JP3683071B2

JP3683071B2 - Motor rotation speed control device

Info

Publication number: JP3683071B2
Application number: JP14395097A
Authority: JP
Inventors: 章伸浅原; 芳夫藤川
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2017-06-02
Also published as: JPH10337071A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はモータの回転速度制御装置に関し、特に、精密加工機や精密検査装置などのスピンドルを駆動するモータの回転速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精度の回転速度が要求されるスピンドルの制御には従来よりＰＬＬ制御が用いられている。
【０００３】
図７はそのようなＰＬＬの制御回路構成を示すブロック図であり、図８は図７の各部の信号波形図である。
【０００４】
図７において、モータ８の回転軸には１回転内に等間隔角度で複数の角度検出信号を出力する回転角度検出センサ９が取付けられている。この回転角度センサ９の出力信号ｂと基準信号ａとが位相比較器１に入力され、位相比較器１は図８に示すように２つの入力信号の位相差に応じた位相誤差信号ｃを出力する。この位相誤差信号ｃの低周波成分はローパスフィルタ１５で取出され、偏差信号ｄとして補償回路３に入力される。補償回路３の出力信号ｅは電流指令値としてモータ駆動回路４に入力され、このモータ駆動回路４の出力信号ｆでモータ８を駆動することにより、スピンドルの回転はセンサ出力ｂと基準信号ａの位相差が０になるように制御される。実際は、位相差が０になると電流も０になるので、機械損に応じたモータのトルクを発生する位相差を保つように制御される。
【０００５】
位相差が基準信号の１周期以内であれば、スピンドルは基準信号周波数を１回転中に出力される回転角度検出センサ９の検出信号数で割った回転数で回転する。また、その回転周期の変動は、基準信号の±１周期以内になる。したがって、摩擦などの回転に対する抵抗がほぼ０になる静圧気体軸受支持のスピンドルとブラシレスＡＣサーボモータと非接触の回転角度検出センサ９の組合せで、水晶発振器などを利用して周波数精度と安定度の高い基準信号を作り、ＰＬＬ制御を使用すれば、位相差が一定値に近づくほどモータ電流，すなわちトルクの変動が小さくなるので回転数の変動も小さくなり、高精度な回転数制御が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した回転角度検出センサ９としては、従来より光学式ロータリエンコーダが使用されており、このような光学式ロータリエンコーダを静圧気体軸受スピンドルと組合せた例について以下に説明する。静圧気体軸受の軸と固定部が非接触という特徴を生かすために、図７のモータ８はブラシレスＡＣサーボモータが使用される。
【０００７】
ロータリエンコーダは、図９に示すようにボス付き目盛ディスク９１と走査ユニット９２とに分離された構成のものが使用される。通常軸とボス付き目盛ディスク９１は、隙間ばめでセットボルトなどで固定されるので、目盛ディスク９１の放射線状の目盛格子９３の中心と軸の回転中心が一致しない。したがって、図９に示すように目盛ディスク９１は偏芯して回転するため、走査ユニット９２から見た目盛格子９３の間隔が変化し、出力される信号の周期も変動する。これに伴い、基準信号との位相差も変動し、またこの変動の符号と大きさは回転角度に依存するので、回転同期成分として偏差信号に図８ｄのように現れる。
【０００８】
したがって、たとえスピンドルが一定の角速度で回転していても、偏差信号に回転同期成分が現れて制御系はこれを打消そうと制御するので、電流指令値とモータ電流にも図８ｅのように回転同期成分が現れて１回転中の角速度が変動する。この角速度の変動は従来の要求精度に対しては十分小さく、特に問題になることはなかったが、最近の精密加工機や精密検査装置などでは、改善が必要になってきた。
【０００９】
仮に、目盛ディスクの偏芯が０で、かつ角速度が一定で回転していれば、位相差は一定になるので、偏差信号と電流指令値も一定値となり、モータ電流にも回転同期成分が現れないため、角速度の変動はなくなるはずである。したがって、偏差信号に現れる回転同期成分を補正し除去することによって、さらに高精度の回転数制御が可能になると考えられる。
【００１０】
また、従来では、位相比較器１の出力信号をローパスフィルタ１５を通して偏差信号を得ているが、ローパスフィルタ１５は周波数に対する位相特性が一定ではないので、回転数によって出力の原点信号に対する位相が変化してしまう。したがって、偏差信号に対して回転角度によって決まる補正値を加えて回転同期成分を除去しようとした場合、回転数による偏差信号の位相変化を考慮して補正値を操作した後に加えるか、あるいは回転角度と回転数によって決まる補正値をすべて持つ必要がある。前者は、位相を操作する処理が余分に必要になり、後者は使用する回転数全部をカバーしようとすると巨大な補正値テーブルが必要になる。
【００１１】
それゆえに、この発明の主たる目的は、モータ制御装置の処理の増加は、最小限に抑えて、回転周期成分を補正除去することで高精度な回転制御ができるようなモータの回転速度制御装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、目標回転数が可変であるモータを、目標回転数で一定に回転するように制御するモータの回転速度制御装置において、モータの回転軸に取り付けられ、回転軸が１回転する毎に複数個の検出信号を等角度間隔で出力する回転角度検出手段と、回転角度検出手段から出力された検出信号と、目標回転数に応じた周期を有する基準信号との位相を基準信号の１周期ごとに比較し、位相差に応じたパルス幅を有する位相誤差信号を出力する位相比較手段と、位相比較手段から出力された位相誤差信号を受け、パルス幅を、目標回転数における回転軸の回転角度に比例した値に変換し、変換後の値を偏差信号として出力する偏差検出手段と、回転角度検出手段の偏芯により偏差信号に生じる誤差の補正値を回転角度に対応した番地に格納する記憶手段と、記憶手段に格納された補正値を回転角度に対応した番地から読出す読出手段と、読出された補正値により偏差信号に補正を加える偏差信号補正手段と、偏差信号補正手段の出力に位相補償を加え、モータを駆動するための電流指令値を出力する補償手段と、電流指令値に基づいて、モータを駆動する駆動手段とを備えて構成される。
