TW200933154A - Velocity detection method and motor control device using the method - Google Patents

Description

200933154 九、發明說明 • 【發明所屬之技術領域】 • 本發明是關於進行伺服電動機的反饋控制之際，藉由 被安裝於電動機的編碼器的輸出來檢測出電動機的速度的 ' 方法。 【先前技術】 Ο 通常，檢測出電動機等的旋轉體的速度，是使用著所 定抽樣周期別地讀取位置脈衝訊號的計數値，求出該讀取 的現在計數値與前次計數値的計數差，利用以抽樣周期除 算該計數差來求出速度的脈衝計數方式。擬提昇速度分解 能，則成爲需要高分解能的脈衝發生電路。又，使用具備 ' 追跡電路的脈衝發生電路時，若速度演算抽樣周期不是追 蹤抽樣周期的整數倍，也有產生拍頻現象而檢測速度的紋 波變大的問題。 © 習知’爲了提昇速度檢測的分解能，檢測出速度，是 以表示於第2圖的速度檢測裝置，藉由使用周期測定方式 的速度演算（例如，參照專利文獻1 )。 在第2圖中，1是脈衝發生電路，輸出位置脈衝訊號 7。2是計數器，計測位置脈衝訊號7的上下。3是位置暫 存器，暫存記億計數器2的數値。4是定時器，5是定時 暫存器，藉由位置脈衝訊號7來閂鎖定時器4的數値。6 是速度演算器’藉由發出允許讀取訊號10從位置暫存器3 讀入位置脈衝値’而從定時暫存器5讀入定時値，俾演算 -5- 200933154 速度。 - 以下說明動作。第3圖是表示周期測定方式的時序圖 . 。在第3圖中，（a)是表示脈衝發生電路1的輸出的位 置脈衝訊號7。（ b )是表示以計數器2來計測位置脈衝訊 號7的上下的計測値8。（c)是表示定時器4的輸出的定 ' 時値11。又，計數値8有變化的定時的定時値11是成定 時暫存器5的閂鎖値。（d)是表示速度演算器6所發出 〇 的允許讀取訊號10。（e)是表示速度演算器6所求出的 演算速度。在允許讀取訊號10成爲有效的時刻，讀取位 置暫存器3的數値作爲這次位置脈衝値n(k)。又讀取定 時暫存器的數値作爲這次定時値t(k)。藉由表示於式（ 1)〜（3)的演算式，來求出這次位置脈衝値與前次位置 ' 脈衝値之相差的變化脈衝値△ n ( k )及這次定時値與前次 定時値之相差的變化定時値△ t ( k )，計算出位置脈衝頻 率f(k)而求出電動機的速度。 ❹ △ n(k) = n(k)-n(k-1) (1) △ t(k) = t(k)-t(k-l) (2) f(k) = An(k)/At(k) (3) 由第3圖可知，變化定時値AtCk)是表示電動機正 確地進行變化脈衝値△ n ( k )的變位的時間之故，因而如 此地求出的電動機的速度是不會產生拍頻現象，精度高， 紋波小。 專利文獻1:日本特開平5-215758號公報（第2-4頁 ，第1圖） -6 - 200933154 - 【發明內容】 . 在習知的速度檢測方法中，採用著記憶位置脈衝訊號 的變化時刻，藉由以變化定時値來除算變化脈衝値俾求出 ' 速度的次序。所以，在1抽樣周期的期間沒有1脈衝的 ' 變位時，則變化定時器成爲1抽樣周期以上，使得速度檢 測時間變久之故，因而無法提昇控制增益而有降低控制性 〇 能的問題。