JP6716335B2 - Information processing apparatus and information processing method - Google Patents

Description

本発明は、移動体を測定することにより得られた信号を処理する情報処理装置および情報処理方法に関するものである。 The present invention relates to an information processing device and an information processing method for processing a signal obtained by measuring a moving body.

一般に、モータ等の移動体の移動量、角度、位置などを検出するために、光学式のロータリエンコーダが広く利用されている。光学式のロータリエンコーダでは、発光ダイオードやＬＥＤ等からなる発光素子から、信号の検出に必要なパターンが形成された回転信号板に対して均一光を照射する。そして、パターンを透過した透過光、または信号板からの反射光を、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の受光素子で検知する。検知結果から電気信号パターンを作成する。そして、当該電気信号パターンに基づいてエンコーダ出力信号を生成している。尚、エンコーダ出力信号は、機能的区分けとして、相対位置を出力するインクリメンタル方式と、絶対位置を出力するアブソリュート方式が知られている。ここでは、インクリメンタル方式について説明する。 In general, an optical rotary encoder is widely used to detect the movement amount, angle, position, etc. of a moving body such as a motor. In an optical rotary encoder, a light emitting element such as a light emitting diode or an LED irradiates a rotating signal plate on which a pattern required for signal detection is formed with uniform light. Then, the light transmitted through the pattern or the light reflected from the signal plate is detected by a light receiving element such as a photodiode or a phototransistor. An electric signal pattern is created from the detection result. Then, the encoder output signal is generated based on the electric signal pattern. The encoder output signal is known to be functionally classified into an incremental system that outputs a relative position and an absolute system that outputs an absolute position. Here, the incremental method will be described.

インクリメンタル方式では、内挿処理により高精度な位置検出を実現する技術が知られている。これは、エンコーダ信号の振幅及びオフセットの値が揃っており、互いの位相が９０°異なる２相のアナログ正弦波信号が出力されることを前提条件としている。 In the incremental method, a technique for realizing highly accurate position detection by interpolation processing is known. This is based on the precondition that the amplitude and offset values of the encoder signal are uniform and two-phase analog sine wave signals whose phases are different by 90° are output.

具体的な内挿処理の方法としては、抵抗分割による方法や、逆正接（ａｒｃｔａｎ）演算による方法が知られている。 As a specific method of interpolation processing, a method using resistance division and a method using arctangent calculation are known.

逆正接演算を行う方法としては、「ＣＯＲＤＩＣ（ＣＯｏｒｄｉｎａｔｅ Ｒｏｔａｔｉｏｎ ＤＩｇｉｔａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）アルゴリズム」と呼ばれる座標データの回転演算処理方法が知られている。ＣＯＲＤＩＣでは、先ず入力信号を２次元座標データとして扱う。そして、この２次元座標データの座標回転を、ビットシフトと加減算という単純な演算の繰返しのみを実行することで逆正接演算を実現することが可能になっている。 As a method of performing an arctangent calculation, a rotation calculation processing method of coordinate data known as a “CORDIC (COordinate Rotation Digital Computer) algorithm” is known. In CORDIC, first, an input signal is treated as two-dimensional coordinate data. Then, the arctangent calculation can be realized by executing the simple rotation of bit shift and addition/subtraction for the coordinate rotation of the two-dimensional coordinate data.

ただし、実際のエンコーダ出力信号には、高調波成分が含まれており、理想的な正弦波の信号でない。そのため、エンコーダ出力信号に対して、振幅、オフセット及び位相の誤差を補正しても、厳密な正弦波信号とはならず、内挿処理を行う際に検出誤差が発生していた。 However, the actual encoder output signal contains harmonic components and is not an ideal sine wave signal. Therefore, even if the error of the amplitude, the offset, and the phase of the encoder output signal is corrected, the sine wave signal is not strict, and a detection error occurs when performing the interpolation process.

特許文献１に開示されている技術では、このような検出誤差を補正するため、エンコーダの検出変位量（検出角度）を微分した値、つまり、変位速度が一定となるような補正値を生成している。生成された補正値を検出位置毎に設定しておくことにより、検出位置を補正している。また、特許文献２に開示されている技術では、検出誤差の推移が周期的であることを利用し、その検出誤差量を正弦波と近似することによって、検出誤差量を逐次演算し、検出位置を補正している。 In the technique disclosed in Patent Document 1, in order to correct such a detection error, a value obtained by differentiating the detected displacement amount (detected angle) of the encoder, that is, a correction value that makes the displacement speed constant is generated. ing. The detected position is corrected by setting the generated correction value for each detected position. Further, in the technique disclosed in Patent Document 2, the transition of the detection error is periodic, and the detection error amount is sequentially calculated by approximating the detection error amount with a sine wave to detect the detection position. Is being corrected.