【００１３】
請求項２に係る発明では、請求項１の偏差信号補正手段は、偏差信号から記憶手段の値を減算する減算手段を含む。
【００１４】
請求項３に係る発明では、請求項１または２の偏差検出手段は、位相比較手段から出力される位相誤差信号のパルス幅を測定した結果を、基準信号の周期を測定した結果で割算して得られた結果を絶対値とし、位相誤差信号に含まれる位相の進み遅れの情報に応じた符号を付けて偏差信号として出力する。
【００１５】
請求項４に係る発明では、請求項１ないし３のいずれかの記憶手段に記憶する補正値は、補正しないときの偏差信号を近似できる周期関数の振幅，位相，オフセットなどのパラメータを変更して、補償手段から出力される電流指令値の振幅が最小となるように決定される。
【００１６】
請求項５に係る発明は、目標回転数が可変であるモータを、目標回転数で一定に回転するように制御するモータの回転速度制御装置において、モータの回転軸に取り付けられ、回転軸が１回転する毎に複数個の検出信号を等角度間隔で出力する回転角度検出手段と、回転角度検出手段から出力された検出信号と、目標回転数に応じた周期を有する基準信号との位相を基準信号の１パルスごとに比較し、位相差に応じたパルス幅を有する位相誤差信号を出力する位相比較手段と、位相比較手段から出力される位相誤差信号のパルス幅を位相の進み遅れに応じた符号付きで測定する位相測定カウンタと、基準信号の周期を測定する周期カウンタと、回転角度検出手段から出力される検出信号に基づいて回転角度を測定する回転角度カウンタと、測定された位相と周期と回転角度とに基づいて、回転軸の回転速度を制御するため、位相を、目標回転数における回転軸の回転角度に比例した値に変換し、回転角度に比例した値に基づいてモータを駆動するための電流指令値を出力する演算制御手段と、電流指令値に基づいてモータを駆動する駆動手段とを備えて構成される。
【００１７】
請求項６に係る発明では、さらに回転角度検出手段で測定された回転角度に対応した番地に、回転角度検出手段の偏芯により生じる、回転角度に比例した値の誤差の補正値を格納する記憶手段を含み、請求項５に係る演算制御手段は、位相測定カウンタから出力された位相測定値を周期カウンタで測定された基準信号の周期測定値で割算し、割算後の値を回転角度に比例した値として有する偏差信号から、回転角度カウンタで測定された回転角度測定値に応じた補正値を減算し、その結果に対して位相補償演算を行なう。
【００１８】
請求項７に係る発明では、請求項６の演算制御手段は、記憶手段に記憶されている補正値の最適値を、偏差信号を近似できる周期関数と振幅，位相，オフセットのパラメータの変更範囲を入力することによって、回転軸の１回転中の位相補償演算の出力の最大値と最小値の差が最小となるパラメータを自動的に探し出すソフトウェアを含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。この図１に示したモータの回転速度制御装置は、前述の図７の従来例と同様にして、位相比較器１と補償回路３とモータ駆動回路４とモータ８と回転角度検出センサ９とを含み、さらに偏差検出回路２とメモリ５と読出回路６と減算器７とを備えて構成される。回転角度検出センサ９は原点信号付きの回転角度検出信号を出力し、位相比較器１と読出回路６とに与える。位相比較器１は回転角度検出センサ９からのセンサ出力信号と基準信号とを比較して位相誤差信号を偏差検出回路２に与える。偏差検出回路２は位相誤差信号を角度に比例した偏差信号に変換するものであり、その偏差信号を減算器７に与える。メモリ５は回転同期成分を補正するテーブルを予め記憶しており、読出回路６は回転角度検出センサ９のセンサ出力信号に基づいて、回転位置に応じた値をメモリ５から読出す。減算器７は偏差検出回路２から出力された偏差信号から読出回路６によって読出されたメモリデータを減算し、その減算出力を補償回路３に与える。補償回路３は減算器７の出力に位相補償などを施して電流指令値をモータ駆動回路４に出力する。モータ駆動回路４は電流指令値に応じてモータ８を駆動する。
【００２０】
図２は図１の各部の波形図である。
次に、図２を参照しながら図１での具体的な動作について説明する。位相比較器１は角度検出信号ｂと矩形波で入力される基準信号ａとの位相差を両信号の立上がりエッジ間の時間に等しい幅のパルスで出力する。このパルス幅は、回転数が一定であれば位相差の角度に比例するが、回転数すなわち基準信号周期が変化すれば、位相差角度が同じでもパルス幅も比例して変化する。そこで、偏差検出回路２は位相誤差信号ｃのパルス幅を基準信号の周期で割算することにより、回転数に影響されることなく位相差の角度に比例した偏差信号を出力できる。
【００２１】
なお、偏差信号の符号は位相誤差信号に含まれる基準信号に対する角度検出信号の位相の進み遅れ情報に応じて付けられる。
【００２２】
メモリ５には、回転同期成分から推定した補正テーブルの値が回転位置に応じた番地に格納されている。読出回路６は回転角度検出センサ９の原点信号を基準に角度検出信号ｂの出力数を計数することにより回転角度を検出し、メモリ５のそれに対応した番地のデータを読出し、回転角度に対応した補正値ｇを出力する。その補正値ｇを減算器７で偏差信号ｄから減算することにより、回転同期成分を補正して除去できる。したがって、モータ８に流れる電流に回転同期成分がなくなるので、１回転中の角速度の変動が小さくなり、より高精度な回転速度制御を実現できる。
【００２３】
メモリ５に記憶される補正テーブルは、補正しない状態で現れる回転同期成分を周期関数で近似し、その振幅，オフセット，位相などを変えてテーブルを作り、補正した状態での電流指令値の回転同期成分が最小となるものを選ぶのが好ましい。これは、補正しない状態での回転同期成分を近似したものをそのまま補正テーブルとすると、制御ループ内の他の要素の影響で、振幅，オフセット，位相などが純粋な偏芯成分によるものと変化している可能性があるので、必ずしも最適値とはならないからである。他の補正テーブルの作成方法としては、組み込んだ状態での回転角度検出センサ９の精度を測定して決定するなどの方法が考えられる。