又，在脈衝發生電路上若噪音多時，則允許讀 取訊號成爲有效的時刻前後有噪音，受到該噪音的影響使 變化定時値外表上成爲小値，會輸出比實際速度還異常大 的速度演算値，而也有經反饋控制來振動電動機的問題。 本發明是鑑於此種問題點而創作者，其目的是在於提 ' 供在高速度領域中，檢測出高精度且低紋波的速度，而且 在低速度領域中，即使噪音多時，也可提供不會劣化控制 性能而可進行演算速度的速度檢測方法。 ® 爲了解決上述問題，本發明是作成如下的方法及構成 0 申請專利範圍第1項所述的速度檢測方法的發明是一 種速度檢測方法，係使用速度檢測裝置，而該速度檢測裝 置具備：輸出位置脈衝的脈衝發生電路，及計數上述位置 脈衝的計數器，及閂鎖上述計數器的數値而進行記憶位置 資訊的位置暫存器，及定時器，及藉由上述位置脈衝的上 下進行記憶上述定時器的數値的定時暫存器，及藉由發出 允許讀取訊號從上述位置暫存器讀入位置脈衝値，並從上 -7- 200933154 述定時暫存器讀入定時値而來演算速度的速度演算器，其 • 特徵爲：以如下次序進行速度演算處理， • 1抽樣周期之間的變化脈衝値連續性地成爲所定的變 化脈衝臨界値以上的次數的多脈衝連續次數，及將前次位 置脈衝値與前次定時値作爲0， 上述速度演算器藉由發出允許讀取訊號從上述位置暫 存器讀入這次位置脈衝値，或是從上述定時暫存器讀入這 〇 次定時値， 將從上述這次位置脈衝値減去上述前次位置脈衝値的 數値作爲上述變化脈衝値， 將從上述這次定時値減去上述前次定時値的數値作爲 變化定時値， 將上述變化脈衝値與上述變化脈衝臨界値相比較， 上述變化脈衝値爲上述變化脈衝臨界値以上時，則在 上述多脈衝連續次數加上1而作爲新的多脈衝連續次數， 0 將上述多脈衝連續次數與多脈衝連續次數臨界値相比較， 當上述多脈衝連續次數爲上述多脈衝連續次數臨界値以上 時，則以上述變化定時値來除算上述變化脈衝値俾計算位 置脈衝頻率， 上述多脈衝連續次數比上述多脈衝連續次數臨界値還 要小時’則以上述抽樣周期來除算上述變化脈衝値俾計算 位置脈衝頻率， 上述變化脈衝値比上述變化脈衝臨界値還小時，則將 上述多脈衝連續次數作爲0’以上述抽樣周期來除算上述 -8 - 200933154 變化脈衝値俾計算位置脈衝頻率， 將上述前次位置脈衝値作爲上述這次 • 將上述前次定時値作爲上述這次定時値。 申請專利範圍2項所述的發明，是在 1項所述的速度檢測方法中，將上述變化 爲2以上的自然數。 申請專利範圍第3項所述的發明，是 © 第1項所述的速度檢測方法中，將上述多 界値，作爲1以上的自然數。 申請專利範圍第4項所述的電動機控 是一種電動機控制裝置，係具備：輸出位 生電路’及計數上述位置脈衝的計數器， ' 器的數値而進行記憶位置資訊的位置暫存 及藉由上述位置脈衝的上下進行記憶上述 定時暫存器’及藉由發出允許讀取訊號從 ® 讀入位置脈衝値，並從上述定時暫存器讀 算速度的速度演算器，其特徵爲：具備速 如下速度演算處理， 1抽樣周期之間的變化脈衝値連續性 化脈衝臨界値以上的次數的多脈衝連續次 置脈衝値與前次定時値作爲〇，上述速度 允許讀取訊號從上述位置暫存器讀入這次 是從上述定時暫存器讀入這次定時値，將 脈衝値減去上述前次位置脈衝値的數値作 位置脈衝値，而 申請專利範圍第 脈衝臨界値，作 在申請專利範圍 脈衝連續次數臨 制裝置的發明， 置脈衝的脈衝發 及閂鎖上述計數 器，及定時器， 定時器的數値的 上述位置暫存器 入定時値而來演 度演算器，進行 地成爲所定的變 數，及將前次位 演算器藉由發出 位置脈衝値， 從上述這次位置 爲上述變化脈衝 -9- 200933154 値’將從上述這次定時値減去上述前次定時値的數値作爲 • 變化定時値’將上述變化脈衝値與上述變化脈衝臨界値相 . 