特開２００９−３０３３５８号公報JP, 2009-303358, A 特開２００６−１７０８３７号公報JP 2006-170837 A

しかしながら、例えば、特許文献１に示される方法では、検出位置の分解能分だけ補正値を用意する必要がある。よって、検出位置の高分解能化にともなって補正値を格納するメモリ領域が膨大になってしまう。また、補正用の演算回路も増大する。一方、特許文献２では、まず、補正値を生成するための演算時間が必要になる。更に、検出誤差の推移が理想的な正弦波と近似できる場合であっても、検出誤差を演算するために用いている位置情報（参照位置）が、誤差を含む検出位置であるので、原理的に検出誤差の演算精度が低くなってしまう。 However, for example, in the method disclosed in Patent Document 1, it is necessary to prepare the correction value for the resolution of the detection position. Therefore, the memory area for storing the correction value becomes enormous as the resolution of the detection position becomes higher. In addition, the number of arithmetic circuits for correction increases. On the other hand, in Patent Document 2, first, a calculation time is required to generate the correction value. Further, even if the transition of the detection error can be approximated to an ideal sine wave, the position information (reference position) used to calculate the detection error is the detection position including the error, so that the theoretical Moreover, the calculation accuracy of the detection error becomes low.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、検出誤差の補正用のメモリ容量および演算回路の増大を抑えつつ、高精度に、移動体を測定することにより得られた信号を処理することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and highly accurately processes a signal obtained by measuring a moving body while suppressing an increase in a memory capacity and a calculation circuit for correcting a detection error. The purpose is to

上述の問題点を解決するため、本発明の情報処理装置は、移動体を測定することにより得られた第一の相のアナログ波状信号と第二の相のアナログ波状信号とを取得する取得手段と、前記第一の相のアナログ波状信号に対して第一の余弦波および当該第一の余弦波よりも高調波である第二の余弦波を用い、前記第二の相のアナログ波状信号に対して第一の正弦波および当該第一の正弦波よりも高調波である第二の正弦波を用いた逆正接の関係式を満たす位相の情報を、反復計算で前記逆正接の関係式に含まれる回転角を収束させることにより算出する算出手段と、を有し、前記算出手段は、基準回転角の回転演算をする複数の回転演算部を有し、当該複数の回転演算部で前記第一の余弦波と前記第二の余弦波と前記第一の正弦波と前記第二の正弦波とを算出することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the information processing apparatus of the present invention is an acquisition unit that acquires a first-phase analog wavy signal and a second-phase analog wavy signal obtained by measuring a moving body. And a second cosine wave that is a higher harmonic than the first cosine wave and the first cosine wave with respect to the first phase analog wavy signal, to the second phase analog wavy signal On the other hand, the information of the phase satisfying the relational expression of the arctangent using the first sinusoidal wave and the second sinusoidal wave which is a higher harmonic wave than the first sinusoidal wave is converted into the arctangent relational expression by iterative calculation. And a calculation unit that calculates by converging the included rotation angle, the calculation unit having a plurality of rotation calculation units that perform a rotation calculation of a reference rotation angle, and the plurality of rotation calculation units include the first rotation calculation unit. It is characterized in that one cosine wave, the second cosine wave, the first sine wave, and the second sine wave are calculated.

本発明によれば、検出誤差の補正用のメモリ容量および演算回路の増大を抑えつつ、高精度に、移動体を測定することにより得られた信号を処理することが出来る。 According to the present invention, it is possible to process a signal obtained by measuring a moving object with high accuracy while suppressing an increase in a memory capacity for correcting a detection error and an arithmetic circuit.

