JP3367260B2 - エンコーダ装置及びサーボモーター制御装置 - Google Patents

エンコーダ装置及びサーボモーター制御装置

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JP3367260B2
JP3367260B2 JP06644395A JP6644395A JP3367260B2 JP 3367260 B2 JP3367260 B2 JP 3367260B2 JP 06644395 A JP06644395 A JP 06644395A JP 6644395 A JP6644395 A JP 6644395A JP 3367260 B2 JP3367260 B2 JP 3367260B2
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は工作機械等の位置を検
出するエンコーダ装置及びエンコーダ装置の位置データ
によりサーボモーターを制御するサーボモーター制御装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】エンコーダ装置を高分解能化するため、
あるいは絶対値エンコーダ装置を得るために、例えば特
公平5−65827号公報等に有るように、回転角に対
応し出力される正弦波、三角波等のアナログ信号と、前
記アナログ信号と所定の位相差を持ったアナログ信号を
A/D変換し演算処理により内挿する方法が知られてい
る。図22は前記の方法による従来のエンコーダ制御装
置の構成図である。図に於いて、1はエンコーダ装置で
ありサーボモーター3または、機械可動部にとりつけら
れる。2はモーター駆動装置であり、外部からの位置指
令及びエンコーダ装置1の出力をもとにサーボモーター
3を制御する。
【0003】以下その詳細を説明する。LED4により
発せられた光は、モーター軸または機械可動部にとりつ
けられた遮蔽板5により、フォトダイオード、フォトト
ランジスタ等の受光素子6A,6Bに到達する光の量が
変化し、受光素子6A,6Bは前記光量に比例した信号
を発生する。この信号は互いに90゜位相のずれた正弦
波、三角波等のアナログ信号である。このアナログ信号
はサンプルホールド回路7A,7Bにより同時にホール
ドされA/D変換器8A,8Bへ入力される。A/D変
換器によりデジタル化されたデータは演算装置9によ
り、位置データへ変換されモーター駆動装置2へ出力さ
れる。演算装置9は除算器、ROMテーブル等から構成
される。
【0004】モーター駆動装置2の動作を説明する。減
算器12は位置指令とエンコーダ装置1の出力θ(T
n)の差を出力し、その差に応じて位置制御部13は速
度指令値を生成する。減算器14は前記速度指令と、θ
(Tn)を微分器19にて微分して得た速度フィードバ
ックとの差を出力し、その差に応じて速度制御部15は
電流指令値を生成する。減算器16は前記電流指令と、
電流フィードバックとの差を出力し、その差に応じて電
流制御部17は電圧指令値を生成する。3相PWM電圧
発生部18は電圧指令に応じた3相電圧を出力するが、
サーボモーターが同期電動機である場合モーター磁極位
置を、エンコーダ出力θ(Tn)より判別し、現在の磁
極位置に応じた3相電圧を出力する。また、電流フィー
ドバックは、電流検出器31A,31Bにおいて3相交
流電流が検出され、3相交流→d−q軸変換器20に
て、トルク分電流に変換され、電流制御に使用される。
ここで、3相交流→d−q軸変換器20はエンコーダ出
力θ(Tn)よりモーター磁極位置を判別し、現在の磁
極位置に応じた変換を行う。
【0005】上記従来のエンコーダ装置のデータ処理タ
イミングを図23に示す。サンプルホールド回路7A,
7Bのホールドはモータ駆動装置2から与えられるリク
エスト信号等に応じ周期的にホールドされるのが一般的
である。信号がホールドされるとA/D変換器8A,8
BはA/D変換を開始する。A/D変換が終了した後演
算装置9にて演算処理され、時間Tn+Tdに時間Tn
に於ける角度データθ(Tn)が出力される。モーター
駆動装置2は時間Tn+Tdより、各制御を実行する。
また、この角度データはシリアル信号として出力される
場合が多い。
【0006】このように、アナログ信号をホールドして
からモータ駆動装置2へデータが送られるまでに、A/
D変換、演算処理、シリアル通信と、多大な遅れ時間を
有する。
【0007】また、遅れ時間を補正した速度検出方法と
して、例えば特開昭62−260574号公報の様に前
回の検出速度V(n−1)と今回の検出速度Vnとから
V(n+1)を予測する方法が知られている。この時の
演算式は V(n+1)=2Vn−V(n−1) という関係式に基づいて行われる。この、補正方法は図
24に示す直線的に増加、あるいは減少するものとし
て、直線外挿補間するものである。これを、エンコーダ
装置の位置検出に応用し、サンプリング周期T0、遅れ
時間Tdの予測補正を行う場合の概念図を図26に、補
正装置のブロック図を図28に示す。
【0008】また、図25に示すようにサンプリング周
期における変化分が、一定の増加幅で増加あるいは減少
するものとして曲線外挿補間する方法も容易に考えられ
る。この演算式は V(n+1)=3Vn−3V(n−1)+V(n−2) で表せる。これを、エンコーダ装置の位置検出に応用
し、サンプリング周期T0、遅れ時間Tdの予測補正を
行う場合の概念図を図27に、補正装置のブロック図を
図29に示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のエンコーダ装置
は以上のように構成されているので、サーボアンプから
のリクエストに対し、位置データ出力までに遅れ時間を
有する。従って、出力された位置データは、出力された
時点での真の角度と一致せず遅れを持った位置データと