【００２４】
図３はこの発明の他の実施形態を示すブロック図である。図３において、図１と同様にして位相比較器１とモータ駆動回路４とモータ８と回転角度検出センサ９とが設けられ、さらにこの実施形態の特徴として位相差カウンタ１０と回転角度カウンタ１１と基準信号周期カウンタ１２とコンピュータ１３とＤＡコンバータ１４とが設けられる。位相差カウンタ１０は位相比較器１から出力される位相誤差信号のパルス幅を測定する。回転角度カウンタ１１は回転角度検出センサ９の出力を測定して回転位置を検出する。基準信号周期カウンタ１２は基準信号の周期を測定する。各カウンタ１０〜１２の出力はコンピュータ１３に入力される。コンピュータ１３は各カウンタの出力を演算して電流指令値をＤＡコンバータ１４に出力する。ＤＡコンバータ１４は電流指令値をアナログ信号に変換してモータ駆動回路４に供給し、モータ駆動回路４はたとえば３相ブラシレスのＡＣサーボモータ８を駆動する。
【００２５】
次に、この発明の他の実施形態の動作について説明する。位相比較器１は回転角度検出センサ９からの出力信号と基準信号の立上がりエッジ間の時間に等しい幅のパルスを位相誤差信号として出力する。位相誤差信号の符号は、回転角度検出センサ９の出力信号が基準信号よりも位相が進んでいると−となり、遅れていたら＋となる。
【００２６】
位相差カウンタ１０は位相誤差信号のパルス幅を、基準信号周期カウンタ１２は基準信号周期を、基準信号周波数より十分高い周波数のクロック信号を使用して測定する。なお、位相差カウンタ１０は位相誤差信号が＋パルスであれば正数，−パルスであれば負の数として出力する。
【００２７】
図４は図３に示したコンピュータ１３の内部で行なわれる処理の流れを示す図である。コンピュータ１３の内部では、予め内部メモリに偏心補正テーブル１３１を格納しており、回転中は一定時間間隔で、位相誤差信号のカウント値を基準信号周期カウント値で割算した結果を偏差信号とし、同時に回転角度カウンタ１１からの回転位置に対応する補正テーブル値を偏芯補正テーブル１３１から読出し、偏差信号からその補正テーブルを減算し、その減算結果に対して位相補償演算を行なってＤＡコンバータ１４に出力する。
【００２８】
図４に示した偏芯補正テーブル１３１は補正なしの状態での偏差信号から回転同期成分が正弦波で近似できると判断して、正弦波の振幅とオフセットと位相を変えた複数のテーブルを用意し、補正した状態での電流指令値の回転同期成分が最小となるテーブルを選んだ。
【００２９】
図５および図６は電流指令値ｅとモータ電流ｆとの波形を示す図であり、特に図５は補正ありの状態を示し、図６は補正なしの状態を示す。
【００３０】
モータ電流ｆはリニア駆動のため、回転周波数にモータの磁極数をかけた周波数の正弦波状の電流が流れる。図６に示した補正なしの状態では、電流指令値ｅは回転周波数の正弦波になり、モータ電流ｆは回転同期成分が重畳されていることが明らかである。これに対して図５の補正を加えた状態では、正弦波状の回転同期成分がほとんどなくなり、補正の効果が明らかである。
【００３１】
また、偏差検出，補正テーブル，減算器，位相補償をコンピュータを使用してソフトウェアで行なうことによって、補正テーブルの作成も使用者がパラメータを逐次変更しながら入力して決定するものではなく、ソフトウェアで自動的に行なうことも、たとえば以下に示す方法によって可能になる。まず、近似周期関数とパラメータの変更範囲と変化幅を最初に入力する。その後は、ソフトウェアによって１回転以上の周期でパラメータを自動的に変更し、そのときの電流指令値となる位相補償演算結果の１回転毎の最大値と最小値を検出して振幅を求める。パラメータの全変更範囲内で、電流指令値の振幅を測定する。測定毎にその振幅がより小さくなるパラメータを残していくことで、補正テーブルの最適値を得ることができる。または、全測定終了後に振幅を最小にするパラメータを見つけるようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、回転角度検出出力の偏芯成分の補正値を予め記憶しておき、回転角に対応して補正値を読出し、その補正値により偏差検出出力に補正を加えるようにしたので、比較的簡単な構成で複雑な補正処理を要することなくモータの回転数を制御できる。
【００３３】
請求項５に係る発明では、位相誤差信号のパルス幅と基準信号の周期と回転角度をそれぞれカウンタで測定し、演算制御手段によりモータの回転速度を演算してモータを駆動するようにしたので、正弦波状の回転同期成分をほとんどなくすことができ、補正の効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の各部の波形図である。
【図３】この発明の他の実施形態を示すブロック図である。
【図４】図３に示したコンピュータ内部で行なわれる処理の流れを示す図である。
【図５】補正をしたときの電流指令値とモータ電流の波形を示す図である。
【図６】補正なしの電流指令値とモータ電流の波形を示す図である。
【図７】従来のモータ回転速度制御装置の概略ブロック図である。
【図８】図７に示した各部の波形図である。
【図９】ロータリエンコーダに含まれる目盛ディスクと目盛格子を説明するための図である。
【符号の説明】
１位相比較器
２偏差検出回路
３補償回路
４モータ駆動回路
５メモリ
６読出回路
７減算器
８モータ
９回転角度検出センサ
１０位相差カウンタ
１１回転角度カウンタ
１２基準信号周期カウンタ
１３コンピュータ
１４ＤＡコンバータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotational speed control device for a motor, and more particularly to a rotational speed control device for a motor that drives a spindle of a precision machine or a precision inspection device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, PLL control is used for controlling a spindle that requires a high-precision rotational speed.
