KR0167543B1

KR0167543B1 - 위치 또는 속도검출장치 또는 그 방법

Info

Publication number: KR0167543B1
Application number: KR1019890011885A
Authority: KR
Inventors: 야스유끼 스기우라; 리가 오우에; 구니오 미야시다; 히로시 나가세; 노브요시 모도오; 스미오 고바야시
Original assignee: 미다 가쓰시게; 가부시기 가이샤 히다찌세이사꾸쇼
Priority date: 1988-08-24
Filing date: 1989-08-21
Publication date: 1999-03-20
Also published as: DE68916884T2; JPH0257912A; US5019773A; EP0358989A2; EP0358989A3; EP0358989B1; KR900004090A; DE68916884D1; JP2574873B2

Abstract

발명은 정현파 신호를 발생시키는 위치 검출기로부터의 정현파 산호를 그대로 아날로그 값으로 하여 미세 위치를 검출하고, 정현파 신호의 급상승 또는 급강하의 엣지 신호로서 개략적 위치를 검출하고, 고속시에는 개략적 위치 검출 신호에 의거하고, 저속시에는 미세 위치 검출신호에 의거 하여 위치나 속도를 검출하도록 구성되며, 고속에서 초저속까지 최적의 제어가 가능하도록 하고, 특히 초저속 운전시에는 아날로그 값에 의거하여 초고분해능의 속도 검출을 가능하게 하여 회전체의 회전이 고르지 못함을 감소시키는 것이다.

Description

위치 또는 속도검출장치 또는 그 방법

제1도는 본 발명의 일 실시예에 관한 위치 및 속도검출회로.

제2도는 다른 실시예.

제3도는 제2도의 구체적인 예.

제4도는 펄스 검출방식에 의한 타임챠트.

제5도는 정현파 신호검출방식의 블록도.

제6도는 그 타임챠트.

제7도는 저속시에 있어서의 PWM 전송에 의한 타임챠트.

제8도는 고속시에 있어서의 펄스전송에 의한 타임챠트.

제9도는 각 절환점에 의한 설명도.

제10도는 장해 방지 스위치회로.

제11도는 고속시로부터 저속시에 있어서의 정형파 펄스와 절연펄스의

절환시의 타임챠트.

제12도는 저속시로부터 고속시에 있어서의 정현파 펄스와 절연펄스의

절환시의 타임챠트.

제13도는 다른 실시예를 나타낸 도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 위치 검출기 4 : 반송파 발생회로

6, 7 : PWM 펄스화회로 8, 9 : 드라이버회로

12, 13 : 아날로그 변환회로 14 : 미세 위치 검출회로

15, 16 : 정형 펄스화회로 19 : 개략적 위치 검출회로

20, 21 : 위치 및 속도검출회로 23 : 속도제어기

24 : U/D 카운터 25 : 래치회로

26 : 샘플-홀드회로

본 발명은 회전체 혹은 이동체의 위치나 속도를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

또 본 발명은 위치검출기로서 정현파 인코더를 사용하고 이것을 제어부에 전송하는 전송방식에 관한 것이다.

종래의 것으로서는 자기적으로 또는 광학적으로 회전체의 회전각이나 이동체의 위치를 검출하는 인코더가 알려져 있다. 이러한 공지의 인코더는 인코더로부터 얻어진 신호를 펄스화하고 이 펄스의 급상승 또는 급강하 엣지의 수를 계수하여 위치를 검출하는 것이다.

일본국 특개 소61-81185호 공보에 기재된 것도 인코더 신호를 펄스화 하고 카운트 하여 속도나 위치를 구하는 것이다.

또 이 특허공개 공보에 기재된 것은, 고분해능의 인코더와 저분해능의 인코더를 구비하여 고속시에는 저분해능의 인코더를 사용하고, 저속시에는 고분해능의 인코더를 사용하는 것을 설명하고 있다.

실제로 속도를 검출하는 방법으로는 일정한 샘플링 시간내의 펄스 수를 카운트하거나 또는 일정수(2이상)의 펄스간격의 시간을 측정함으로써 구해진다.

이에 대한 구체적인 방법을 제4도에 의거하여 설명한다. 제 4도에 있어서 P는 인코더로부터 얻어지는 펄스 예이며, T_s는 샘플링시간으로서 예를 들어 0.5 msec정도이다. 샘플링시간(T_s)내에 존재하는 펄스의 수(P_n)를 검출 하고 그 P_n의 펄스간격(T_d)을 검출하여 다음 식과 같이 나눗셈을 함으로써 고정밀도의 속도검출치를 얻는다.

그러나 회전체나 이동체가 저속 또는 극저속 영역에 들어가면 일정 샘플링 기간내에는 펄스(P_n)가 존재하지 않게 되어 속도의 검출이 불확실하게 된다.

또 상기 방법을 이하에서는 펄스검출방식이라 약칭한다.

상기 종래의 펄스검출방식에서는 우수한 제조기술을 사용하여 1회전당의 펄스 수를 증가시켜 분해능을 아무리 향상시켜도 결국 펄스간의 위치를 검지 하는 것이 불가능하다.