第１実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図。3 is a control block diagram of the motor control device according to the first embodiment. FIG. 第１実施形態に係る変位検出部の構成を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a displacement detection unit according to the first embodiment. 第１実施形態に係る内挿処理部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the interpolation process part which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る逆正接演算部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the arctangent calculation part which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係る複数回転演算部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the multiple rotation calculation part which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る逆正接演算部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the arctangent calculation part which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る複数回転演算部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the multiple rotation calculation part which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る複数回転演算部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the multiple rotation calculation part which concerns on 3rd Embodiment. 第４実施形態に係る複数回転演算部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the multiple rotation calculation part which concerns on 4th Embodiment. モータ制御装置の概略図。The schematic diagram of a motor control device. ２相エンコーダ出力信号を説明する図。The figure explaining a 2-phase encoder output signal. 理想エンコーダ信号波形（正弦波）及び実際のエンコーダ信号波形を例示的に示す図。The figure which shows an ideal encoder signal waveform (sine wave) and an actual encoder signal waveform as an example. モータの実際の変位に対する検出変位量及び検出誤差を例示的に示す図。The figure which shows the detection displacement amount and detection error with respect to the actual displacement of a motor as an example. 第１実施形態、第２実施形態における高調波歪エンコーダ信号波形を示す図。The figure which shows the harmonic distortion encoder signal waveform in 1st Embodiment and 2nd Embodiment. 第１実施形態における演算結果を示す図。The figure which shows the calculation result in 1st Embodiment. 第２実施形態における演算結果を示す図。The figure which shows the calculation result in 2nd Embodiment.

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１実施形態）
本発明に係る情報処理装置の第１実施形態として、モータ制御装置に実装され、エンコーダ信号に重畳される高調波歪を除去可能な情報処理装置について説明する。 (First embodiment)
As a first embodiment of an information processing apparatus according to the present invention, an information processing apparatus mounted on a motor control device and capable of removing harmonic distortion superimposed on an encoder signal will be described.

（モータ制御装置の構成）
図１０は、本実施形態におけるモータ制御装置の概略図である。図１０（ａ）はモータ制御装置１０００の全体図を、図１０（ｂ）はエンコーダスケール１００２の概略平面図を示している。また、モータ制御装置１０００は、回転モータ１００１のモータ軸の回転角（変位量）を検出する。 (Structure of motor controller)
FIG. 10 is a schematic diagram of the motor control device according to the present embodiment. 10A shows an overall view of the motor control device 1000, and FIG. 10B shows a schematic plan view of the encoder scale 1002. Further, the motor control device 1000 detects the rotation angle (displacement amount) of the motor shaft of the rotary motor 1001.

検出は、回転スリット円板及び固定スリット円板を有するエンコーダスケール１００２と、発光素子（発光ダイオード）と受光素子（フォトダイオード）を有するセンサ部１００３とで行われる。回転スリット円板は、回転モータ１００１のモータ軸に取付けられ、モータ軸とともに回転する。一方、固定スリット円板及びセンサ部１００３は、基板に固定されている。発光素子と受光素子との間には、回転スリット円板と固定スリット円板が位置するよう構成されている。 The detection is performed by an encoder scale 1002 having a rotary slit disc and a fixed slit disc, and a sensor unit 1003 having a light emitting element (light emitting diode) and a light receiving element (photodiode). The rotary slit disk is attached to the motor shaft of the rotary motor 1001 and rotates with the motor shaft. On the other hand, the fixed slit disk and the sensor unit 1003 are fixed to the substrate. A rotary slit disk and a fixed slit disk are arranged between the light emitting element and the light receiving element.

エンコーダスケール１００２には、複数のスリット１００５が設けられている。エンコーダスケール１００２は、回転モータ１００１のモータ軸の回転変位に伴い、モータ軸を回転軸中心として回転する。回転スリット円板が回転することにより、発光素子の光は、透過するか又は遮断されることになる。また、固定スリット円板は、エンコーダの出力信号を２相にするため、固定スリットが２つに分かれている。 The encoder scale 1002 is provided with a plurality of slits 1005. The encoder scale 1002 rotates around the motor shaft as a rotation axis center in accordance with the rotational displacement of the motor shaft of the rotary motor 1001. The light of the light emitting element is transmitted or blocked by the rotation of the rotary slit disk. Further, the fixed slit disk is divided into two fixed slits in order to make the output signals of the encoder into two phases.

センサ部１００３には２つの受光素子が設けられており、それぞれの受光素子は、スリット１００５を通過し、さらに固定スリットによってＡ相パターンとＢ相パターンの二種にわけられた光を検出することにより２相の電気信号パターンを形成する。 The sensor unit 1003 is provided with two light receiving elements, and each of the light receiving elements passes through the slit 1005 and further detects the light divided into two kinds of the A phase pattern and the B phase pattern by the fixed slit. Thereby forming a two-phase electric signal pattern.