なる。その遅れを持つ位置データにより、モーター駆動
装置2はモーターを制御する。位置制御部13は一般的
に制御系のループゲインが低く遅れ時間の影響は殆ど無
いが、ループゲインが高く、高周波の応答が要求される
速度制御部15においては、エンコーダ出力の無駄時間
が速度制御の無駄時間となり制御性能を悪化させるとい
う問題点が有った。
【0010】また、サーボモータとして同期式電動機を
用いた場合、前述のように3相PWM電圧発生部18、
3相交流→d−q軸変換器20においては、モーター磁
極位置が必要である。しかし、エンコーダ出力データに
遅れがあると特にモーター高速回転時の磁極検出誤差の
増大を招き、モーター高速回転時のモーター出力トルク
が著しく低下するという問題点が有った。
【0011】上記問題点を軽減するためには、A/D変
換時間、演算処理、を高速化すればよいが、高速のA/
D変換器、演算処理装置を使用せねばならず高価なもの
となってしまう欠点が有った。また、シリアル通信の高
速化も信頼性の面で限界が有った。
【0012】また、図28,29に示される検出遅れ分
の移動量を予測演算し補正する方法を用いた場合の問題
点を以下に示す。例えば図30,図31に示すようにモ
ーターがθ0とθ1の境界線近傍の位置θ0上に停止し
ており、時間Tnにて、境界線をよぎり位置θ1のエリ
アに入り時間Tn+1にて再びもとの位置に戻った場合
を考える。ここでは便宜上(遅れ時間Td)=(サンプ
リング周期T0)として考える。図28に示す直線外挿
補間による補正を行う場合、 θ(Tn+1)=2θ(Tn)−θ(Tn−1)=2 θ(Tn+2)=2θ(Tn+1)−θ(Tn)=−1 となり、実際のモーターの挙動は最小検出単位に満たな
い微小なものであるにも関わらず、エンコーダ出力は3
パルスの幅で振れることになる。これは、モーター駆動
装置2にフィードバックされモーター停止時の振動を増
大させることにつながる。
【0013】また、図29に示す曲線外挿補間による補
正を行う場合、 θ(Tn+1)=3θ(Tn)−3θ(Tn−1)+θ(Tn−2)=3 θ(Tn+2)=3θ(Tn+1)−θ(Tn)=−3 となり、エンコーダ出力は6パルスの幅で振れることに
なりさらにモーター停止時の振動を増大させる。
【0014】また、モーター低速移動時においてもエン
コーダ装置の最小検出単位との関係上検出される位置は
滑らかにならないが、前記図28,29の補正を行う
と、最小検出単位以下の誤差を増幅して出力してしまい
低速時の回転ムラを増加させることになる。この様子
を、図33に示す。これは、減速し速度0となった後に
逆方向へ加速する動作を例にとっている。縦の升目はエ
ンコーダの検出境界、横の升目はサンプリング時間を示
す。以上のように、従来の予測し遅れ時間を補正する方
法をそのままエンコーダ装置に適用しても全く使用に耐
えないものとなってしまう。
【0015】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、時間的遅れがない位置データを
出力し、位置検出が正確でかつ安価なエンコーダ装置及
び前記エンコーダ装置が出力する位置データによりサー
ボモーターを高精度に制御するサーボモーター制御装置
を得ることを目的とする。
【0016】
【0017】
【0018】
【課題を解決するための手段】 この発明に係るエンコー
ダ装置は、検出対象の位置に応じたアナログ信号を発生
する信号発生手段と、前記アナログ信号をサンプリング
しデジタルデータに変換するA/D変換手段と、変換さ
れたデジタルデータより検出対象の位置データを得る演
算手段とを備えたエンコーダ装置において、前記アナロ
グ信号を処理して位置データとして出力するまでに要す
る遅れ時間内に前記検出対象が移動する移動量を、今回
サンプリング位置と前回サンプリング位置との差である
今回サンプリング周期移動量と前回サンプリング位置と
前々回サンプリング位置との差である前回サンプリング
周期移動量との内絶対値の小さい方を選択し、該選択さ
れたサンプリング周期移動量から前記アナログ信号を処
理して位置データとして出力するまでに要する遅れ時間
内に前記検出対象が移動する移動量を算出して、今回サ
ンプリングして得られた位置データに上記算出された移
動量分の補正値を加えた位置データを出力するエンコー
ダ出力補正手段を備えるものである。
【0019】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、今回サンプリング位置と前回
サンプリング位置との差である今回サンプリング周期移
動量と前回サンプリング位置と前々回サンプリング位置
との差である前回サンプリング周期移動量との内絶対値
の小さい方を選択するとともに、今回サンプリング周期
移動量と前回サンプリング周期移動量の差と前回サンプ
リング周期移動量と前々回サンプリング周期移動量の差
との内の小さい方を選択し、選択された周期移動量と選
択された周期移動量の差との和から前記アナログ信号を
処理して位置データとして出力するまでに要する遅れ時
間内に前記検出対象が移動する移動量を算出して、今回
サンプリングして得られた位置データに上記算出された
移動量分の補正値を加えた位置データを出力するエンコ
ーダ出力補正手段を備えるものである。
【0020】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、前記アナログ信号を処理して
位置データとして出力するまでに要する遅れ時間内に前
記検出対象が移動する移動量を、今回サンプリング位置
と前々回サンプリング位置との差である2サンプリング
周期移動量を1/2倍した平均値から前記アナログ信号
を処理して位置データとして出力するまでに要する遅れ
時間内に前記検出対象が移動する移動量を算出して、今
回サンプリングして得られた位置データに上記算出され
た移動量分の補正値を加えた位置データを出力するエン