따라서 예를 들면 기어 없이 부하를 구동하는 다이렉트 드라이브 모터에서는 1분간 1회전 이하의 초저속으로 회전하는 경우가 있으며, 이때 상기의 펄스검출방식으로는 샘플링시간내에 복수펄스가 존재하지 않거나 또는 존재한다 하더라도 펄스 수가 적어, 안정된 속도제어를 기대할 수 없다고 하는 문제를 가진다. 샘플링시간을 길게 하면 당연히 이 시간 내에서 검출할 수 있는 펄스수가 많아져 안정된 제어가 가능해지는 것은 명백하겠으나 그렇게 되면 제어의 응답성이 떨어지게 된다.

한편 인코더로부터 얻어지는 원(原)신호는 일반적으로 정현파 또는 정현파에 가까운 신호로 되어 있고, 이 원신호의 아날로그 값을 그대로 위치 신호로서 사용하는 정현파 신호검출방식은 1회전 당 100만 펄스 이상의 초고분해능이 얻어져 실질적으로 무단계 위치 검출이 가능해진다. 또 초고분해능이기 때문에 샘플링시간을 짧게 할 수 있어 제어의 신속성이 향상된다는 장점을 가지고 있다.

그러나 아날로그 신호이어서 인코더와 제어기와의 신호의 전송이 포토커플러 등에 의해 절연적으로 접속될 수 없기 때문에 제어기가 노이즈에 영향을 받기 쉬워져 전송거리를 길게 할 수 없다는 문제가 남는다.

본 발명은 회전체나 이동체를 맥동없이 초저속회전 또는 이동시키고 또 주파수 응답성을 향상시켜 신속한 제어를 가능하게 하고, 또한 인코더와 제어기 사이를 절연시켜 전송하여 제어기의 내노이즈성을 높히며 신호전송로를 가급적 길게 연장하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 정현파 신호를 발생시키는 위치검출기로부터의 정현파신호를 아날로그 값으로서 미세 위치를 검출하고, 정현파 신호의 급상승 또는 급강하의 엣지신호로 개략적 위치를 검출하며, 고속시에는 이러한 개략적 위치신호에 의거하고 저속시에는 미세 위치신호에 의거하여 위치 혹은 속도를 검출하도록 구성한 것이다.

더 구체적으로는, 서로 위상이 다른 2상의 아날로그신호를 출력하는 위치검출기와, 이 아날로그 신호의 아날로그 값으로부터 미세 위치 검출신호를 출력하는 수단과, 이 아날로그 값을 펄스화하여 개략적 위치 검출신호를 출력하는 수단을 구비하고, 이동체가 고속상태에 있을 때는 개략적 위치 검출신호를 사용하여 위치나 속도를 검출하며, 이동체가 저속상태에 있을 때는 미세위치 검출신호를 사용하여 위치나 속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도 검출방법에 있다. 또 구체적인 장치로서는, 회전체 또는 이동체의 이동에 따라 서로 위상이 다른 2상의 정현파 또는 3각파 등의 아날로그 신호를 출력하는 위치검출기와, 이 위치 검출기로부터의 아날로그 출력을 펄스폭변조(PWM)하는 PWM 펄스화회로, 이 PWM 펄스화 회로로부터 얻어진 PWM 펄스신호를 아날로그 값으로 변환하는 아날로그 변환회로, 이 아날로그 변환회로로부터의 아날로그 출력신호를 구형 펄스화하는 정형 펄스회로를 구비하고, 이 정형펄스회로에서 얻어진 펄스신호의 엣지로부터 개략적 위치를 검출하는 개략적 위치검출회로와, 상기 아날로그 출력신호의 아날로그 값으로부터 미세 위치를 검출하는 미세 위치 검출회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치검출장치에 있다. 또한 펄스폭 변조에 의한 펄스화회로와 제어기 측을 연결하는 전송로상에 포토커플러를 배치하고, 포토커플러 펄스화 신호를 전기 절연적으로 전송하여 내노이즈성을 높인데 있다.

또한, 본 발명에 따른 구성에 의하면, 위치 검출기로부터 출력된 정현파 신호를 그대로 아날로그 값으로서 사용하고 미세 위치를 고분해능으로 검출할 수 있으므로, 초저속 운동시의 회전이 고르지 못한 것도 정밀도 좋게 검출할 수 있다. 이에 따라, 속도 제어장치로 하여금 검출된 미세 위치에 근거하여 회전체 또는 이동체의 속도의 회전불균일이 억제되도록 제어시킬 수 있다. 또한 포토커플러가 인코더측 블록과 제어측 블록을 전기적으로 절연하고 있으므로, 인코더측 블록에서 발생한 노이즈는 포토커플러에서 차단된다. 따라서, 전송경로를 길게 하더라도 제어측 블록에서 속도 제어기가 오동작 하는 것을 방지할 수 있다.

이하 본 발명의 구체적인 예를 도면을 참조하면서 설명한다.

먼저, 제5도, 제6도에 의거하여 정현파신호 검출방식의 개요에 관하여 설명한다. 속도를 검출하는 검출기는 정현파 인코더이다. 이 방식을 정현파신호 검출방식이라 칭한다.