図１１は、２相エンコーダ出力信号を説明する図である。図１１に示すように、光学式エンコーダでは互いに位相が９０°異なるＡ相信号とＢ相信号が生成される。これらは２相エンコーダ信号を得る場合であるが、複数相エンコーダ信号を得る場合は、固定スリット、受光素子はそれぞれ複数個用意される。なお、エンコーダの検出原理は光学式（透過式）に限られず、反射光を用いた光学式、静電式、磁気式など他の方式を採用することも可能である。また、回転スリット円板はモータ軸ではなく、モータ制御装置１０００によって駆動される被駆動体に取り付けられ、被駆動体の移動量を検出するものであってもよい。 FIG. 11 is a diagram illustrating a two-phase encoder output signal. As shown in FIG. 11, the optical encoder generates an A-phase signal and a B-phase signal whose phases are different from each other by 90°. These are cases where a two-phase encoder signal is obtained, but when obtaining a two-phase encoder signal, a plurality of fixed slits and light receiving elements are prepared. The detection principle of the encoder is not limited to the optical type (transmissive type), and other types such as an optical type using reflected light, an electrostatic type, and a magnetic type can be adopted. Further, the rotary slit disk may be attached to a driven body driven by the motor control device 1000, instead of the motor shaft, to detect the amount of movement of the driven body.

モータコントローラ１００４は、回転モータ１００１の回転駆動を制御する。モータコントローラ１００４は、回転モータ１００１を駆動する駆動手段、及び、この駆動手段を制御する制御手段を備える。モータコントローラ１００４は、目標値であるモータ回転角（目標変位量）と実測値であるモータ検出角度（検出変位量）とを比較する。そして、実測値が目標値に等しくなるようにフィードバック制御する。これは、クローズドループと呼ばれるモータ制御方式であるが、モータ検出角度（検出変位量）は取得するが、目標値と比較することなくモータを駆動するオープンループの制御方式の場合であっても採用可能である。 The motor controller 1004 controls the rotary drive of the rotary motor 1001. The motor controller 1004 includes a drive unit that drives the rotary motor 1001 and a control unit that controls the drive unit. The motor controller 1004 compares the motor rotation angle (target displacement amount), which is a target value, with the motor detection angle (detection displacement amount), which is an actual measurement value. Then, feedback control is performed so that the measured value becomes equal to the target value. This is a motor control method called closed loop, which is used even when the motor detection angle (detection displacement amount) is acquired, but the open loop control method drives the motor without comparing it with the target value. It is possible.

図１は、本実施形態におけるモータ制御装置の制御ブロック図である。駆動手段１０１は、上位の制御手段であるモータコントローラ１００４からの出力信号に基づいて、所定の駆動信号１を回転モータ１００１に供給する。可動部１０２（被測定体）であるモータ軸は、駆動信号１が入力されることにより、所定の回転角度だけ変位する。変位検出部１０３は、可動部１０２の回転角度の変位量（位置変位量）を検出し、検出結果を出力する。 FIG. 1 is a control block diagram of the motor control device according to the present embodiment. The drive unit 101 supplies a predetermined drive signal 1 to the rotary motor 1001 based on an output signal from the motor controller 1004 which is a higher-order control unit. The motor shaft, which is the movable portion 102 (object to be measured), is displaced by a predetermined rotation angle when the drive signal 1 is input. The displacement detection unit 103 detects the displacement amount (positional displacement amount) of the rotation angle of the movable unit 102 and outputs the detection result.

図２は、本実施形態における変位検出部１０３の構成を示す図である。可動部１０２に連動したエンコーダ２０１は、変位量に応じて、図１１に示すような、９０度位相が異なる正弦波状２相信号のエンコーダ信号を生成し、内挿処理部２０２へ出力する。このエンコーダ信号は、図１２の実際のエンコーダ信号（１相のみ図示）に示すように、理想的な正弦波ではなく、一般的に高調波成分を含んでいる。この高調波成分は、発光素子の光強度分布発生、固定スリットおよび回転スリットによる回折現象などの光学現象が複雑に相俟って発生する。ここで、エンコーダ２０１としては、例えば光学式のエンコーダが用いられる。しかし、高調波成分が発生および重畳する現象は、磁気式エンコーダにおいても、磁界分布歪や磁気抵抗歪などが原因で発生することが知られており、光学式のエンコーダに限定されるものではない。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the displacement detection unit 103 in this embodiment. The encoder 201 interlocked with the movable unit 102 generates an encoder signal of a sinusoidal two-phase signal having a 90-degree phase difference as shown in FIG. 11 according to the displacement amount, and outputs the encoder signal to the interpolation processing unit 202. As shown in the actual encoder signal of FIG. 12 (only one phase is shown), this encoder signal is not an ideal sine wave, but generally contains a harmonic component. This harmonic component is generated by a complicated combination of optical phenomena such as generation of light intensity distribution of the light emitting element and diffraction by the fixed slit and the rotating slit. Here, as the encoder 201, for example, an optical encoder is used. However, it is known that the phenomenon in which harmonic components are generated and superposed occurs also in a magnetic encoder due to magnetic field distribution distortion, magnetoresistive distortion, etc., and is not limited to an optical encoder. ..