比較，上述變化脈衝値爲上述變化脈衝臨界値以上時，則 在上述多脈衝連續次數加上1而作爲新的多脈衝連續次數 ’將上述多脈衝連續次數與多脈衝連續次數臨界値相比較 ’當上述多脈衝連續次數爲上述多脈衝連續次數臨界値以 上時，則以上述變化定時値來除算上述變化脈衝値俾計算 Ο 位置脈衝頻率，上述多脈衝連續次數比上述多脈衝連續次 數臨界値還要小時’則以上述抽樣周期來除算上述變化脈 衝値俾計算位置脈衝頻率，上述變化脈衝値比上述變化脈 衝臨界値還小時，則將上述多脈衝連續次數作爲〇，以上 述抽樣周期來除算上述變化脈衝値俾計算位置脈衝頻率， 將上述前次位置脈衝値作爲上述這次位置脈衝値，而將上 述前次定時値作爲上述這次定時値。 申請專利範圍第5項所述的發明，是在申請專利範圍 © 第4項所述的電動機控制裝置中，將上述變化脈衝臨界値 ，作爲2以上的自然數。 申請專利範圍第6項所述的發明，是在申請專利範圍 第4項所述的電動機控制裝置中，將上述多脈衝連續次數 臨界値，作爲1以上的自然數。 高速度運轉時是使用周期測定方式來檢測出速度，而 計測位置脈衝的周期的變化定時値正確地表示電動機變位 的時間之故，因而不會產生拍頻現象而檢測速度的精度高 ，紋波也小。一方面，低速度運轉時是使用脈衝計數方式 -10- 200933154 來檢測出速度，而檢測時間經常爲1抽樣周期之故，因而 • 對噪音強，也不會產生相位延遲所致的控制性能的降低問 . 題。又，中速度運轉時是成爲交互地使用脈衝計數方式與 周期測定方式，增加多脈衝連續次數臨界値Nm，就可把 檢測速度的平均値與實際速度之誤差成爲較小。 如此地藉由高速度、中速度及低速度的各運轉領域， 選擇性地切換速度檢測方式，成爲可提供更高精度低紋波 〇 且高性能的電動機控制裝置。 【實施方式】 以下，針對於本發明的速度檢測方法的具體性實施例 ，參照實施例加以說明。 實施例 實施本發明的方法的速度檢測裝置的構成，是與表示 ® 於第2圖的習知技術同一者。第1圖是表示在第2圖的速 度檢測裝置中，本發明的速度檢測方法的處理次序的流程 圖。以下，使用第1圖依次說明本發明的方法。 首先，在步驟1爲了進行初期化處理，把變化脈衝値 連續地成爲變化脈衝臨界値nm ( 2以上的自然數）以上的 次數的多脈衝連續次數N，前次位置脈衝値n(k-l)及前 次定時値t ( k-1 )都作爲0。 然後，在步驟2藉由速度演算器6發出允許讀取訊號 1 〇，從位置暫存器3讀入這次位置脈衝値n ( k )，或從定 -11 - 200933154 時暫存器5讀入這次定時値t(k)。 - 在步驟3作成與習知技術相同式（1 )及式（2 )所示 . 地，求出變化脈衝値△ n ( k )及變化定時値△ t ( k )。 在步驟4判斷△ n ( k )是否nm以上，若爲以上，則 移行至步驟5。若不是，則移行至步驟6。 在步驟5，將1加在多脈衝連續次數N而作爲新的多 脈衝連續次數N，移行至步驟7。 〇 在步驟6中，將多脈衝連續次數N作爲〇，移行至步 驟9。 在步驟7中，判斷多脈衝連續次數N是否爲多脈衝連 續次數臨界値Nm以上，若是以上，則移行至步驟8。