위치 검출은 개략적 위치 검출회로(19)와 미세 위치 검출회로(14)로 분할하여 행해진다. 개략적 위치 검출회로는 재생(복귀된) 정현파출력(A6, B6)을 펄스화하여 A7, B7의 정형펄스를 얻는다. A7, B7 신호의 급상승 및 급강하 엣지(영 교차점)에서 카운트신호(Ac)로 변환하여 업/다운(U/D)카운터(24) 등으로 검출한다. 또 개략적 위치검출은 샘플링시간(T_s)마다 U/D카운터(24)의 값을 래치회로(25)에서 래치한 값으로 행한다. 예를 들면 제6도에서 시간 t_(n-1)의 점 ①에서 래치된 개략적 위치 θ_R(n-1)은 다음의 샘플점 ②의 시간(t_n)까지 유지된다. 시간(t_n)의 점 ②에서 개략적 위치는 θ_Rn값을 래치한다.

미세 위치(14)의 값(θ_F)에 대한 검출방법을 설명하면, A상 및 B상의 재생 정현파신호(A6, B6)를 샘플점 ①에서 샘플홀드회로(26)로 홀드하여 아날로그 값 e_A(n-1)및 e_B(n-1)를 얻는다. 이 값을 A/D변환기(27)에서 디지털 값 E_A(n-1), E_B(n-1)로 변환한다. 위치 및 속도측정회로(20)에서 θ_F를 구한다.

식 (2)는 마이크로 컴퓨터 등을 사용하여 소프트처리로 행해도 좋다.

마이크로 컴퓨터에서는 식 (3)을 계산한다.

한편, 미리 tan θ_F의 데이터를 ROM에 테이블화 해둔다. 이 tan θ_F의 데이터와 식(3)의 값이 일치한 곳의 ROM의 어드레스를 θ_F(n-1)로 함으로써 미세 위치를 검출한다. 이 때 tan θ_F의 데이터수가 카운트신호(Ac)간의 분할수가 되어 위치의 분해능이 된다. 개략적 위치(θ_R)와 미세위치(θ_F)로부터 위치(θ)를 구한다.

지금 미세 위치(θ_F)의 데이터 수를 8비트로 나타내고 개략적 위치(θ_R)는 9비트 째부터 표현하면 개략적 위치와 미세 위치는 연속 데이터가 된다.

또 속도(ω)는 일정 샘플링마다 위치를 검출하고 있기 때문에 위치의 차분으로서 검출할 수 있다.

이어서, 본 발명의 구체적인 회로도나 제어방식 기법에 관하여 다시 도면을 참조하여 설명한다.

이하 본 발명에 관한 위치검출의 일실시예를 각 도면을 참조하여 설명 한다.

제1도는 본 발명에 의한 일 실시예 회로도이고, 제7도는 그 타임챠트이다. 단, B상에 대한 타임챠트는 생략하고 있다. 3은 회전체 또는 이동체의 속도에 대응하여 서로 90도의 위상차를 가지는 2상의 정현파 또는 3각파 등의 아날로그 출력 A상, B상을 발생시키는 위치검출기, 6 및 7 은 각각의 상의 아날로그 출력과 3각파 또는 톱니형파 등을 비교하여 펄스출력을 만드는 펄스폭변조 펄스화 회로이고, 회로(6)의 출력은 A4로 나타내고 회로(7)의 출력은 B4로 나타낸다. 12 및 13 은 PWM 출력(A4 및 B4)을 정현파 또는 3각파 등의 아날로그로 복귀된 아날로그 변환회로이고, 회로(12)의 출력을 A6으로 회로(13)의 출력을 B6으로 나타낸다. 15 및 16은 재생 아날로그 출력(A6, B6)으로부터 구형파 펄스를 얻는 정형펄스화회로이고, 회로(15)의 출력은 A8로 회로(16)의 출력은 B8로 나타낸다.

19는 정형펄스화회로(15, 16)의 출력(A8, B8)의 엣지로부터 U/D 카운터 등으로 계수하는 개략적 위치검출회로이다. 14는 아날로그 재생출력(A6, B6)으로부터 개략적 위치 펄스간격을 n등분하기 위한 미세 위치 검출회로이고, 20은 정현파 신호검출방식의 위치 및 속도검출회로로서 상기 식 (2)~(5)를 사용하여 마이크로컴퓨터 등으로 계산하는 기능을 구비하고 있다. 23은 속도제어기로서, 도시되어 있지 않으나 속도관련 지시 및 이미 산출된 속도 로부터 편차를 산출하여 비례, 적분연산을 행하는 것이다.

제2도는 본 발명에 의한 다른 실시예의 블록도이고, 제7도는 저속시의 타임챠트, 제8도는 고속시의 타임챠트이다. 단, B상의 타임챠트는 생략한다. 저속시는 제1도에서 설명한 방식에 의하여 위치 및 속도를 검출할 수 있다. 제7도에 나타낸 바와 같이 PWM 출력(A4)으로부터 재생 정현파(A6)를 재생할 때 아날로그 변환기(12)의 지연이 발생한다. 일방적으로 아날로그 변환기의 전달함수를 G_A라고 하면 식 (6)의 1차 지연의 식으로 표시된다.

이 때 T_A는 지연 시정수, S는 복소변수이다. 이 때문에 제7도에 나타낸 바와 같이 재생정현파(A6)는 원신호에 대하여 θ_a인 위상지연이 발생한다. 한편 정형펄스화회로(15, 16)에서 재생 정현파로부터 정형펄스(A7, A8)를 만들 때 15, 16이 가지는 히스테리시스 특성으로 제7도의 A7에 나타낸 바와 같이 θ_h지연된다. 이 상태에서 회전체 또는 이동체가 고속영역으로 이동하면 정형펄스의 지연이 커져 정확한 위치 및 속도검출이 곤란해진다.