コーダ出力補正手段を備えるものである。
【0021】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、今回サンプリング位置と前々
回サンプリング位置との差である2サンプリング周期移
動量と、今回サンプリング位置と前回サンプリング位置
との差である今回サンプリング周期移動量から前々回サ
ンプリング位置と三回前サンプリング位置との差である
前々回サンプリング周期移動量を引いて得られる2サン
プリング周期間の移動量変化とを加算して1/2倍した
平均値から前記アナログ信号を処理して位置データとし
て出力するまでに要する遅れ時間内に前記検出対象が移
動する移動量を算出して、今回サンプリングして得られ
た位置データに上記算出された移動量分の補正値を加え
た位置データを出力するエンコーダ出力補正手段を備え
るものである。
【0022】
【0023】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、モータ駆動装置が出力する電
流値と今回サンプリング位置と前回サンプリング位置と
の差である今回サンプリング周期移動量の関係をあらか
じめ関数として求めておき、前記アナログ信号を処理し
て位置データとして出力するまでに要する遅れ時間内に
前記検出対象が移動する移動量を、その求めた関数によ
り現在のモータ駆動装置が出力する電流値から推定し
て、今回サンプリングして得られた位置データに上記推
定された移動量分の補正値を加えた位置データを出力す
るエンコーダ出力補正手段を備えるものである。
【0024】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、互いに90゜位相のずれたパ
ルスを発生するパルス信号発生手段と、前記パルスのパ
ルス数をカウントするカウンタとを用いて、前記アナロ
グ信号を処理して位置データとして出力するまでに要す
る遅れ時間を計数して該遅れ時間内に前記検出対象が移
動する移動量とし、今回サンプリングして得られた位置
データに上記計数された移動量分の補正値を加えた位置
データを出力するエンコーダ出力補正手段を備えるもの
である。
【0025】
【0026】
【0027】
【作用】 この発明に係るエンコーダ装置は、検出対象の
位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段と、
前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータに変
換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデータよ
り検出対象の位置データを得る演算手段とを備えたエン
コーダ装置において、前記アナログ信号を処理して位置
データとして出力するまでに要する遅れ時間内に前記検
出対象が移動する移動量を、今回サンプリング位置と前
回サンプリング位置との差である今回サンプリング周期
移動量と前回サンプリング位置と前々回サンプリング位
置との差である前回サンプリング周期移動量との内絶対
値の小さい方を選択し、該選択されたサンプリング周期
移動量から前記アナログ信号を処理して位置データとし
て出力するまでに要する遅れ時間内に前記検出対象が移
動する移動量を算出して、今回サンプリングして得られ
た位置データに上記算出された移動量分の補正値を加え
た位置データを出力する。
【0028】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、今回サンプリング位置と前回
サンプリング位置との差である今回サンプリング周期移
動量と前回サンプリング位置と前々回サンプリング位置
との差である前回サンプリング周期移動量との内絶対値
の小さい方を選択するとともに、今回サンプリング周期
移動量と前回サンプリング周期移動量の差と前回サンプ
リング周期移動量と前々回サンプリング周期移動量の差
との内の小さい方を選択し、選択された周期移動量と選
択された周期移動量の差との和から前記アナログ信号を
処理して位置データとして出力するまでに要する遅れ時
間内に前記検出対象が移動する移動量を算出して、今回
サンプリングして得られた位置データに上記算出された
移動量分の補正値を加えた位置データを出力する。
【0029】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、前記アナログ信号を処理して
位置データとして出力するまでに要する遅れ時間内に前
記検出対象が移動する移動量を、今回サンプリング位置
と前々回サンプリング位置との差である2サンプリング
周期移動量を1/2倍した平均値から前記アナログ信号
を処理して位置データとして出力するまでに要する遅れ
時間内に前記検出対象が移動する移動量を算出して、今
回サンプリングして得られた位置データに上記算出され
た移動量分の補正値を加えた位置データを出力する。
【0030】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、今回サンプリング位置と前々
回サンプリング位置との差である2サンプリング周期移
動量と、今回サンプリング位置と前回サンプリング位置
との差である今回サンプリング周期移動量から前々回サ
ンプリング位置と三回前サンプリング位置との差である
前々回サンプリング周期移動量を引いて得られる2サン
プリング周期間の移動量変化とを加算して1/2倍した
平均値から前記アナログ信号を処理して位置データとし
て出力するまでに要する遅れ時間内に前記検出対象が移
動する移動量を算出して、今回サンプリングして得られ
た位置データに上記算出された移動量分の補正値を加え
た位置データを出力する。
【0031】
【0032】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、モータ駆動装置が出力する電