若 不是，則移行至步驟9。 ' 在步驟8，如式（3 )地，以變化定時値△ t ( k )來除 算變化脈衝値△n(k)進行計算位置脈衝頻率f(k)而求 出電動機的速度。 © 又，在步驟9，如式（4)地以抽樣周期T來除算變 化脈衝値AnCk)進行計算位置脈衝頻率f(k)而求出電 動機的速度。 f(k) = An(k)/T (4) 最後，在步驟1 〇，將前次位置脈衝値n ( k-1 )作爲 這次位置脈衝値n ( k )，而將前次定時値t ( k-1 )作爲這 次定時値t ( k )，回到步驟2。 如此地，連續Nm次以上1抽樣周期之間的實際變位 量爲nm脈衝以上時，則使用周期測定方式，而在其他時 -12- 200933154 ，則使用脈衝計數方式來求出電動機的速度。 • 亦即，高速度運轉時（1抽樣周期之間的實際變位量 . 經常爲nm脈衝以上時），是使用周期測定方式來檢測速 度之故，因而不會產生拍頻現象，檢測速度的精度高而紋 波也小。 第4圖是表示將橫軸以抽樣周期T經基準化的時間軸 ，而將縱軸以每一抽樣周期T的脈衝數（相當於△ n ( k ) 〇 /Τ )經基準化的數値所表示的檢測速度的模擬結果者。周 期測定方式（長虛線）的速度紋波，是與脈衝計數方式（ 短虛線）時相比較，被抑制成1 /1 〇以下而大幅度地降低 〇 一方面，低速度運轉時，亦即1抽樣周期之間的實際 ' 變位量經常不足[nm- ( 1/Nm )]脈衝時，則多脈衝連續次數 N不會成爲多脈衝連續次數臨界値Nm&上之故，因而使 用脈衝計數方式俾進行速度檢測（參照第5圖）。這時候 © ，每一演算周期化，檢測速度與實際速度之誤差會變大， 惟在稍長時間間隔的檢測速度的平均値是與實際的速度大 約相等。檢測時間經常爲1抽樣周期之故，因而對噪音強 ，而相位延遲所致的控制性能的降低問題也不會產生。雖 ' 有拍頻現象，惟拍頻所致的脈動振幅是比例於速度之故， 因而在低速度下，其脈動振幅小而不會有不良影響。 又，η™的大小是藉由噪音環境所決定。在噪音少時， 即使在低速運轉，爲了作成速度演算的精度高且紋波小， 儘量將nm設定成較小者較佳。 -13- 200933154 又，中速度運轉時，亦即1抽樣周期之間的實際變位 ' 量爲[nm- ( 1/Nm )]脈衝以上，不足rim脈衝時，則多脈衝 . 連續次數N會上下多脈衝連續次數臨界値Nm之故，因而 速度的檢測是成爲交互地切換脈衝計數方式與周期測定方 ' 式。所以，電動機以一定中速度進行運轉時，則檢測速度 的平均値VAve是與實際的速度VMc)t()r產生誤差。以下， 說明其理由。 © 假設沒有演算方式的切換而經常地使用脈衝計數方式 進行檢測速度者，則變化脈衝値成爲nm之際所演算的速 度VHigh是比實際的速度VM。…還要大，而變化脈衝値成 爲（nm-l )之際所演算的速度VL(3w是比實際的速度還小 ，惟檢測速度的平均値VAve是與實際的速度相等 〇 在本發明的速度檢測方式中，多脈衝連續次數N爲多 脈衝連續次數臨界値Nm以上時，使用周期測定方式來檢 ❹ 測速度之故，因此該檢測速度是與該時機的實際的速度 VMt)tDr相等，惟成爲比使用脈衝計數方式所演算的値VHigh 還小値之故，因而檢測速度的平均値VAve是成爲比實際 的速度vMc)t(Jr還要小。 中速度運轉時的此種誤差的問題是增大多脈衝連續次 數臨界値Nm，就可減少其影響。