図３は、内挿処理部２０２の構成を示す図である。アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３０１は、アナログ波状信号であるアナログＡ相信号４及びアナログＢ相信号５を、デジタル信号（デジタルＡ相信号６、デジタルＢ相信号７）に変換するためのものである。Ａ／Ｄ変換前後のエンコーダ信号に含まれるノイズ分を除去するために、フィルタ回路や、ノイズ除去回路が内挿処理部２０２に搭載される。なお、このフィルタ回路やノイズ除去回路の構成は、公知のものが利用可能であるためここでは詳細な説明は省略する。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the interpolation processing unit 202. The analog/digital (A/D) converter 301 converts the analog A-phase signal 4 and the analog B-phase signal 5 that are analog wave-shaped signals into digital signals (digital A-phase signal 6 and digital B-phase signal 7). belongs to. A filter circuit and a noise removing circuit are mounted on the interpolation processing unit 202 in order to remove a noise component included in the encoder signal before and after the A/D conversion. The filter circuit and the noise removing circuit may have known configurations, and thus detailed description thereof will be omitted.

オフセット・位相差補正部３０２では、デジタルＡ相信号６、デジタルＢ相信号７の各々について、それぞれの基準値に対してオフセット処理を施す。このオフセット処理によってＡ相、Ｂ相のエンコーダ信号は、０を基準に正負に変動する信号となる。 The offset/phase difference correction unit 302 performs offset processing on each of the reference values of the digital A-phase signal 6 and the digital B-phase signal 7. By this offset processing, the A-phase and B-phase encoder signals become positive and negative signals with 0 as a reference.

また、位相差補正では、Ａ相とＢ相の位相差が９０°になるように補正処理を行う。この位相差補正処理では、位相差が９０°からの誤差分だけ、一方のエンコーダ信号に回転演算処理を行うものや、Ａ相とＢ相の和とＡ相とＢ相の差を新たな２相信号とすることで、新たな２相信号では９０°位相が保証される手法などがある。このようにしてオフセット・位相差補正された調整デジタルＡ相信号８、調整デジタルＢ相信号９が得られる。 Further, in the phase difference correction, the correction processing is performed so that the phase difference between the A phase and the B phase becomes 90°. In this phase difference correction processing, the rotation calculation processing is performed on one encoder signal by the amount of error from the phase difference of 90°, and the sum of A phase and B phase and the difference between A phase and B phase are newly added. By using a phase signal, there is a method of guaranteeing a 90° phase for a new two-phase signal. In this way, the adjusted digital A-phase signal 8 and the adjusted digital B-phase signal 9 which are offset/phase difference corrected are obtained.

領域判定部３０３は、調整デジタルＡ相信号８、調整デジタルＢ相信号９から作られるリサージュの象限（領域）を判定する。Ａ相信号、Ｂ相信号がともに正の場合は第一象限、Ａ相信号が負、Ｂ相信号が正の場合は第二象限、Ａ相信号、Ｂ相信号がともに負の場合は第三象限、Ａ相信号が正、Ｂ相信号が負の場合は第四象限とする。このとき象限の移動に伴って、エンコーダの位置情報がインクリメントあるいはディクリメントされ、荒い位置情報が得られる。この位置情報は、たとえばエンコーダスリット間隔を３６０°と規定した場合は、９０°単位で位置を取得することが可能である。この荒い位置情報と後述する内挿位置を足したものが、検出変位量となるのだが、本説明では、内挿処理（内挿位置）にのみ着目するため、この荒い位置情報に関しては以降説明を省略する。 The area determination unit 303 determines the quadrant (area) of the Lissajous made from the adjusted digital A-phase signal 8 and the adjusted digital B-phase signal 9. The first quadrant when both the A-phase signal and the B-phase signal are positive, the second quadrant when the A-phase signal is negative, the second quadrant when the B-phase signal is positive, and the third quadrant when both the A-phase signal and the B-phase signal are negative In the quadrant, when the A-phase signal is positive and the B-phase signal is negative, the fourth quadrant is used. At this time, the position information of the encoder is incremented or decremented as the quadrant moves, and rough position information is obtained. For example, when the encoder slit interval is defined as 360°, this position information can acquire the position in 90° units. The sum of this rough position information and the interpolation position to be described later is the detected displacement amount. However, in this description, since only the interpolation process (interpolation position) is focused on, this rough position information will be described below. Is omitted.