[0003]
FIG. 7 is a block diagram showing a control circuit configuration of such a PLL, and FIG. 8 is a signal waveform diagram of each part of FIG.
[0004]
In FIG. 7, a rotation angle detection sensor 9 that outputs a plurality of angle detection signals at equal intervals within one rotation is attached to the rotation shaft of the motor 8. The output signal b of the rotation angle sensor 9 and the reference signal a are input to the phase comparator 1, and the phase comparator 1 outputs a phase error signal c corresponding to the phase difference between the two input signals as shown in FIG. To do. The low frequency component of the phase error signal c is extracted by the low pass filter 15 and input to the compensation circuit 3 as the deviation signal d. The output signal e of the compensation circuit 3 is input to the motor drive circuit 4 as a current command value. By driving the motor 8 with the output signal f of the motor drive circuit 4, the rotation of the spindle is detected by the sensor output b and the reference signal a. The phase difference is controlled to be zero. Actually, when the phase difference becomes zero, the current also becomes zero. Therefore, control is performed so as to maintain the phase difference that generates the torque of the motor corresponding to the mechanical loss.
[0005]
If the phase difference is within one cycle of the reference signal, the spindle rotates at the number of rotations obtained by dividing the reference signal frequency by the number of detection signals of the rotation angle detection sensor 9 output during one rotation. Further, the fluctuation of the rotation cycle is within ± 1 cycle of the reference signal. Therefore, frequency accuracy and stability using a crystal oscillator or the like is achieved by combining a spindle supported by a static pressure gas bearing where the resistance to rotation such as friction is almost zero, a brushless AC servo motor, and a non-contact rotation angle detection sensor 9. If the reference signal is made high and PLL control is used, the motor current, that is, the torque fluctuation becomes smaller as the phase difference approaches a constant value, so the fluctuation in the rotational speed becomes smaller, and high-precision rotational speed control is possible. Become.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An optical rotary encoder has been conventionally used as the rotation angle detection sensor 9 shown in FIG. 7, and an example in which such an optical rotary encoder is combined with a static pressure gas bearing spindle will be described below. In order to take advantage of the feature that the shaft and the fixed portion of the hydrostatic gas bearing are not in contact with each other, a brushless AC servo motor is used as the motor 8 in FIG.
[0007]
As shown in FIG. 9, a rotary encoder having a structure separated into a bossed scale disk 91 and a scanning unit 92 is used. Since the normal axis and the bossed scale disk 91 are fixed with a set bolt or the like with a clearance fit, the center of the radial scale grid 93 of the scale disk 91 does not coincide with the rotation center of the axis. Therefore, as shown in FIG. 9, since the scale disk 91 rotates eccentrically, the interval of the scale grid 93 viewed from the scanning unit 92 changes, and the period of the output signal also changes. Along with this, the phase difference from the reference signal also fluctuates, and the sign and magnitude of this fluctuation depend on the rotation angle, so that it appears as a rotation synchronization component in the deviation signal as shown in FIG. 8d.
[0008]
Therefore, even if the spindle is rotating at a constant angular velocity, a rotation synchronization component appears in the deviation signal and the control system controls to cancel this, so the current command value and the motor current are also rotated as shown in FIG. A synchronous component appears and the angular velocity during one rotation fluctuates. This variation in angular velocity is sufficiently small with respect to the conventional required accuracy and does not cause any particular problem. However, recent precision processing machines, precision inspection devices, and the like need to be improved.
[0009]
If the eccentricity of the scale disk is zero, and the angular velocity is constant, the phase difference is constant. Therefore, the deviation signal and the current command value are also constant, and a rotation synchronization component appears in the motor current. Since there is no change in angular velocity, there should be no change. Therefore, it is considered that the rotational speed control with higher accuracy can be performed by correcting and removing the rotational synchronization component appearing in the deviation signal.