亦即，增大Nm時，則在 ~定時間內會減少使用周期測定方式的次數之故，因而檢 測速度的平均値與實際的速度的誤差也變小。但是，增大 時，則脈衝計數方式固有的問題的拍頻所致的脈動會 -14- 200933154 變大之故，因而Nm的數値是必須決定對照於考慮誤差與 - 脈動的折衷被要求的驅動系的特性。 . 第6圖是表示在中速度運轉時，檢測速度藉由模擬以 脈衝計數方式與周期測定方式交互地切換的狀況者。長虛 ' 線爲表示本發明的速度檢測方式的檢測速度，而短虛線爲 表示爲了比較，脈衝計數方式所致的檢測速度。又，一點 鏈線是表示經低通濾波器觀看本發明的檢測速度的平均値 〇 。又，在第6圖中，nm = 2，Nm = 2。 由本模擬結果，被切換成周期測定方式之間，該檢測 速度的數値是成爲大約相等於實際速度，惟包含脈衝計數 方式所致的檢測値的檢測速度整體的平均値是成爲比實際 速度還要低的數値。 ' 又，第7圖是表示在模擬條件下，作成1^ = 2，而將

Nm由2變更成4的情形，這時候，如上述地，在一定時 間內使用周期測定方式的次數會減少之故，因而檢測速度 〇 對於實際速度（實線）的平均値的偏移，是可知比第6圖 時還要小。 又，本發明是適用作爲具有位置控制或速度控制功能 的電動機控制裝置的速度反饋訊號，成爲可提供更高精度 ，低紋波且高性能的電動機控制裝置。 [產業上的利用可能性] 依據位置脈衝訊號的計數値及位置脈衝訊號的定時値 ，因應於運轉速度而藉由脈衝計數方式與周期測定方式， -15- 200933154 以高精度可檢測出位置訊號的微分的速度訊號之故，因而 • 廣泛地可利用於機器手或工作母機，半導體製造裝置等， • 被要求高精度，高速應答控制領域，其他的一般產業領域 的位置及速度控制裝置。 ' 【圖式簡單說明】 第1圖是表示本發明的速度檢測方法的處理次序的流 ❹ 程圖。 第2圖是表示習知的速度檢測裝置的構成的方塊圖。 第3(a)圖至第3(e)圖是表示習知的周期測定方 式的時序圖。 第4圖是表示本發明的高速度運轉時的周期測定方式 ' 與脈衝計數所致的檢測速度的比較。 第5圖是表示低速度運轉時的脈衝計數方式所致的檢 測速度。 © 第6圖是表示中速度運轉時的檢測速度（nm = 2，Nm = 2 的情形）。 第7圖是表示中速度運轉時的檢測速度（nm = 2，Nm = 4 " 的情形）。 【主要元件符號說明】 1 :脈衝發生電路 2 :計數器 3 :位置暫存器 -16- 200933154 4 :定時器 - 5 :定時暫存器 . 6 :速度演算器 7 :位置脈衝訊號 _ 8 :計數値 9:位置暫存器的輸出値 1 〇 =允許讀取訊號 〇 11 :定時値 12:定時暫存器的輸出値 -17-

Claims (1)

1. 200933154 十、申請專利範圍 " !· 一種速度檢測方法，係使用速度檢測裝置，而該 • 速度檢測裝置具備：輸出位置脈衝的脈衝發生電路，及計 數上述位置脈衝的計數器，及閂鎖上述計數器的數値而進 ' 行記憶位置資訊的位置暫存器，及定時器，及藉由上述位 _ 置脈衝的上下進行記憶上述定時器的數値的定時暫存器， 及藉由發出允許讀取訊號從上述位置暫存器讀入位置脈衝 〇 値’並從上述定時暫存器讀入定時値而來演算速度的速度 演算器’其特徵爲：以如下次序進行速度演算處理， 1抽樣周期之間的變化脈衝値連續性地成爲所定的變 化脈衝臨界値以上的次數的多脈衝連續次數，及將前次位 