고수영역에서는 제2도 및 제8도에 나타낸 바와 같이 위치검출기의 출력(A1, B1)으로부터 원펄스회로(61, 71)에 의하여 지연이 작은 신호(A31, B31)를 만들어 그것을 사용하여 위치 및 속도의 검출을 행한다. 즉 위치검출기(3)의 출력(A1, B1)으로부터 PWM 펄스(A3, B3)와 원펄스(A31, B31)를 동시에 발생시킨다. 한편 위치검출기(3)의 출력(A1)으로부터 주파수를 주파수검출기(50)에 의하여 검출하여 제1의 스위치군(5A, 5B)의 접점을 선택한다. 제1스위치는 저속에서는 PWM펄스회로(6, 7)를 선택하도록 접점(a)을 선택하고 고속시에는 원펄스회로를 선택하도록 접점(b)을 선택한다. 또 제2의 스위치(17, 18)는 저속시에 정형펄스화회로(15, 16)를 선택하도록 접점(a)을 선택하고 고속시에는 지연이 작은 원펄스 신호를 선택하도록 접점(b)을 선택한다. 펄스방식 위치 및 속도 검출회로(21)는 구형파 펄스(A8, B8)의 급상승 엣지, 급강하 엣지로부터 펄스를 형성하고 식 (1)에 의거하여 위치 및 속도를 검출한다. 제3의 스위치(22)는 저속의 검출 즉 정형파방식에 의한 위치 및 속도검출기(20)를 선택하기 위하여 a접점이 선택되고 고속의 검출 즉 펄스방식에 의한 위치 및 속도 검출기(21)를 선택하기 위하여 b접점이 선택된다. 속도 제어기(23)는 위치 및 속도 검출회로로부터의 신호로 속도제어를 행함과 동시에 제2의 스위치(17, 18) 및 제 3의 스위치(22)를 선택하는 신호(C6, C7)를 발생시킨다.

또, 제3도는 상기 다른 실시예 1에 있어서의 더욱 구체적인 예를 나타낸다. 사용된 기호는 제1도 및 제2도와 동일하다. 저속시에 있어서의 동작설명을 제3도 및 제7도를 사용하여 행한다. 1은 인코더측 회로블럭도, 2는 제어회로측 블록도이다. 저속시에 있어서, 반송파 발생회로(4)로부터 3각파 신호(C3)를 출력하고 제1의 스위치(5)는 a접점을 선택하여 C5를 출력한다. PWM 펄스화회로(6, 7)는 정현파 발생회로 출력(A1, B1)과 3각파(C5)와 비교하여 PWM 출력 A2 및 B2를 얻는다. PWM 출력(A2, B2)은 장거리 전송을 위하여 드라이버회로(8, 9)로부터 출력(A3, B3)을 얻어 제어회로측(2)에 전송한다. 제어회로측(2)에서는 포토커플러 또는 펄스트랜스 등의 절연소자(10, 11)에서 A3, B3을 수신하고, 출력 A4, B4를 얻는다. 이 출력(A4, B4)을 아날로그 변환회로(12, 13)에서 양극성의 반송파(A5, B5)로 변환시킨 후 1차 지연필터를 거쳐 재생정현파출력(A6, B6)을 얻는다.

고속시에는 제1스위치(5)가 0전압(C4)을 선택하기 위하여 접점(b)을 선택한다. 이 때 제8도에 나타낸 바와 같이 PWM 펄스화회로(6, 7)는 정현파발생회로출력(A1, B1)과 0전압을 비교하여 A2, B2인 구형파의 원펄스를 얻는다. A2, B2는 장거리 전송을 위하여 드라이버 회로(8, 9)로부터 출력 (A31, B31)을 얻어 제어회로측(2)에 전송한다. 제어측(2)에서는 포토커플러 또는 펄스트랜스 등의 절연소자(10, 11)에서 A31, B31을 수신하여 출력(A4, B4)를 얻는다. 제2스위치(17, 18)는 접점 B를 선택하여 A4, B4신호를 선택하고, A8, B8을 출력한다. 펄스 방식위치 검출회로는 A8, B8신호를 받아 상기한 바와 같이 식 (1)에 따라서 위치 및 속도를 검출한다. 제3스위치(22)는 접점(b)을 선택하여 펄스방식 위치 및 속도 검출회로의 신호를 속도제어기(23)에 입력한다. 23에서는 속도제어의 계산을 행함과 동시에 제2스위치 및 제3스위치의 제어신호(C7, C6)를 발생한다.

또 제1스위치의 제어신호는 제3도의 블록도와 제9도의 제어도로부터 설명한다.