[0010]
Conventionally, the deviation signal is obtained from the output signal of the phase comparator 1 through the low-pass filter 15, but since the phase characteristic with respect to the frequency is not constant, the phase of the output origin signal changes depending on the rotation speed. Resulting in. Therefore, when a correction value determined by the rotation angle is added to the deviation signal to remove the rotation synchronization component, the correction value is added after operating the correction value in consideration of the phase change of the deviation signal due to the rotation speed, or the rotation angle. And all the correction values determined by the number of rotations. The former requires an extra process for manipulating the phase, and the latter requires a huge correction value table to cover all the rotation speeds used.
[0011]
Therefore, the main object of the present invention is to provide a motor rotation speed control apparatus that can perform high-precision rotation control by correcting and removing the rotation period component while minimizing the increase in processing of the motor control apparatus. Is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a motor rotational speed control device for controlling a motor having a variable target rotational speed so as to rotate at a constant target rotational speed, and is attached to the rotational shaft of the motor. The phase of the rotation angle detection means that outputs a plurality of detection signals at equal angular intervals every rotation, the detection signal output from the rotation angle detection means, and a reference signal having a period corresponding to the target rotation speed is used as a reference. Comparing each signal cycle, a phase comparison unit that outputs a phase error signal having a pulse width corresponding to the phase difference, and a phase error signal output from the phase comparison unit, and receiving the pulse width at the target rotational speed into a value proportional to the rotational angle of the rotary shaft, and a deviation detecting means for outputting a converted value as a deviation signal, corresponding correction value of the error occurring in the deviation signal by the eccentricity of the rotation angle detecting means to the rotation angle Storage means for storing the earth, and reading reading means the stored correction value in the storage means from the address corresponding to the rotation angle, and the deviation signal correcting means for applying a correction to the deviation signal by the readout correction value, the deviation signal Compensating means for adding phase compensation to the output of the correcting means and outputting a current command value for driving the motor, and driving means for driving the motor based on the current command value are provided.
[0013]
In the invention according to claim 2, the deviation signal correcting means of claim 1 includes subtracting means for subtracting the value of the storage means from the deviation signal .
[0014]
In the invention according to claim 3, the deviation detecting means according to claim 1 or 2 divides the result of measuring the pulse width of the phase error signal output from the phase comparing means by the result of measuring the period of the reference signal. The result obtained in this way is set as an absolute value, and a sign corresponding to the phase advance / delay information included in the phase error signal is added and output as a deviation signal.
[0015]
In the invention according to claim 4, the correction value stored in the storage means according to any one of claims 1 to 3 is obtained by changing parameters such as amplitude, phase, and offset of a periodic function that can approximate the deviation signal when not corrected. The amplitude of the current command value output from the compensation means is determined to be minimum.
[0016]
The invention according to claim 5 is a motor rotational speed control device for controlling a motor having a variable target rotational speed so as to rotate at a constant target rotational speed, and is attached to the rotational shaft of the motor. The phase of the rotation angle detection means that outputs a plurality of detection signals at equal angular intervals every rotation, the detection signal output from the rotation angle detection means, and a reference signal having a period corresponding to the target rotation speed is used as a reference. Comparing each pulse of the signal and outputting a phase error signal having a pulse width corresponding to the phase difference, and the pulse width of the phase error signal output from the phase comparing means according to the phase advance / delay a phase measuring counter for measuring with a sign, a period counter for measuring the period of the reference signal, the rotation angle counter for measuring the rotation angle based on the detection signal output from the rotation angle detecting means, measuring Based on the phase and frequency as the rotation angle, for controlling the rotational speed of the rotary shaft, the phase is converted into a value proportional to the rotational angle of the rotary shaft in the target rotational speed, the value proportional to the rotational angle Computation control means for outputting a current command value for driving the motor based on this, and drive means for driving the motor based on the current command value .
[0017]
In the invention according to claim 6, the memory further stores a correction value for an error of a value proportional to the rotation angle caused by the eccentricity of the rotation angle detection means at an address corresponding to the rotation angle measured by the rotation angle detection means. The arithmetic control means according to claim 5 divides the phase measurement value output from the phase measurement counter by the period measurement value of the reference signal measured by the period counter, and the value after the division is a rotation angle. A correction value corresponding to the rotation angle measured value measured by the rotation angle counter is subtracted from the deviation signal having a value proportional to the value, and a phase compensation calculation is performed on the result.
[0018]
In the invention according to claim 7, the calculation control means according to claim 6 sets the optimum value of the correction value stored in the storage means, the periodic function that can approximate the deviation signal, and the change range of the parameters of amplitude, phase, and offset. It includes software that automatically finds a parameter that minimizes the difference between the maximum value and the minimum value of the phase compensation calculation output during one rotation of the rotating shaft .
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. The motor rotation speed control device shown in FIG. 1 includes a phase comparator 1, a compensation circuit 3, a motor drive circuit 4, a motor 8, and a rotation angle detection sensor 9 in the same manner as the conventional example shown in FIG. In addition, a deviation detecting circuit 2, a memory 5, a reading circuit 6, and a subtractor 7 are provided. The rotation angle detection sensor 9 outputs a rotation angle detection signal with an origin signal and gives it to the phase comparator 1 and the readout circuit 6. The phase comparator 1 compares the sensor output signal from the rotation angle detection sensor 9 with a reference signal and gives a phase error signal to the deviation detection circuit 2. The deviation detection circuit 2 converts the phase error signal into a deviation signal proportional to the angle, and gives the deviation signal to the subtractor 7. The memory 5 stores a table for correcting the rotation synchronization component in advance, and the reading circuit 6 reads a value corresponding to the rotation position from the memory 5 based on the sensor output signal of the rotation angle detection sensor 9. The subtracter 7 subtracts the memory data read by the read circuit 6 from the deviation signal output from the deviation detection circuit 2 and gives the subtraction output to the compensation circuit 3. The compensation circuit 3 performs phase compensation on the output of the subtractor 7 and outputs a current command value to the motor drive circuit 4. The motor drive circuit 4 drives the motor 8 according to the current command value.