置脈衝値與前次定時値作爲0， ' 上述速度演算器藉由發出允許讀取訊號從上述位置暫 存器讀入這次位置脈衝値’或是從上述定時暫存器讀入這 次定時値， ® 將從上述這次位置脈衝値減去上述前次位置脈衝値的 數値作爲上述變化脈衝値， 將從上述這次定時値減去上述前次定時値的數値作爲 變化定時値， 將上述變化脈衝値與上述變化脈衝臨界値相比較， 上述變化脈衝値爲上述變化脈衝臨界値以上時，則在 上述多脈衝連續次數加上1而作爲新的多脈衝連續次數， 將上述多脈衝連續次數與多脈衝連續次數臨界値相比較， 當上述多脈衝連續次數爲上述多脈衝連續次數臨界値以上 18- 200933154 時，則以上述變化定時値來除算上述變化脈衝値俾計算位 - 置脈衝頻率， - 上述多脈衝連續次數比上述多脈衝連續次數臨界値還 要小時，則以上述抽樣周期來除算上述變化脈衝値俾計算 ' 位置脈衝頻率， 上述變化脈衝値比上述變化脈衝臨界値還小時，則將 上述多脈衝連續次數作爲0，以上述抽樣周期來除算上述 〇 變化脈衝値俾計算位置脈衝頻率， 將上述前次位置脈衝値作爲上述這次位置脈衝値，而 將上述前次定時値作爲上述這次定時値。 2·如申請專利範圍第1項所述的速度檢測方法，其 中’將上述變化脈衝臨界値，作爲2以上的自然數。 - 3 ·如申請專利範圍第1項所述的速度檢測方法，其 中’將上述多脈衝連續次數臨界値，作爲1以上的自然數 〇 〇 4· 一種電動機控制裝置，係具備：輸出位置脈衝的 脈衝發生電路’及計數上述位置脈衝的計數器，及閂鎖上 述計數器的數値而進行記憶位置資訊的位置暫存器，及定 時器’及藉由上述位置脈衝的上下進行記億上述定時器的 數値的定時暫存器，及藉由發出允許讀取訊號從上述位置 暫存器讀入位置脈衝値，並從上述定時暫存器讀入定時値 而來演算速度的速度演算器，其特徵爲：具備速度演算器 ，進行如下速度演算器處理， 1抽樣周期之間的變化脈衝値連續性地成爲所定的變 -19- 200933154 化脈衝臨界値以上的次數的多脈衝連續次數，及將前次位 - 置脈衝値與前次定時値作爲〇，上述速度演算器藉由發出 . 允許讀取訊號從上述位置暫存器讀入這次位置脈衝値，或 是從上述定時暫存器讀入這次定時値，將從上述這次位置 脈衝値減去上述前次位置脈衝値的數値作爲上述變化脈衝 ' 値，將從上述這次定時値減去上述前次定時値的數値作爲 變化定時値，將上述變化脈衝値與上述變化脈衝臨界値相 ❹ 比較，上述變化脈衝値爲上述變化脈衝臨界値以上時，則 在上述多脈衝連續次數加上1而作爲新的多脈衝連續次數 ，將上述多脈衝連續次數與多脈衝連續次數臨界値相比較 ，當上述多脈衝連續次數爲上述多脈衝連續次數臨界値以 ' 上時，則以上述變化定時値來除算上述變化脈衝値俾計算 ’ 位置脈衝頻率，上述多脈衝連續次數比上述多脈衝連續次 數臨界値還要小時，則以上述抽樣周期來除算上述變化脈 衝値俾計算位置脈衝頻率，上述變化脈衝値比上述變化脈 φ 衝臨界値還小時，則將上述多脈衝連續次數作爲0，以上 述抽樣周期來除算上述變化脈衝値俾計算位置脈衝頻率， 將上述前次位置脈衝値作爲上述這次位置脈衝値，而將上 ' 述前次定時値作爲上述這次定時値。 5. 如申請專利範圍第4項所述的電動機控制裝置， 其中，將上述變化脈衝臨界値，作爲2以上的自然數。 6. 如申請專利範圍第4項所述的電動機控制裝置，其 中，將上述多脈衝連續次數臨界値，作爲1以上的自然數 -20-