また、領域判定部３０３以降の演算処理は正の値のみで実行できるようにするため、領域判定部３０３は、調整デジタルＡ相信号の絶対値であるＡ相データＸ１０と、調整デジタルＢ相信号の絶対値であるＢ相データＹ１１が出力される。 Further, in order that the arithmetic processing after the area determination unit 303 can be executed only with a positive value, the area determination unit 303 uses the A phase data X10 that is the absolute value of the adjusted digital A phase signal and the adjusted digital B phase signal. B-phase data Y11 that is the absolute value of is output.

逆正接演算部３０４は、Ａ相データＸ１０とＢ相データＹ１１をもとにして逆正接値（ａｒｃｔａｎ）演算を実行して内挿位置を計算し、０°〜９０°つまり、１象限内の内挿位置１２を出力する。 The arctangent calculation unit 304 performs arctangent value (arctan) calculation based on the A-phase data X10 and the B-phase data Y11 to calculate the interpolated position, and 0° to 90°, that is, within one quadrant. The interpolation position 12 is output.

角度変換部３０５は、逆正接演算部３０４により計算された０°〜９０°の範囲の内挿位置１２を領域判定部３０３による象限情報（４分割）によって補正する。具体的には、第一象限および第三象限の場合は、内挿位置１２がそのまま検出変位量に、第二象限および第四象の場合に、９０°−内挿位置が検出変位量となる。（荒い位置情報を考慮する場合は、ここで荒い位置情報を加算する）このようにして、変位検出部１０３は、エンコーダ信号から内挿処理を施した高精度な角度値を算出していく。ここで、従来の技術のように、逆正接演算部３０４による角度算出は理想的な正弦波であることを前提とした演算を行うと演算誤差が発生してしまう。これは、エンコーダ信号に含まれている高調波成分が原因であり、検出誤差が発生する。 The angle conversion unit 305 corrects the interpolation position 12 in the range of 0° to 90° calculated by the arctangent calculation unit 304 by the quadrant information (four divisions) by the region determination unit 303. Specifically, in the first quadrant and the third quadrant, the interpolated position 12 is the detected displacement amount as it is, and in the second quadrant and the fourth quadrant, 90°-the interpolated position is the detected displacement amount. .. (When considering the rough position information, the rough position information is added here) In this way, the displacement detection unit 103 calculates a highly accurate angle value that has been subjected to interpolation processing from the encoder signal. Here, if the calculation of the angle by the arctangent calculation unit 304 is performed on the assumption that the sine wave is an ideal as in the conventional technique, a calculation error occurs. This is due to the harmonic components included in the encoder signal, which causes a detection error.

図１２は、理想エンコーダ信号波形（正弦波）及び実際のエンコーダ信号波形を示す図である。また、図１３は、図１４に示す実際のエンコーダ信号波形が入力されたときの検出変位量と検出誤差を示す図である。なお、検出誤差とは駆動されたモータの実際の変位量と検出変位量の差分である。 FIG. 12 is a diagram showing an ideal encoder signal waveform (sine wave) and an actual encoder signal waveform. Further, FIG. 13 is a diagram showing the detected displacement amount and the detection error when the actual encoder signal waveform shown in FIG. 14 is input. The detection error is the difference between the actual displacement amount of the driven motor and the detected displacement amount.

図１３に示すように、検出誤差の影響により、検出変位量は実際の変位量に対して線形となっていない。つまり、グラフ上で曲線となっている。なお、エンコーダ信号が理想的な正弦波である場合は、変位検出誤差が発生せず、実際の変位量と検出変位量は線形となっている。つまり、グラフ上で直線となる。 As shown in FIG. 13, the detected displacement amount is not linear with the actual displacement amount due to the influence of the detection error. That is, it is a curve on the graph. When the encoder signal is an ideal sine wave, no displacement detection error occurs and the actual displacement amount and the detected displacement amount are linear. In other words, it becomes a straight line on the graph.