流値と今回サンプリング位置と前回サンプリング位置と
の差である今回サンプリング周期移動量の関係をあらか
じめ関数として求めておき、前記アナログ信号を処理し
て位置データとして出力するまでに要する遅れ時間内に
前記検出対象が移動する移動量を、その求めた関数によ
り現在のモータ駆動装置が出力する電流値から推定し
て、今回サンプリングして得られた位置データに上記推
定された移動量分の補正値を加えた位置データを出力す
る。
【0033】この発明に係るエンコーダ装置は、検出対
象の位置に応じたアナログ信号を発生する信号発生手段
と、前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータ
に変換するA/D変換手段と、変換されたデジタルデー
タより検出対象の位置データを得る演算手段とを備えた
エンコーダ装置において、互いに90゜位相のずれたパ
ルスを発生するパルス信号発生手段と、前記パルスのパ
ルス数をカウントするカウンタとを用いて、前記アナロ
グ信号を処理して位置データとして出力するまでに要す
る遅れ時間を計数して該遅れ時間内に前記検出対象が移
動する移動量とし、今回サンプリングして得られた位置
データに上記計数された移動量分の補正値を加えた位置
データを出力する。
【0034】
【実施例】
実施例1.以下、この発明の実施例について説明する。
図1はこの発明の実施例1によるエンコーダ装置及びサ
ーボモーター制御装置の構成図である。図1に於いて、
図22に示す各部に対応する部分には、同一の符号を付
しその説明を省略する。演算手段たる演算装置9の出力
θ(Tn)はモーター駆動装置2、出力補正手段たるエ
ンコーダ出力補正装置(以下出力補正装置という)11
に出力されるとともに記憶装置10へ記憶される。記憶
装置10は図3に示すように最新の位置データn個を記
憶し、出力補正装置11の要求に従い記憶された位置デ
ータを出力する。出力補正装置11は過去のサンプリン
グ位置データθ(Tn−1),θ(Tn−2),・・・
と現在の位置データθ(Tn)とから演算遅れ時間Td
分の遅れ時間を補正したTn+Tdにおける予測位置デ
ータθ(Tn+Td)とTn+Td時点のサンプリング
周期における移動量Δθ(Tn+Td)を出力する。出
力補正装置11は、図28,29に示す遅れ時間補正装
置または、後述の実施例2,3,4,5,6,7に示さ
れる出力補正装置などが用いられる。
【0035】位置制御のループゲインは通常30rad
/s程度と低く検出の時間遅れの影響は殆ど受けない。
また、従来の遅れ時間補正の説明のように不正確なデー
タをフィードバックすると、振動や速度ムラの増加につ
ながる。従って現在の位置データθ(Tn)はモーター
駆動装置2の減算器12へ入力され位置制御に用いられ
る。Tn+Td時点のサンプリング周期における移動量
Δθ(Tn+Td)は除算器31にてサンプリング周期
T0で除することにより速度フィードバックを生成し速
度制御に使用される。これによりループゲインの高い速
度制御において遅れ時間の無いデータを使用し制御性能
の悪化を防止する。また、電圧発生手段たる3相PWM
電圧発生部18と変換手段たる3相交流→d−q軸変換
器20においては少々の位置誤差や検出ムラは影響無い
が遅れ時間による大きな位置のズレはモータートルクの
減少を招く為、遅れ時間の無いTn+Tdにおける予測
位置データθ(Tn+Td)を使用する。
【0036】実施例1によるエンコーダ装置のデータ処
理タイミングを図2に示す。各ブロックの動作タイミン
グは図23の従来例と同一であるが、出力されるデータ
がデータ出力の完了する時間Tn+Td時の位置データ
であるため遅れ時間が無くなる。
【0037】実施例2.以降実施例2〜7では出力補正
装置11の内部の実施例を示す。これらは、従来の遅れ
時間補正方法の問題点を解決するものであるので、エン
コーダ装置全体の構成は図1の実施例1による構成で
も、図4の様に遅れ時間補正のされたθ(Tn+Td)
のみを出力する構成でも良い。
【0038】図5はこの発明の実施例2によるエンコー
ダ装置の出力補正装置を示す構成図である。図において
減算器21Aは今回サンプリング位置θ(Tn)と前回
サンプリング位置θ(Tn−1)との差、すなわち今回
サンプリング周期における移動量Δθnを出力する。減
算器21Bは前回サンプリング位置θ(Tn−1)と前
々回サンプリング位置θ(Tn−2)との差、すなわち
前回サンプリング周期における移動量Δθ(n−1)を
出力する。乗算器23へ入力される現在の移動量Δθは
セレクトスイッチ22にてΔθnとΔθ(n−1)の小
さいものが選択される。選択された移動量Δθを乗算器
23にてTd/T0倍しTd間の移動量を求める。その
出力を加算器24にてθ(Tn)に加算する事により、
遅れ時間の補正を行う。このスイッチ22の動作フロー
チャートを図7に示す。ΔθnとΔθ(n−1)の符号
が異なっていればΔθ=0、符号一致していればその絶
対値の小さいものをΔθとする。
【0039】この実施例において図30の様に検出境界
近傍に停止した状態から境界をよぎった場合の出力位置
を図10に示す。時間TnにおいてΔθn=1,Δθ
(n−1)=0であるのでΔθ=0がスイッチ22によ
り選択される。従って出力θ(Tn+1)=θ(Tn)
=1となる。同様にθ(Tn+2)=θ(Tn+1)−
0となり、図31に示すように不正な出力をモータ駆動
装置2へフィードバックし、モーター振動を増加させる
事を防止する。また、低速移動時の挙動も図12に示す
様に、位置出力は滑らかになされ、モーター回転の速度
リップルの増加を防止する。
【0040】実施例3.図6はこの発明の実施例3によ
るエンコーダ装置の出力補正装置を示す構成図である。
図において図5の実施例2の出力補正装置と同一構成部
分は説明を省略する。スイッチ22Aは実施例2の出力