정현파 발생회로(3)의 출력신호(A1)가 주파수에 의존하여 C1을 출력하는 F/V변환회로(28)에 부여되고 이 회로(28)로부터의 출력(C1)과 비교전압회로(29)의 출력으로부터 히스테리시스 비교회로(30)를 거쳐 출력(C2)을 얻는다. 출력(C2)은 위치검출기의 주파수가 급상승할 때는 f3점에서 H에서 L로 절환된다. 또 주파수(f)가 강하할 때는 f2의 점에서 L에서 H로 절환된다.이때 f3f2의 조건으로 실시된다. 제1스위치(5)의 출력(C5)은 히스테리시스 비교기(30)의 출력이 H일 때는 a접점을 선택하여, 3각파(C3)의 반송파를 출력하고 L일 때는 b접점을 선택하여 0전압(C4)을 출력한다.

또 속도제어기(23)는 위치검출기(3)의 주파수를 연산하고 주파수(f)가 ff1의 범위에 있어서 정현파 방식의 위치 및 속도 연산을 행하고 f≥f1의 범위에서 펄스방식 검출회로를 선택한다.

다음에 회전체 또는 이동체의 속도가 고속이 되어 위치검출기(3)의 주파수 f가 f f4의 범위에 있어서 원펄스(A4, B4)를 선택하여 펄스검출방식의 위치 및 속도 검출을 행한다. 또 주파수(f)가 f1≤f≤f4의 범위에서 정형펄스(A7, B7)를 선택하여 펄스검출방식의 위치 및 속도검출을 행한다. f2와 f3의 간격은 히스테리시스 비교기의 특성에 의해 결정되나 f2와 f1, f3과 f4의 간격을 1샘플링시간내에 회전체 또는 이동체가 최대가속 또는 최대 감속하는 범위보다 넓게 취할 필요가 있다.

제9도에 있어서 정형펄스 영역과 원펄스 영역의 절환 시에 있어서 2개의 펄스에는 위상 어긋남이 발생한다. 즉 원펄스는 정형파 원신호에 대하여 위상 어긋남이 작으나 정형펄스는 아날로그 변환기(12, 13)에 의한 지연(θ_a)과 정형펄스화회로(15, 16)에 의한 히스테리시스 지연(θ_h)이 반드시 발생한다. 이 양자의 지연시간은 일정하나 위상차로서는 고속이 될수록 커진다.

절환점(f4)이 임의의 시간에 발생하기 때문에 시간적으로 절환장애가 발생하여 위치 및 속도의 검출에 오차가 발생한다. 제10도는 오차가 발생하지 않는 절환스위치(17, 18)의 회로예이다. 제11도는 고속으로부터 저속으로의 절환상황의 타임챠트, 제12도는 저속으로부터 고속으로의 절환상황의 타임챠트이다. 제11도 및 제12도의 기호는 제8도에서 설명한 것과 동일하다. 제11도에서 고속영역에서 스위치(17, 18)는 원펄스(A4, B4)를 선택하여 A8, B8인 출력을 얻는다.

지금 제11도에 있어서 속도제어기(23)에서 고속영역으로부터 저속영역으로의 절환 신호(C7)가 L로부터 H로 절환했다고 한다. 예를 들면 위상지연 영역에서 C7신호가 절환되면 A8신호는 이미 A4의 0표시 신호를 받아 H로 급상승하고 있는 상태 하에 C7의 신호를 설치하여, A7의 X표시의 L신호를 읽어들여 점선으로 나타낸 바와 같이 장애가 발생한다. 장애의 방지를 위하여 f4의 점에서 고속영역으로부터 저속영역으로의 절환신호(C7)를 받은 후 실제의 절환타이밍을 신호(C8)와 같이 정형 펄스의 급상승신호로 절환함으로써 목적이 달성된다. 그 실시예를 제10도에 나타낸다. 절환에는 d형 포지티브 엣지 플립플롭(31, 32)을 사용하였다. A상에 관하여 설명하면 C7신호는 플립플롭(31)의 데이터(DA) 입력으로 한다. 데이터(DA)의 전송신호(CKA)는 A7신호로 한다. 출력(

)은 AND회로(33)의 한 쪽 입력에 가해지고, QA는 AND회로(34)의 한 쪽 입력에 가해진다. 또 AND회로(33)의 타측 입력에는 절연소자펄스(A4)가 가해지고, AND회로(34)의 타측 입력에는 정현파 펄스(A7)을 가한다. 이 때 QA의 출력신호는 C8신호가 된다.

신호는 QA신호의 반전신호가 된다. AND회로(33, 34)의 출력을 OR회로(35)에 입력하고 OR회로의 출력이 A8신호가 된다. B상에 관한 타임챠트는 생략하나 동일한 동작이 된다.

또 제 12도에 있어서 속도제어장치(23)에서 저속영역으로부터 고속영역으로의 절환신호(C7)가 H에서 L로 절환되었다고 한다. 이 때 위상지연 영역에서 C7신호가 절환되면 A8신호는 θ_i만큼 빠르게 H로 절환되나 장애는 발생하지 않으나 고속으로부터 저속영역으로의 절환시 장애방지를 위한 C8신호에서 정현파펄스(A7)가 절연소자펄스(A4)로 변환된다.

또 제1도 및 제2도에 있어서 위치검출기로부터의 출력(A1, B1)을 F/V변환기에서 펄스화하여 신호를 전송한 후 V/F변환기에서 아날로그 출력으로 복귀시킴으로서 위치 및 속도검출을 실시할 수가 있다.