[0020]
FIG. 2 is a waveform diagram of each part of FIG.
Next, a specific operation in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The phase comparator 1 outputs the phase difference between the angle detection signal b and the reference signal a input as a rectangular wave with a pulse having a width equal to the time between the rising edges of both signals. This pulse width is proportional to the phase difference angle if the rotation speed is constant, but if the rotation speed, that is, the reference signal period is changed, the pulse width also changes proportionally even if the phase difference angle is the same. Therefore, the deviation detection circuit 2 can output a deviation signal proportional to the angle of the phase difference without being influenced by the rotational speed by dividing the pulse width of the phase error signal c by the period of the reference signal.
[0021]
Note that the sign of the deviation signal is attached according to the phase advance / delay information of the angle detection signal with respect to the reference signal included in the phase error signal.
[0022]
In the memory 5, the value of the correction table estimated from the rotation synchronization component is stored at an address corresponding to the rotation position. The reading circuit 6 detects the rotation angle by counting the number of outputs of the angle detection signal b based on the origin signal of the rotation angle detection sensor 9, reads out the data corresponding to that in the memory 5, and corresponds to the rotation angle. The correction value g is output. By subtracting the correction value g from the deviation signal d by the subtractor 7, the rotational synchronization component can be corrected and removed. Accordingly, since there is no rotation synchronization component in the current flowing through the motor 8, the fluctuation of the angular velocity during one rotation is reduced, and more accurate rotation speed control can be realized.
[0023]
The correction table stored in the memory 5 approximates the rotation synchronization component that appears in the uncorrected state by a periodic function, creates a table by changing the amplitude, offset, phase, etc., and rotates the current command value in the corrected state. It is preferable to select the one having the smallest component. This is because if an approximation of the rotation synchronization component in the uncorrected state is used as it is as a correction table, the amplitude, offset, phase, etc., change due to pure eccentric components due to the influence of other elements in the control loop. This is because it is not always the optimum value. As another method of creating the correction table, a method of measuring and determining the accuracy of the rotation angle detection sensor 9 in the incorporated state can be considered.
[0024]
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. 3, a phase comparator 1, a motor drive circuit 4, a motor 8, and a rotation angle detection sensor 9 are provided in the same manner as in FIG. 1. Further, as a feature of this embodiment, a phase difference counter 10 and a rotation angle counter 11 are provided. A reference signal period counter 12, a computer 13, and a DA converter 14 are provided. The phase difference counter 10 measures the pulse width of the phase error signal output from the phase comparator 1. The rotation angle counter 11 measures the output of the rotation angle detection sensor 9 and detects the rotation position. The reference signal period counter 12 measures the period of the reference signal. The outputs of the counters 10 to 12 are input to the computer 13. The computer 13 calculates the output of each counter and outputs a current command value to the DA converter 14. The DA converter 14 converts the current command value into an analog signal and supplies the analog signal to the motor drive circuit 4. The motor drive circuit 4 drives, for example, a three-phase brushless AC servomotor 8.
[0025]
Next, the operation of another embodiment of the present invention will be described. The phase comparator 1 outputs a pulse having a width equal to the time between the output signal from the rotation angle detection sensor 9 and the rising edge of the reference signal as a phase error signal. The sign of the phase error signal is-when the phase of the output signal of the rotation angle detection sensor 9 is ahead of the reference signal, and + when it is delayed.
[0026]
The phase difference counter 10 measures the pulse width of the phase error signal, and the reference signal period counter 12 measures the reference signal period using a clock signal having a frequency sufficiently higher than the reference signal frequency. The phase difference counter 10 outputs a positive number if the phase error signal is a + pulse and a negative number if the phase error signal is a-pulse.
[0027]
FIG. 4 is a diagram showing a flow of processing performed in the computer 13 shown in FIG. Inside the computer 13, the eccentricity correction table 131 is stored in the internal memory in advance, and the result of dividing the count value of the phase error signal by the reference signal cycle count value at a constant time interval during rotation is used as a deviation signal. At the same time, the correction table value corresponding to the rotation position from the rotation angle counter 11 is read from the eccentricity correction table 131, the correction table is subtracted from the deviation signal, and the phase compensation calculation is performed on the subtraction result to the DA converter 14. Output.
[0028]
The eccentricity correction table 131 shown in FIG. 4 determines that the rotation synchronization component can be approximated by a sine wave from the deviation signal in a state without correction, and prepares a plurality of tables in which the amplitude, offset, and phase of the sine wave are changed. Then, a table was selected that minimizes the rotational synchronization component of the current command value in the corrected state.
[0029]
5 and 6 are diagrams showing the waveforms of the current command value e and the motor current f. In particular, FIG. 5 shows a state with correction, and FIG. 6 shows a state without correction.