補正装置のスイッチ22と同様に現在の移動量Δθを選
択する。減算器25Aは今回サンプリング周期における
移動量Δθnと前回サンプリング周期における移動量Δ
θ(n−1)との差Δ(Δθn)を出力する。減算器2
5Bは前回サンプリング周期における移動量Δθ(n−
1)と前々回サンプリング周期における移動量Δθ(n
−2)との差Δ(Δθn−1)を出力する。スイッチ2
2Bは図7のフローチャートに従いΔ(Δθn)とΔ
(Δθn−1)の小さいものをΔ(Δθ)として選択す
る。選択された移動量Δθと移動量の増加分Δ(Δθ)
の和を乗算器23にてTd/T0倍しTd間の移動量を
求める。その出力を加算器24にてθ(Tn)に加算す
る事により、遅れ時間の補正を行う。
【0041】この実施例において図30の様に検出境界
近傍に停止した状態から境界をよぎった場合の出力位置
を図10に示す。時間TnにおいてΔθn=1,Δθ
(n−1)=0であるのでΔθ=0がスイッチ22Aに
より選択され、Δ(Δθn)=1,Δ(Δθn−1)=
0であるのでΔ(Δθ)=0がスイッチ22Bによって
選択される。従って出力θ(Tn+1)=1となる。同
様にθ(Tn+2)=0となり、図32に示すように不
正な出力をモータ駆動装置2へフィードバックし、モー
ター振動を増加させる事を防止する。また、低速移動時
の挙動も図12に示す様に、位置出力は滑らかになさ
れ、モーター回転の速度リップルの増加を防止する。
【0042】実施例4.図8はこの発明の実施例4によ
るエンコーダ装置の出力補正装置を示す構成図である。
減算器21は今回サンプリング位置θ(Tn)と前々回
サンプリング位置θ(Tn−2)との差、すなわち2サ
ンプリング周期における移動量2Δθを出力し乗算器2
3へ入力される。乗算器23にて1/2倍し2サンプリ
ング周期の平均の移動量を導くと同時にTd/T0倍し
Td間の移動量を求める。その出力を加算器24にてθ
(Tn)に加算する事により、遅れ時間の補正を行う。
【0043】本実施例において図30の様に検出境界近
傍に停止した状態から境界をよぎった場合の出力位置を
図10に示す。時間Tnにおいて2Δθn=1、その平
均値を端数切り捨て処理しθ(Tn)に加算し出力θ
(Tn+1)=1となる。同様にθ(Tn+2)=0と
なり、図31に示す従来例のように不正な出力をモータ
駆動装置2へフィードバックし、モーター振動を増加さ
せる事を防止する。また、低速移動時の挙動も図13に
示す様に、位置出力は滑らかになされ、モーター回転の
速度リップルの増加を防止する。
【0044】実施例5.図9はこの発明の実施例5によ
るエンコーダ装置の出力補正装置を示す構成図である。
減算器21Dは実施例4の出力補正装置の減算器21と
同一の動作をし、2サンプリング周期における移動量2
Δθを出力する。減算器21Aは今回のサンプリング周
期における移動量Δθnを、減算器21Cは前々回のサ
ンプリング周期における移動量Δθ(n−2)を出力し
2サンプリング間の移動量の変化分2Δ(Δθ)を出力
する。2Δθと2Δ(Δθ)は加算器26で加算された
後、乗算器23へ入力される。乗算器23にて1/2倍
し2サンプリング周期の平均の移動量と移動量の変化分
を導くと同時にTd/T0倍しTd間の移動量を求め
る。その出力を加算器24にてθ(Tn)に加算する事
により、遅れ時間の補正を行う。
【0045】この実施例において図30の様に検出境界
近傍に停止した状態から境界をよぎった場合の出力位置
を図11に示す。時間Tnにおいて2Δθ=1,2Δ
(Δθ)=1でその平均値θ(Tn)に加算しθ(Tn
+1)=2となる。同様にθ(Tn+2)=0となり、
図32に示す従来例のように不正な出力をモータ駆動装
置へフィードバックし、モーター振動を増加させる事を
防止する。また、低速移動時の挙動も図13に示す様
に、位置出力は滑らかになされ、モーター回転の速度リ
ップルの増加を防止する。
【0046】実施例6.図14はこの発明の実施例6に
よるエンコーダ装置の出力補正装置を示す構成図であ
る。図28の出力補正装置と同一部分は説明は省略す
る。27は第2の乗算器であり、乗算器23の出力をK
(Δθn)倍しその出力を加算器24にてθ(Tn)に
加算する事により、遅れ時間の補正を行う。ここで乗算
器27は倍率K(Δθn)がΔθnの値により可変され
る可変乗数乗算器である。この乗数K(Δθn)はサン
プリング間隔における移動量が大きい場合大きく、小さ
い場合小さくする。つまり、この可変乗数乗算器27を
付加する事により、遅れ時間の影響が小さく、かつ微少
な検出誤差が制御ループに悪影響を及ぼし振動や速度ム
ラを大きくする恐れのある低速時に補正倍率を小さく、
遅れ時間の影響が大きく、かつ微少な検出誤差が制御ル
ープに影響を与えにくい高速時に補正倍率を高くする。
従って、遅れ時間による問題点を解決しつつ、従来の遅
れ時間補正による振動の増加等の問題点を解決する。
【0047】図15、16は可変乗数乗算器27の動作
例を示すグラフで、倍率0〜1を図15の様にΔθに対
し連続的に変化させても、あるいは図16のように2段
階以上の複数段に切り換えても良い。なお実施例1〜6
において、直線的に位置が変化するものとして位置を予
測するものについて説明したが、曲線的に位置が変化す
るものとして予測するように構成してもよいことは言う
までもない。
【0048】実施例7.図17はこの発明の実施例7に
よるエンコーダ装置及びサーボモーター制御装置を示す
構成図である。図1の実施例1のエンコーダ装置及びサ
ーボモーター制御装置と共通部分は同一の符号を付し説
明は省略する。28はΔ(Δθ)−Iq関数推定装置で
あり、サンプリング位置データθ(Tn)と記憶装置1
0に記憶された前回、前々回のサンプリング位置から移
動量の変化分Δ(Δθ)を求め、更にモーター駆動装置
2から出力される電流値IqとΔ(Δθ)間の関数 Δ(Δθ)=f(Iq) を推定する。推定は、図18の様にサンプリングされた