제13도는 인코더측으로부터 본 다른 실시예이다. 제7도, 제8도에 관한 타임챠트의 기호 설명은 동일하다. 회전체 또는 이동체에 따라서 아날로그출력(A1, B1)을 출력하는 위치검출기(3)가 있고, 아날로그 출력(A1, B1)과 3각파나 톱니상파를 비교하여 출력(A3, B3)을 얻는 PWM 펄스화회로(6, 7)가 있고, 아날로그 출력(A1, B1)과 0전압을 비교하여 구형파상의 출력(A31, B31)을 얻는 원펄스회로(61, 71)가 있고, 이들의 출력(A1, B1, A3, B3, A31, B31)을 출력하는 인코더에 특징을 가진다.

상기의 실시예 구성에 의하면 정현파 신호를 PWM 신호에 의하여 전송함으로써 인코더측과 제어측을 전기적으로 절연할 수가 있다. 이 때문에 제어측의 내노이즈성이 향상됨과 동시에 인코더측과 제어측의 전송거리를 대폭적으로 연장하는 것이 가능하게 된다. 또 제어측에서 PWM 신호를 아날로그 변환하여 정현파 신호로 재생하여 정현파방식 위치 및 속도검출을 채용함으로써 극저속까지 속도제어가 가능하게 된다.

고속영역이 되는 아날로그 변환기에 의한 시간지연에 의하여 인코더의 구형파 펄스가 흐트러지기 때문에 지연이 없는 원펄스의 구형파에서 펄스의 개수와 간폭으로부터 속도를 검출하는 펄스검출방식을 채용함으로써 극저속으로부터 고속까지 광범위한 속도제어가 가능하게 된다.

인코더측에서 PWM 발생시, 저속시에 정현파 신호와 3각파를 비교하고, 고속시에 정현파신호와 0전압을 비교하여 펄스를 전송함으로써 정현파 원신호와 지연이 작은 펄스를 제어기측에서 수신할 수 있다. 이에 의하여 고속영역에서도 서로 위상이 90도 다른 정확한 인클리멘탈 인코더파형을 얻을 수가 있다. 또 PWM 발생시의 3각파와 0전압의 선택에 히스테리시스를 가지고 함으로써 연속적인 변환이 가능하게 된다.

본 발명에 있어서는, 위치검출기(3)가 출력하는 정현파 신호(A1)의 주파수(f)에 의해, 회전체나 이동체의 속도를 적절하게 제어하기 위해, 사용되는 신호 및 회로를 스위치(5,17,22)에서 선택하고 있다.(제3도 참조).

스위치(22)의 주파수(f1)에서 회전체나 이동체의 위치 및 속도를 검출하는 방식을 정현파 방식 또는 펄스검출방식으로 선택하는 역할을 가진다.

스위치(5)는 회전체나 이동체가 가속하고 있을 때는 f3에서, 감속하고 있을 때는 f2에서, PWM 펄스화 회로(6)가 발생하는 신호를 PWM 펄스신호 (A2) 또는 원펄스신호(A2)로 선택하는 역할을 가진다.

스위치(17)은 주파수(f4)에서 펄스 검출방식 위치 및 속도검출기(21)에서 사용하는 신호를, 정형 펄스화 회로(15)의 출력인 구형파 펄스 신호(A7) 또는 원펄스 신호(A4)로 선택하는 역할을 가진다.

또한, 각 스위치가 동작하는 주파수(f1, f2, f3, f4)의 관계는 f1f2f3f4로 되어 있다.

또 정형펄스와 원펄스의 변환시, 정형펄스의 지연 때문에 고속에서 저속으로 변환할 때 양펄스의 위상지연영역의 범위에서의 변환신호 발생시 장애가 발생하여, 위치검출치에 오동작을 발생시킨다. 그 때문에 변환신호를 받은 후 정혀펄스의 급상승에서 제2스위치의 절환을 행함으로써 장애의 발생을 방지하여 정확한 위치검출이 가능하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같이 서로 위상이 다른 2상의 아날로그 신호를 출력하는 위치검출기와, 이 아날로그 신호의 아날로그 값으로부터 미세 위치 검출신호를 출력하는 수단과, 이 아날로그 값을 펄스화하여 개략적 위치 검출신호를 출력하는 수단을 구비하여, 이동체가 고속상태에 있을 때는 개략적 위치 검출신호를 사용하여 위치나 속도를 검출하고, 이동체가 저속상태에 있을 때는 미세 위치 검출신호를 사용하여 위치나 속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 위치나 속도를 검출하는 방법으로 하고, 또 이것을 실현 하기 위한 구체적 구성으로서 회전체 또는 이동체의 이동에 따라 서로 위상이 다른 2상의 정현파 또는 3각파 등의 아날로그 신호를 출력하는 위치 검출기와, 이 위치 검출기로부터의 아날로그출력을 펄스폭변조(PWM)하는 PWM 펄스화회로, 이 PWM 펄스화회로로부터 얻어진 PWM 펄스신호를 아날로그 값으로 변환하는 아날로그 변환회로, 이 아날로그 변환회로로부터의 아날로그 출력신호를 구형파 펄스화하는 정형펄스회로를 구비하고, 이 정형 펄스회로에서 얻어진 펄스신호의 엣지로부터 개략적 위치를 검출하는 개략적 위치 검출신호와, 상기 아날로그 출력신호의 아날로그 값으로부터 미세위치를 검출하는 미세위치검출회로를 포함하는 구성으로 하고, 또 펄스폭변조에 의한 펄스화회로와 제어기측을 연결하는 전송로상에 포토커플러를 배치했기 때문에 회전체 또는 이동체를 고속에서 저속까지 안정하게 제어할 수가 있고, 특히 초저속시의 회전 불균일을 없앨 수가 있고 고속시의 주파수특성도 개선할 수 있다.