[0030]
Since the motor current f is linearly driven, a sinusoidal current having a frequency obtained by multiplying the rotation frequency by the number of magnetic poles of the motor flows. In the state without correction shown in FIG. 6, it is clear that the current command value e is a sine wave of the rotation frequency, and the motor current f has a rotation synchronization component superimposed thereon. On the other hand, in the state where the correction of FIG. 5 is applied, the sinusoidal rotational synchronization component is almost eliminated, and the correction effect is clear.
[0031]
In addition, by performing deviation detection, correction table, subtractor, and phase compensation by software using a computer, the creation of correction table is not determined by the user by inputting the parameters while sequentially changing them. It is also possible to perform this automatically by, for example, the following method. First, the approximate periodic function, parameter change range, and change width are input first. After that, the parameter is automatically changed by software at a period of one rotation or more, and the amplitude is obtained by detecting the maximum value and the minimum value for each rotation of the phase compensation calculation result as the current command value at that time. Measure the amplitude of the current command value within the entire parameter change range. The optimum value of the correction table can be obtained by leaving a parameter whose amplitude becomes smaller for each measurement. Or you may make it find the parameter which makes an amplitude the minimum after completion | finish of all the measurements.
[0032]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the correction value of the eccentric component of the rotation angle detection output is stored in advance, the correction value is read according to the rotation angle, and the deviation detection output is corrected by the correction value. As a result, the rotational speed of the motor can be controlled with a relatively simple configuration without requiring complicated correction processing.
[0033]
In the invention according to claim 5, since the pulse width of the phase error signal, the period of the reference signal, and the rotation angle are respectively measured by the counter, the rotation speed of the motor is calculated by the calculation control means, and the motor is driven. Sinusoidal rotational synchronization components can be almost eliminated, and the effect of correction can be enhanced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram of each part in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a flow of processing performed in the computer shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing current command values and motor current waveforms when correction is performed.
FIG. 6 is a diagram showing current command values without correction and motor current waveforms;
FIG. 7 is a schematic block diagram of a conventional motor rotation speed control device.
8 is a waveform diagram of each part shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram for explaining a scale disk and a scale grid included in a rotary encoder.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Phase comparator 2 Deviation detection circuit 3 Compensation circuit 4 Motor drive circuit 5 Memory 6 Reading circuit 7 Subtractor 8 Motor 9 Rotation angle detection sensor 10 Phase difference counter 11 Rotation angle counter 12 Reference signal period counter 13 Computer 14 DA converter

Claims

目標回転数が可変であるモータを、前記目標回転数で一定に回転するように制御するモータの回転速度制御装置において、
前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸が１回転する毎に複数個の検出信号を等角度間隔で出力する回転角度検出手段と、
前記回転角度検出手段から出力された前記検出信号と、前記目標回転数に応じた周期を有する基準信号との位相を前記基準信号の１周期ごとに比較し、位相差に応じたパルス幅を有する位相誤差信号を出力する位相比較手段と、
前記位相比較手段から出力された前記位相誤差信号を受け、前記パルス幅を、前記目標回転数における前記回転軸の回転角度に比例した値に変換し、変換後の値を偏差信号として出力する偏差検出手段と、
前記回転角度検出手段の偏芯により前記偏差信号に生じる誤差の補正値を前記回転角度に対応した番地に格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納された前記補正値を前記回転角度に対応した番地から読出す読出手段と、
前記読出手段によって読出された前記補正値により前記偏差信号に補正を加える偏差信号補正手段と、
前記偏差信号補正手段の出力に位相補償を加え、前記モータを駆動するための電流指令値を出力する補償手段と、
前記電流指令値に基づいて、前記モータを駆動する駆動手段とを備えた、モータの回転速度制御装置。 In a rotational speed control device for a motor that controls a motor having a variable target rotational speed so as to rotate constantly at the target rotational speed,
A rotation angle detecting means attached to the rotation shaft of the motor and outputting a plurality of detection signals at equal angular intervals each time the rotation shaft makes one rotation;
Comparing said detection signal outputted from the rotation angle detecting means, a phase of a reference signal having a period corresponding to the target rotational speed for each cycle of the reference signal, having a pulse width corresponding to the phase difference Phase comparison means for outputting a phase error signal;
Deviation the receiving the phase error signal outputted from the phase comparing means, said pulse width, and converted to a value proportional to the rotational angle of the rotary shaft in the target rotational speed, and outputs the converted value as a deviation signal Detection means;
Storage means for storing the correction value of the error occurring in the deviation signal by eccentricity of the rotation angle detecting means to the address corresponding to the rotation angle,
And reading read means from the address corresponding to the correction value stored in the storage unit to the rotation angle,
A deviation signal correcting means for applying a correction to the deviation signal by the read out the correction value by said reading means,
Compensating means for adding phase compensation to the output of the deviation signal correcting means and outputting a current command value for driving the motor ;
A motor rotation speed control device comprising: drive means for driving the motor based on the current command value .

前記偏差信号補正手段は、前記偏差信号より前記記憶手段から読出された前記補正値を減算する減算手段を含む、請求項１のモータの回転速度制御装置。2. The motor rotation speed control device according to claim 1, wherein the deviation signal correction means includes subtraction means for subtracting the correction value read from the storage means from the deviation signal .

前記偏差検出手段は、前記位相比較手段から出力される前記位相誤差信号の前記パルス幅を測定した結果を、前記基準信号の前記周期を測定した結果で割算して得られた結果を絶対値とし、前記位相誤差信号に含まれる位相の進み遅れの情報に応じた符号を付けて前記偏差信号として出力することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータの回転速度制御装置。The deviation detecting means, the said result the pulse width is measured of the phase error signal outputted from the phase comparing means, said reference signal of said cycle absolute value the results obtained by dividing the result of measurement The motor rotation speed control device according to claim 1, wherein a sign corresponding to information on a phase advance / delay included in the phase error signal is added and output as the deviation signal.