Δ(Δθ)とIqの関係のほぼ平均的な傾きをとる関数
として推定する。また、関数推定装置28は推定された
関数に基づきIqから現在の移動量の変化分Δ(Δθ)
を出力する。θ(Tn)−θ(Tn−1)=Δθと関数
推定装置28の出力Δ(Δθ)の加算を加減算器29に
て出力し、その出力を乗算器23でTd/T0倍する事
により遅れ時間Td間の移動量を求める。その求められ
た移動量を加算器24にてθ(Tn)に加算し遅れ時間
の補正を行う。また、関数推定装置28の推定関数は2
次以上の関数としても良い。
【0049】実施例8.図19はこの発明の実施例8に
よるエンコーダ装置を示す構成図である。図に於いて、
図1の実施例1のエンコーダ装置と共通部分は同一の符
号を付し説明は省略する。LEDは4A,4Bで構成さ
れ受光素子6C,6Dが付加される。また、遮蔽板5の
パターンは図20に示すようにアナログ信号発生用とパ
ルス信号発生用のパターンが並列に作られている。図2
0において、斜線部は光を遮断する部分を示す。受光素
子6A、6Bから出力されるアナログ信号は従来例と同
様に処理された位置データθ(Tn)に変換される。受
光素子6C,6Dから出力されるパルスA,パルスB
は、互いに90゜の位相差を有し、アップ・ダウンカウ
ンタ30にて計数される。図21は図19のエンコーダ
装置のデータ処理タイミングを示す。アップ・ダウンカ
ウンタ30はサンプルホールド回路7A,7Bのホール
ドと同時に0クリアされ、その後パルスA、B計数を行
う。演算装置9の演算処理が終了するまでの時間Td間
のカウンタ30のカウント数Δθ(Td)を演算装置9
の出力θ(Tn)に加算器24で加算する事によりA/
D変換時間、演算処理時間Tdの補正を行う。このよう
な構成にする事により、遅れ時間の無いデータを出力す
る事ができる。また、Δθ(Td)よりシリアル出力に
要する時間分の移動量を推定し通信時間に於ける移動量
を補正する事も可能である。
【0050】
【0051】
【0052】
【発明の効果】 この発明に係るエンコーダ装置は、エン
コーダ出力補正手段を備え、アナログ信号を処理して位
置データとして出力するまでに要する遅れ時間内に検出
対象が移動する移動量を、今回サンプリング位置と前回
サンプリング位置との差である今回サンプリング周期移
動量と前回サンプリング位置と前々回サンプリング位置
との差である前回サンプリング周期移動量との内絶対値
の小さい方を選択し、該選択されたサンプリング周期移
動量から前記アナログ信号を処理して位置データとして
出力するまでに要する遅れ時間内に前記検出対象が移動
する移動量を算出して、今回サンプリングして得られた
位置データに上記算出された移動量分の補正値を加えた
位置データを出力することにより、より正確な位置出力
が得られる。
【0053】この発明に係るエンコーダ装置は、エンコ
ーダ出力補正手段を備え、今回サンプリング位置と前回
サンプリング位置との差である今回サンプリング周期移
動量と前回サンプリング位置と前々回サンプリング位置
との差である前回サンプリング周期移動量との内絶対値
の小さい方を選択するとともに、今回サンプリング周期
移動量と前回サンプリング周期移動量の差と前回サンプ
リング周期移動量と前々回サンプリング周期移動量の差
との内の小さい方を選択し、選択された周期移動量と選
択された周期移動量の差との和から前記アナログ信号を
処理して位置データとして出力するまでに要する遅れ時
間内に前記検出対象が移動する移動量を算出して、今回
サンプリングして得られた位置データに上記算出された
移動量分の補正値を加えた位置データを出力することに
より、より正確な位置出力が得られる。
【0054】この発明に係るエンコーダ装置は、エンコ
ーダ出力補正手段を備え、アナログ信号を処理して位置
データとして出力するまでに要する遅れ時間内に前記検
出対象が移動する移動量を、今回サンプリング位置と前
々回サンプリング位置との差である2サンプリング周期
移動量を1/2倍した平均値から前記アナログ信号を処
理して位置データとして出力するまでに要する遅れ時間
内に前記検出対象が移動する移動量を算出して、今回サ
ンプリングして得られた位置データに上記算出された移
動量分の補正値を加えた位置データを出力することによ
り、より正確な位置出力が得られる。
【0055】この発明に係るエンコーダ装置は、エンコ
ーダ出力補正手段を備え、今回サンプリング位置と前々
回サンプリング位置との差である2サンプリング周期移
動量と、今回サンプリング位置と前回サンプリング位置
との差である今回サンプリング周期移動量から前々回サ
ンプリング位置と三回前サンプリング位置との差である
前々回サンプリング周期移動量を引いて得られる2サン
プリング周期間の移動量変化とを加算して1/2倍した
平均値から前記アナログ信号を処理して位置データとし
て出力するまでに要する遅れ時間内に前記検出対象が移
動する移動量を算出して、今回サンプリングして得られ
た位置データに上記算出された移動量分の補正値を加え
た位置データを出力することにより、より正確な位置出
力が得られる。
【0056】
【0057】この発明に係るエンコーダ装置は、エンコ
ーダ出力補正手段を備え、モータ駆動装置が出力する電
流値と今回サンプリング位置と前回サンプリング位置と
の差である今回サンプリング周期移動量の関係をあらか
じめ関数として求めておき、前記アナログ信号を処理し
て位置データとして出力するまでに要する遅れ時間内に
前記検出対象が移動する移動量を、その求めた関数によ
り現在のモータ駆動装置が出力する電流値から推定し
て、今回サンプリングして得られた位置データに上記推
定された移動量分の補正値を加えた位置データを出力す
ることにより、より正確な位置出力が得られる。
【0058】この発明に係るエンコーダ装置は、エンコ
ーダ出力補正手段を備え、互いに90゜位相のずれたパ