또 위치 검출기(인코더)측의 노이즈를 제어기측으로부터 완전히 차단하고 있기 때문에 오동작도 적어지고, 부수적이기는 하나 1개의 인코더로부터 2개의 신호를 얻도록 하고 있기 때문에 하드적인 구성요소가 적다는 효과를 가진다.

Claims

회전체 또는 이동체의 속도에 대응하여 서로 위상이 다른 2상의 정현파 또는 3각파 등의 아날로그 파형을 출력하는 위치 검출기(3); 상기 위치 검출기(3)로부터 출력된 아날로그 파형을 펄스폭 변조(PWM)하는 PWM 펄스화 회로(6); 상기 위치PWM 펄스화 회로(6)에서 출력된 PWM 펄스신호를 아날로그로 변환하는 아날로그 변환회로(12); 상기 아날로그 변환회로(12)의 아날로그 출력신호를 구형파 펄스화 하는 정형펄스회로(15); 상기 정형펄스회로(15)에서 출력된 펄스신호의 엣지로 펄스수를 계수하여 개략적 위치를 검출하는 개략적 위치 검출회로(19); 상기 아날로그 변환회로(12)의 출력로부터 미세 위치를 검출하는 미세 위치 검출회로(14); 상기 개략적 위치 검출회로(19)에서 출력된 개략적 위치 및 상기 미세 위치 검출회로(14)에서 검출된 미세위치에 기초하여, 위치 및 속도를 검출하는 정현파 방식 위치 및 속도 검출회로(20); 상기 위상검출기(3)로 출력된 아날로그 파형을 구형파 펄스화하는 원펄스 회로(61); 상기 원펄스회로(61)에서 출력된 구형파 펄스신호의 펄스수 및 펄스간격으로부터 위치 및 속도를 검출하는 펄스방식 위치 및 속도 검출회로(21); 상기 정형파방식 위치 및 속도검출회로(20) 또는 상기 펄스방식 위치 및 속도 검출회로(21)로부터 출력된 위치 및 속도로부터 속도제어를 행하는 속도제어기(23); 및 상기 속도제어기(23)에 입력되는 위치 및 속도를, 고속시에는 펄스방식위치 및 속도검출회로(21)로부터 출력된 위치 및 속도로, 저속시에는 상기 정현파 방식 위치 및 속도검출회로(20)로부터 출력된 위치 및 속도로 절환하는 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도 검출장치.
회전체 또는 이동체의 속도에 대응하여 서로 90도 위상차를 가지는 2상의 정현파 또는 3상의 정현파 등의 아날로그 파형(A1, B1)을 방생하는 위치 검출기(3); 상기 위치 검출기(3)에서 출력된 아날로그 파형(A1, B1)을 펄스폭 변조(PWM)하는 두 개의 PWM 펄스 회로(6, 7); 상기 아날로그 파형(A1, B1)으로부터 구형파의 원펄스(A31, B31)를 얻는 두 개의 원펄스 회로(61, 71); 상기 PWM 펄스 회로(6, 7)에서 출력된 PWM 펄스 신호(A3, B3)와 상기 원펄스 회로(61, 71)에서 출력된 상기 원펄스(A31, B31)를 절환하는 두 개의 제 1 스위치(5A, 5B); 상기 위치 검출기(3)에서 출력된 아날로그 파형(A1, B1)으로부터 주파수를 검출하는 주파수 검출기(50); 상기 PWM펄스 신호(A3, B3)를 아날로그로 변환하는 두 개의 아날로그 변환회로(12, 13); 상기 아날로그 변환 회로(12, 13)의 출력(A6, B6)을 펄스화하는 두 개의 정형 펄스 회로(15, 16); 상기 정형 펄스 회로(15, 16)에서 출력된 정형 펄스(A7, B7)와 상기 원펄스 회로(61, 71)에서 출력된 원펄스(A31, B31)을 절환하는 두 개의 제 2스위치(17, 18); 상기 정형 펄스(A7, B7)의 엣지로 펄스수를 계수하는 개략적 위치 검출회로(19); 상기 아날로그 변환회로(12, 13)의 출력(A6, B6)으로부터 개략적 위치 펄스 간격을 n등분하는 미세 위치 검출기(14): 상기 미세 위치 검출기(14)의 출력으로부터 위치 및 속도를 검출하는 정현파 방식 위치 및 속도 검출 회로(20); 상기 정형 펄스(A7, B7) 또는 상기 원펄스(A31, B31)의 펄스의 수 및 펄스 간격으로부터 위치 및 속도를 검출하는 펄스 방식 위치 및 속도 검출 회로(21); 상기 정현파 방식 위치 및 속도 검출 회로(20)와 상기 펄스 방식 위치 및 속도 검출 회로(21)를 절환하는 제 3 스위치(22); 및 위치 및 속도로부터 속도제어를 행하는 속도 제어기(23)를 구비하며, 상기 제 1 스위치(5A, 5B)는 상기 주파수 검출기(50)에 의해 절환되고, 상기 제 2 스위치(17, 18)는 상기 속도 제어기(23)에 의해 절환되고, 상기 제 3 스위치(22)는 상기 속도 제어기(23)에 의해 절환되는 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도 검출장치.