前記記憶手段に格納する前記補正値は、補正しないときの前記偏差信号を近似できる周期関数の振幅，位相，オフセットなどのパラメータを変更して、前記補償手段から出力される前記電流指令値の振幅が最小となるように決定されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のモータの回転速度制御装置。 The correction value to be stored in the storage means, the amplitude of the periodic function can be approximated to the deviation signal when no correction, phase, by changing parameters such as offset, the amplitude of the current command value output from said compensation means The motor rotational speed control device according to claim 1, wherein the rotational speed control device is determined so as to be minimized.

目標回転数が可変であるモータを、前記目標回転数で一定に回転するように制御するモータの回転速度制御装置において、
前記モータの回転軸に取り付けられ、前記回転軸が１回転する毎に複数個の検出信号を等角度間隔で出力する回転角度検出手段と、
前記回転角度検出手段から出力された前記検出信号と、前記目標回転数に応じた周期を有する基準信号との位相を前記基準信号の１周期ごとに比較し、位相差に応じたパルス幅を有する位相誤差信号を出力する位相比較手段と、
前記位相比較手段から出力される前記位相誤差信号の前記パルス幅を位相の進み遅れに応じた符号付きで測定する位相測定カウンタと、
前記基準信号の前記周期を測定する周期カウンタと、
前記回転角度検出手段から出力される前記検出信号に基づいて回転角度を測定する回転角度カウンタと、
前記位相測定カウンタで測定された前記位相と、前記周期カウンタで測定された前記周期と、前記回転角度カウンタで測定された前記回転角度とに基づいて、前記回転軸の回転速度を制御するため、前記位相を、前記目標回転数における前記回転軸の回転角度に比例した値に変換し、前記回転角度に比例した値に基づいて前記モータを駆動するための電流指令値を出力する演算制御手段と、
前記電流指令値に基づいて前記回転軸の回転速度を制御する駆動手段とを備えた、モータの回転速度制御装置。 In a rotational speed control device for a motor that controls a motor having a variable target rotational speed so as to rotate constantly at the target rotational speed,
A rotation angle detecting means attached to the rotation shaft of the motor and outputting a plurality of detection signals at equal angular intervals each time the rotation shaft makes one rotation;
Comparing said detection signal outputted from the rotation angle detecting means, a phase of a reference signal having a period corresponding to the target rotational speed for each cycle of the reference signal, having a pulse width corresponding to the phase difference Phase comparison means for outputting a phase error signal;
A phase measuring counter for measuring a signed said corresponding pulse width advances phase delay of the phase error signal outputted from the phase comparing means,
A period counter for measuring the period of the reference signal,
A rotation angle counter that measures a rotation angle based on the detection signal output from the rotation angle detection means;
And the phase measured by said phase measuring counter, said the said measured period with a period counter, on the basis of said rotation angle counter the rotation angle measured in order to control the rotational speed of the rotary shaft, Arithmetic control means for converting the phase into a value proportional to the rotation angle of the rotation shaft at the target rotation speed and outputting a current command value for driving the motor based on the value proportional to the rotation angle ; ,
A motor rotation speed control device comprising: drive means for controlling the rotation speed of the rotating shaft based on the current command value .

さらに、前記回転角度検出手段で測定された前記回転角度に対応した番地に、前記回転角度検出手段の偏芯により生じる、前記回転角度に比例した値の誤差の補正値を格納する記憶手段を含み、
前記演算制御手段は、前記位相測定カウンタから出力された位相測定値を前記周期カウンタで測定された前記基準信号の周期測定値で割算し、割算後の値を前記回転角度に比例した値として有する偏差信号から、前記回転角度カウンタで測定された回転角度測定値に応じた前記補正値を減算し、その結果に対して位相補償演算を行なうことを特徴とする、請求項５に記載のモータの回転速度制御装置。Furthermore, the to the address corresponding to the rotation angle measured by the rotation angle detecting means, caused by the eccentricity of the rotation angle detection means includes a storage means for storing the correction value of the error of the proportion to the rotation angle value ,
The arithmetic control means, the value which the divided phase phase measurement value output from the measurement counter period measurement value of the reference signal measured by the period counter, was proportional to the value after division to the rotation angle 6. The correction signal according to claim 5, wherein the correction value corresponding to the rotation angle measurement value measured by the rotation angle counter is subtracted from the deviation signal having a phase compensation calculation on the result. Motor rotation speed control device.

前記演算制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記補正値の最適値を、前記偏差信号を近似できる周期関数と振幅，位相，オフセットのパラメータの変更範囲を入力することによって、前記回転軸の１回転中の前記位相補償演算の出力の最大値と最小値の差が最小となるパラメータを自動的に探し出すソフトウェアを含むことを特徴とする、請求項６のモータの回転速度制御装置。Said arithmetic control unit, the optimum value of the correction values stored in the storage means, said periodic function a deviation signal can be approximated and the amplitude, phase, by entering the range of change in the parameters of offset, the rotary shaft 1 wherein the difference between the maximum value and the minimum value of the output of the phase compensation operation during rotation, characterized in that it comprises a software that automatically find the smallest parameter, the rotational speed control device for a motor according to claim 6.