ルスを発生するパルス信号発生手段と、前記パルスのパ
ルス数をカウントするカウンタとを用いて、前記アナロ
グ信号を処理して位置データとして出力するまでに要す
る遅れ時間を計数して該遅れ時間内に前記検出対象が移
動する移動量とし、今回サンプリングして得られた位置
データに上記計数された移動量分の補正値を加えた位置
データを出力することにより、より正確な位置出力が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例1によるエンコーダ装置及
びサーボモーター制御装置を示すブロック図である。
【図2】 図1のエンコーダ装置の動作を示すタイミン
グチャートである。
【図3】 この発明におけるエンコーダ装置の記憶装置
の動作を示す説明図である。
【図4】 この発明の実施例2によるエンコーダ装置及
びサーボモーター制御装置を示すブロック図である。
【図5】 この発明の実施例2によるエンコーダ装置の
出力補正装置を示すブロック図である。
【図6】 この発明の実施例3によるエンコーダ装置の
出力補正装置を示すブロック図である。
【図7】 この発明におけるエンコーダ装置のスイッチ
の動作を説明するフローチャートである。
【図8】 この発明の実施例4によるエンコーダ装置の
の出力補正装置を示すブロック図である。
【図9】 この発明の実施例5によるエンコーダ装置の
出力補正装置を示すブロック図である。
【図10】 この発明の実施例2〜4によるエンコーダ
装置の出力補正装置の検出境界近傍での動作を示すグラ
フである。
【図11】 この発明の実施例5によるエンコーダ装置
の出力補正装置の検出境界近傍での動作を示すグラフで
ある。
【図12】 この発明の実施例2,3によるエンコーダ
装置の出力補正装置の動作を示すグラフである。
【図13】 この発明の実施例4,5によるエンコーダ
装置の出力補正装置の動作を示すグラフである。
【図14】 この発明の実施例6によるエンコーダ装置
の出力補正装置を示すブロック図である。
【図15】 図14の出力補正装置の可変乗数乗算器の
一動作例を示すグラフである。
【図16】 図14の出力補正装置の可変乗数乗算器の
他の動作例を示すグラフである。
【図17】 この発明の実施例7によるエンコーダ装置
及びサーボモーター制御装置を示すブロック図である。
【図18】 図17のエンコーダ装置の関数推定装置の
動作を説明するグラフである。
【図19】 この発明の実施例8によるエンコーダ装置
を示すブロック図である。
【図20】 図19のエンコーダ装置の遮蔽板を示す図
である。
【図21】 図19のエンコーダ装置の動作を示すタイ
ミングチャートである。
【図22】 従来のエンコーダ装置及びサーボモーター
制御装置を示すブロック図である。
【図23】 従来のエンコーダ装置の動作を示すタイミ
ングチャートである。
【図24】 速度検出における遅れ時間補正の従来例を
説明するグラフである。
【図25】 速度検出における遅れ時間補正の従来例を
説明するグラフである。
【図26】 従来の遅れ時間補正をエンコーダ装置に適
用した場合の補正動作を説明するグラフである。
【図27】 従来の遅れ時間補正をエンコーダ装置に適
用した場合の補正動作を説明するグラフである。
【図28】 従来の遅れ時間補正をエンコーダ装置に適
用した場合の構成を示すブロック図である。
【図29】 従来の遅れ時間補正をエンコーダ装置に適
用した場合の構成を示すブロック図である。
【図30】 従来の遅れ時間補正の問題点を説明する図
である。
【図31】 従来の遅れ時間補正の問題点を説明するグ
ラフである。
【図32】 従来の遅れ時間補正の問題点を説明するグ
ラフである。
【図33】 従来の遅れ時間補正の動作を説明するグラ
フである。
【符号の説明】
1 エンコーダ装置、2 モーター駆動装置、3 サー
ボモーター、4,4A,4B LED、5 遮蔽板、6
A,6B,6C,6D 受光素子、7A,7Bサンプル
・ホールド回路、8A,8B A/D変換器、9 位置
演算装置、10 データ記憶装置、11 エンコーダ出
力の補正装置、12,14,16 減算器、13 位置
制御部、15 速度制御部、17 電流制御部、18
3相PWM電圧発生部、19 微分器、20 3相交流
→d−q軸座標変換器、31A,31B 電流検出器、
21,21A,21B,21C,21D,25,25
A,25B 減算器、22,22A,22B セレクト
スイッチ、23 乗算器、24,26 加算器、27
可変乗数乗算器、28 関数推定装置、29 加減算
器、30 アップ・ダウンカウンタ、31 除算器。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】検出対象の位置に応じたアナログ信号を発
    生する信号発生手段と、 前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータに変
    換するA/D変換手段と、 変換されたデジタルデータより検出対象の位置データを
    得る演算手段とを備えたエンコーダ装置において、 前記アナログ信号を処理して位置データとして出力する
    までに要する遅れ時間内に前記検出対象が移動する移動
    量を、 今回サンプリング位置と前回サンプリング位置との差で
    ある今回サンプリング周期移動量と前回サンプリング位
    置と前々回サンプリング位置との差である前回サンプリ
    ング周期移動量との内絶対値の小さい方を選択し、 該選択されたサンプリング周期移動量から前記アナログ
    信号を処理して位置データとして出力するまでに要する
    遅れ時間内に前記検出対象が移動する移動量を算出し
    て、 今回サンプリングして得られた位置データに上記算出さ
    れた移動量分の補正値を加えた位置データを出力するエ
    ンコーダ出力補正手段を備えたことを特徴とするエンコ
    ーダ装置。
