・・・ No. 3 register 8 ・・・ Reference frequency oscillation circuit 9 ・・・
......Third counter circuit 10...
... Fourth counter circuit 11 ......
- Second control circuit 12 ...... Second register 20 ...... Pulse train 21 ...... Pulse train 22 ...... Rotation direction signal 23°
°°゛°“゛ Clock pulse 24 ・・・・・・・・・
・・Clear/reset signal 25・・・・・・・・・
Set signal 26 ・・・・・・・・・ Clear/reset signal 2
7 ......Set signal 30 ......Third register 31 ・
・・・・・・・・・ 4th register inventor
Akira Ooka Fighting Ken Hon
Tsukasa

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ロータリーエンコーダ2からのパルス列を計数する第1
カウンタ回路4及び第2カウンタ回路5と、基準周波数
発振器8からのパルス列を計数する第3カウンタ回路9
及び第4カウンタ回路10と、第2カウンタ回路5の計
数値からロータリーエンコーダ2の計数がある一定量δ
θ変化した事を検出し、その変化に要した時間ΔTを計
測するように第3カウンタ回路9を制御する第1制御回
路6と、第4カウンタ回路10の計数値から一定の時間
間隔Δtを検知し、その時間Δt内のロータリーエンコ
ーダ2のパルス列の変化量Δθを計測するように第1カ
ウンタ回路4を制御する第2制御回路11とから構成さ
れ、上記ロータリーエンコーダ2が一定量δθ変化する
のに要する時間ΔTを計測して、低速度の速度をδθ/
ΔTによつて求め、或いは、一定時間Δt内のロータリ
ーエンコーダ2の変化量Δθを計測して高速時の速度を
Δθ/Δtによつて求める事を特徴とする速度検出回路
The first one that counts the pulse train from the rotary encoder 2.
The counter circuit 4, the second counter circuit 5, and the third counter circuit 9 that counts the pulse train from the reference frequency oscillator 8.
and the fourth counter circuit 10 and the count value of the rotary encoder 2 from the count value of the second counter circuit 5 is a certain constant amount δ
The first control circuit 6 controls the third counter circuit 9 to detect a change in θ and measure the time ΔT required for the change, and the fourth counter circuit 10 calculates a certain time interval Δt from the count value. and a second control circuit 11 that controls the first counter circuit 4 to detect and measure the amount of change Δθ in the pulse train of the rotary encoder 2 within the time Δt, and the rotary encoder 2 changes by a certain amount δθ. Measure the time ΔT required to
A speed detection circuit characterized in that the speed at high speed is determined by ΔT, or by measuring the amount of change Δθ of the rotary encoder 2 within a certain time Δt, and determines the speed at high speed by Δθ/Δt.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020188317A (en) * 2019-05-10 2020-11-19 オムロン株式会社 Counter unit
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US11640197B2 (en) 2019-05-10 2023-05-02 Omron Corporation Counter unit

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