また、図１３に示す検出誤差の変化から分かるように、検出誤差は、実際の変位量に対して周期的に、つまり、エンコーダ信号の高調波成分の発生量に依存しており、かつ、一つのエンコーダスリット間隔（３６０［ｄｅｇ］）内で４周期分の変動を生じている。そして、約±５［ｄｅｇ］程度の誤差が発生している。ただし、これはエンコーダ信号が図１４に示すエンコーダ波形の場合の特性例であり、これに限定されるものではない。尚、上記の傾向は余弦波でも同様である。 Further, as can be seen from the change in the detection error shown in FIG. 13, the detection error periodically depends on the actual displacement amount, that is, depends on the generation amount of the harmonic component of the encoder signal, and Within one encoder slit interval (360 [deg]), fluctuations of four cycles occur. Then, an error of about ±5 [deg] occurs. However, this is an example of characteristics when the encoder signal has the encoder waveform shown in FIG. 14, and is not limited to this. The above tendency also applies to the cosine wave.

以上で説明したように、エンコーダ信号には高調波成分が発生しており、高調波成分を考慮しない演算を行うと検出誤差が発生してしまう。本実施形態では、変位検出部１０３の検出精度を向上させるため、エンコーダ信号に含まれる高調波成分を考慮した逆正接演算（高調波歪補正ＣＯＲＤＩＣ回転演算手法）を行う。以降、詳細に説明していく。 As described above, a harmonic component is generated in the encoder signal, and a detection error will occur if an operation that does not consider the harmonic component is performed. In the present embodiment, in order to improve the detection accuracy of the displacement detection unit 103, the arctangent calculation (harmonic distortion correction CORDIC rotation calculation method) is performed in consideration of the harmonic components included in the encoder signal. The details will be described below.

（高調波成分を考慮した逆正接演算部の構成）
図４に、本実施形態における高調波歪補正可能なＣＯＲＤＩＣ回転演算を用いた逆正接演算部３０４の構成図を示す。尚、本実施形態においては、ＣＯＲＤＩＣ演算を用いた説明をしているが、２分探索などの反復計算を用いて回転角を収束させ、求めても良い。第１実施形態で想定されるＡ相入力信号Ｘ（Ａ相データＸ１０）とＢ相入力信号Ｙ（Ｂ相データＹ１１）はそれぞれ、式１で示される。ただし、すでに説明したようにＡ相データＸ１０とＢ相データＹ１１は絶対値として入力されるため、実際には正の値のみをとるものとする。 (Structure of arctangent calculation unit considering harmonic components)
FIG. 4 shows a configuration diagram of the arctangent calculation unit 304 using the CORDIC rotation calculation capable of correcting harmonic distortion in the present embodiment. It should be noted that although the present embodiment has been described using the CORDIC operation, the rotation angle may be converged and obtained using an iterative calculation such as a binary search. The A-phase input signal X (A-phase data X10) and the B-phase input signal Y (B-phase data Y11) that are assumed in the first embodiment are each represented by Expression 1. However, as described above, the A-phase data X10 and the B-phase data Y11 are input as absolute values, so that only positive values are actually taken.

第１実施形態では式１に示すように３次高調波成分までを考慮し、また式１内のａ１は基本波成分の係数（強度）を、ａ３は３次高調波成分の係数（強度）を示しており、Ａ相とＢ相でそれぞれ同じ場合を対象とする。ここで、逆正接演算を行う。具体的には、本実施形態では、数式１から求められる数式２に示す関係式を満たす回転角θをＣＯＲＤＩＣ回転演算の手法によって求める。
In the first embodiment, up to the third harmonic component is taken into consideration as shown in Formula 1, and a1 in Formula 1 is the coefficient (strength) of the fundamental wave component, and a3 is the coefficient (strength) of the third harmonic component. The same cases are applied to the A phase and the B phase, respectively. Here, the arctangent calculation is performed. Specifically, in this embodiment, the rotation angle θ that satisfies the relational expression shown in Expression 2 obtained from Expression 1 is obtained by the CORDIC rotation calculation method.

４１は強度情報（ａ１、ａ３）であり、既知情報として上位の制御手段から回転方向判別部４０１に入力される。この強度情報は、例えば、エンコーダ信号をあらかじめＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって周波数解析し、基本波および３次高調波の強度成分を抽出する方法などで得られる。ただし必ずしも強度成分でなくてもよく、検出誤差が小さくなるような任意値を強度情報に相当する値として選択してもよい。
Reference numeral 41 is intensity information (a1, a3), which is input as known information from the upper control means to the rotation direction determination unit 401. This intensity information is obtained, for example, by a method in which the encoder signal is frequency-analyzed in advance by FFT (Fast Fourier Transform) and the intensity components of the fundamental wave and the third harmonic are extracted. However, the intensity component does not necessarily have to be the intensity component, and an arbitrary value that reduces the detection error may be selected as the value corresponding to the intensity information.