  2. 【請求項2】検出対象の位置に応じたアナログ信号を発
    生する信号発生手段と、 前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータに変
    換するA/D変換手段と、 変換されたデジタルデータより検出対象の位置データを
    得る演算手段とを備えたエンコーダ装置において、 今回サンプリング位置と前回サンプリング位置との差で
    ある今回サンプリング周期移動量と前回サンプリング位
    置と前々回サンプリング位置との差である前回サンプリ
    ング周期移動量との内絶対値の小さい方を選択するとと
    もに、 今回サンプリング周期移動量と前回サンプリング周期移
    動量の差と前回サンプリング周期移動量と前々回サンプ
    リング周期移動量の差との内の小さい方を選択し、 選択された周期移動量と選択された周期移動量の差との
    和から前記アナログ信号を処理して位置データとして出
    力するまでに要する遅れ時間内に前記検出対象が移動す
    る移動量を算出して、 今回サンプリングして得られた位置データに上記算出さ
    れた移動量分の補正値を加えた位置データを出力するエ
    ンコーダ出力補正手段を備えたことを特徴とするエンコ
    ーダ装置。
  3. 【請求項3】検出対象の位置に応じたアナログ信号を発
    生する信号発生手段と、 前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータに変
    換するA/D変換手段と、 変換されたデジタルデータより検出対象の位置データを
    得る演算手段とを備えたエンコーダ装置において、 前記アナログ信号を処理して位置データとして出力する
    までに要する遅れ時間内に前記検出対象が移動する移動
    量を、 今回サンプリング位置と前々回サンプリング位置との差
    である2サンプリング周期移動量を1/2倍した平均値
    から前記アナログ信号を処理して位置データとして出力
    するまでに要する遅れ時間内に前記検出対象が移動する
    移動量を算出して、 今回サンプリングして得られた位置データに上記算出さ
    れた移動量分の補正値を加えた位置データを出力するエ
    ンコーダ出力補正手段を備えたことを特徴とするエンコ
    ーダ装置。
  4. 【請求項4】検出対象の位置に応じたアナログ信号を発
    生する信号発生手段と、 前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータに変
    換するA/D変換手段と、 変換されたデジタルデータより検出対象の位置データを
    得る演算手段とを備えたエンコーダ装置において、 今回サンプリング位置と前々回サンプリング位置との差
    である2サンプリング周期移動量と、 今回サンプリング位置と前回サンプリング位置との差で
    ある今回サンプリング周期移動量から前々回サンプリン
    グ位置と三回前サンプリング位置との差である前々回サ
    ンプリング周期移動量を引いて得られる2サンプリング
    周期間の移動量変化とを加算して1/2倍した平均値か
    ら前記アナログ信号を処理して位置データとして出力す
    るまでに要する遅れ時間内に前記検出対象が移動する移
    動量を算出して、 今回サンプリングして得られた位置データに上記算出さ
    れた移動量分の補正値を加えた位置データを出力するエ
    ンコーダ出力補正手段を備えたことを特徴とするエンコ
    ーダ装置。
  5. 【請求項5】検出対象の位置に応じたアナログ信号を発
    生する信号発生手段と、 前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータに変
    換するA/D変換手段と、 変換されたデジタルデータより検出対象の位置データを
    得る演算手段とを備えたエンコーダ装置において、 モータ駆動装置が出力する電流値と今回サンプリング位
    置と前回サンプリング位置との差である今回サンプリン
    グ周期移動量の関係をあらかじめ関数として求めてお
    き、 前記アナログ信号を処理して位置データとして出力する
    までに要する遅れ時間内に前記検出対象が移動する移動
    量を、その求めた関数により現在のモータ駆動装置が出
    力する電流値から推定して、 今回サンプリングして得られた位置データに上記推定さ
    れた移動量分の補正値を加えた位置データを出力するエ
    ンコーダ出力補正手段を備えたことを特徴とするエンコ
    ーダ装置。
  6. 【請求項6】検出対象の位置に応じたアナログ信号を発
    生する信号発生手段と、 前記アナログ信号をサンプリングしデジタルデータに変
    換するA/D変換手段と、 変換されたデジタルデータより検出対象の位置データを
    得る演算手段とを備えたエンコーダ装置において、 互いに90゜位相のずれたパルスを発生するパルス信号
    発生手段と、 前記パルスのパルス数をカウントするカウンタとを用い
    て、 前記アナログ信号を処理して位置データとして出力する
    までに要する遅れ時間を計数して該遅れ時間内に前記検
    出対象が移動する移動量とし、 今回サンプリングして得られた位置データに上記計数さ
    れた移動量分の補正値を加えた位置データを出力するエ
    ンコーダ出力補正手段を備えたことを特徴とするエンコ
    ーダ装置。
JP06644395A 1995-03-24 1995-03-24 エンコーダ装置及びサーボモーター制御装置 Expired - Lifetime JP3367260B2 (ja)

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