제2항에 있어서, 주파수 검출회로(50)의 출력에 히스테리시스를 갖게 하고 제 1스위치(5A, 5B) 절환을 행하고. 제 3스위치(22)는 제 1스위치(5A, 5B)의 절환보다 저속영역에서 행하고, 제 2스위치(17, 18)는 제 1스위치(5A, 5B)의 절환보다 고속 영역에서 행하도록 구성한 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도 검출장치.
회전체 또는 이동체의 속도에 대응하여 서로 90도 위상차를 가지는 2상의 정현파 또는 3상의 정현파 등의 아날로그 파형(A1, B1)을 발생하는 위치 검출기(3); 상기 위치 검출기(3)에서 출력된 아날로그 파형(A1, B1)을 펄스폭 변조(PWM)하는 두 개의 PWM 펄스 회로(6, 7); 상기 PMW 펄스 회로(6, 7)의 출력(A3, B3)을 아날로그로 변환하는 두 개의 아날로그 변환회로(12, 13); 상기 아날로그 변환 회로(12, 13)의 출력(A6, B6)을 펄스화하는 두 개의 정형 펄스 회로(15, 16); 상기 정형 펄스 회로(15, 16)에서 출력된 정형 펄스(A7, B7)와 상기 원펄스 회로(61, 71)에서 출력된 원펄스(A31, B31)을 절환하는 두 개의 제 2스위치(17, 18); 상기 정형 펄스(A7, B7)의 에지로 펄스수를 계수하는 개략적 위치 검출 회로(19); 상기 아날로그 변환회로(12, 13)의 출력(A6, B6)으로부터 개략적 위치 펄스 간격을 n등분하는 미세 위치 검출기(14); 상기 미세 위치 검출기(14)의 출력으로부터 위치 및 속도를 검출하는 정현파 방식 위치 및 속도 검출 회로(20); 상기 정형 펄스(A7, B7) 또는 상기 원펄스(A31, B31)의 펄스의 수 및 펄스 간격으로부터 위치 및 속도를 검출하는 펄스 방식 위치 및 속도 검출 회로(21); 상기 정현파 방식 위치 및 속도 검출 회로(20)와 상기 펄스 방식 위치 및 속도 검출 회로(21)을 절환하는 제 3스위치(22); 위치 및 속도로부터 속도제어를 행하는 속도 제어기(23); 상기 위치 검출기(3)가 출력한 아날로그 파형(A1, B1)의 주파수에 따라 전압 신호를 출력하는 F/V 변환 회로(28); 비교 전압 회로(29); 히스테리시스 비교 회로(30); 한쪽 삼각파 또는 톱니형상파(C3)를 출력하는 반송파 발생 회로(4) 및, 상기 반송파 발생 회로(4)의 출력(C3)과 0전압(C4)를 절환하는 제 1스위치(5)를 구비하며, 상기 제 1 스위치(5)는 상기 히스테리시스 비교 회로(30)의 출력(C2)으로 절환되고, 상기 제 2 스위치(17, 18)는 상기 속도 제어기(23)에 의해 절환되며, 상기 제 3 스위치(22)는 상기 속도 제어기(23)에 의해 절환되고, 상기 PWM 펄스 회로(6, 7)는 상기 제 1 스위치(5)가 상기 반송파 발생 회로(4)의 출력(C3)을 선택한 경우는 PWM 신호를 발생하고 상기 제 1 스위치(5)가 상기 0전압(C4)을 선택한 경우에는 구형파 펄스를 발생하는 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도 검출장치.
제2항에 있어서, 원펄스영역과 정형펄스 영역의 절환신호를 정형펄스신호의 급상승에서 절환하는 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도검출장치.
정현파 등의 아날로그 신호를 출력하는 위치검출기(3)와, 이 아날로그 신호를 펄스폭 변조에 의하여 펄스화하여 제어기측(2)으로 전송하고, 제어기측(2)에는 펄스화된 신호를 원래의 아날로그 신호로 재형성하는 기능을 가지게 하고. 위치나 속도를 검출하기 위하여 펄스화된 신호를 사용할지, 또는 재형성한 아날로그 신호를 사용할지 선택하여 위치나 속도를 검출하는 방법에 있어서, 펄스폭 변조에 의한 펄스화회로(6, 7)와 제어기측(2)을 연결하는 전송로상에 포토커플러(10, 11)를 배치하고, 포토커플러(10, 11)로 펄스화 신호를 전기 절연적으로 전송하는 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도를 검출하는 방법.
제1항에 있어서, 위치 검출기(3)의 아날로그 값을 F/V변환하여 신호를 전송하고, V/F변환하여 복귀된 아날로그 출력을 얻는 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도검출장치.
제2항에 있어서, 위치검출기(3)의 아날로그 값을 F/V변환하여 신호를 전송하고, V/F변환하여 복귀된 아날로그 출력을 얻는 것을 특징으로 하는 위치 또는 속도검출장치.