（θ回転演算）
θ回転演算では、基本回転角θでの回転演算を実施し、これは、基本波成分に対応する座標データを求めるための、回転演算処理である。θ回転演算を構成する選択部４０２は、一連のＣＯＲＤＩＣ演算における回転演算の１回目は基準座標データ４２の固定値（１，０）を選択し、繰り返し演算となる２回目以降はＣＯＲＤＩＣ回転演算結果であるθ回転座標データ４８が選択される。Ａ相データＸ１０やＢ相データＹ１１が更新され、新たに逆正接演算を行う場合は、上記繰り返し演算がクリアされる。そして新たなＣＯＲＤＩＣ演算が開始されるものとなり、再帰的に回転演算１回目として基準座標データ４２（１，０）が選択され、以降は回転座標データ４８が選択される。 (Θ rotation calculation)
In the θ rotation calculation, the rotation calculation is performed at the basic rotation angle θ, which is a rotation calculation process for obtaining the coordinate data corresponding to the fundamental wave component. The selection unit 402 that constitutes the θ rotation calculation selects a fixed value (1, 0) of the reference coordinate data 42 at the first rotation calculation in the series of CORDIC calculations, and the CORDIC rotation calculation result after the second calculation that is repeated calculation. Θ rotation coordinate data 48 is selected. When the A-phase data X10 and the B-phase data Y11 are updated and a new arctangent calculation is performed, the above repeated calculation is cleared. Then, a new CORDIC calculation is started, the reference coordinate data 42(1,0) is recursively selected as the first rotation calculation, and thereafter the rotation coordinate data 48 is selected.

θｉ回転部４０４は、θ回転選択座標データ４４を回転方向δｉ４７の方向にθｉの回転角だけ回転する回転演算回路である。この回転演算は、ＣＯＲＤＩＣ回転演算の特徴を有しており、繰り返し回転演算回数ｉに対して数式３に示す回転演算を実行する。 The θi rotation unit 404 is a rotation calculation circuit that rotates the θ rotation selection coordinate data 44 in the rotation direction δi 47 by the rotation angle of θi. This rotation calculation has a characteristic of CORDIC rotation calculation, and the rotation calculation shown in Formula 3 is executed with respect to the number i of repeated rotation calculations.

ここで（Ｘｉ−１、Ｙｉ−１）はθｉ回転部４０４の入力座標データであり、（Ｘｉ、Ｙｉ）はθｉ回転部４０４の出力座標データを表す。また、最終的な繰り返し演算回数ｍにたいして、繰り返し回転演算回数ｉは０からｍ−１の値をとる。また、数式３において繰り返し回転演算回数ｉが０の時、右辺の座標データが（Ｘ−１、Ｙ−１）のとなるが、これは回転演算１回目として選択部４０２で選択される基準座標データ４２（１，０）のことである。また、回転方向δｉ４７は繰り返し回転演算回数ｉが０の時は１（正回転（左回り））固定であり、以降は回転方向判別部４０１の判別結果によって１あるいは‐１（逆回転（右回り））が選択される。さらに数式３で示される回転演算回数ｉに対する回転演算の実回転角θｉは数式４で示される。
Here, (Xi−1, Yi−1) is the input coordinate data of the θi rotation unit 404, and (Xi, Yi) is the output coordinate data of the θi rotation unit 404. Further, the number of repeated rotation calculations i takes a value from 0 to m−1 with respect to the final number of repeated calculations m. When the number i of repeated rotation calculations is 0 in Equation 3, the coordinate data on the right side is (X-1, Y-1), which is the reference coordinates selected by the selection unit 402 as the first rotation calculation. It is the data 42 (1, 0). Further, the rotation direction δi47 is fixed to 1 (forward rotation (counterclockwise)) when the number of times of repeated rotation calculation i is 0, and thereafter 1 or -1 (reverse rotation (clockwise rotation) depending on the determination result of the rotation direction determination unit 401. )) is selected. Furthermore, the actual rotation angle θi of the rotation calculation with respect to the number of rotation calculations i shown in Formula 3 is shown in Formula 4.

図５に上述θ回転演算の実際の構成ブロックを示す。
FIG. 5 shows an actual configuration block of the above-mentioned θ rotation calculation.

数式４で示す回転演算は、基準回転回路（式中の回転行列一つ）で構成され、それぞれθｉ回転部５０１、５０２、５０３に対応する。また、数式４ならびに図５で示しているように、基準回転回路のうち２つの回転方向は回転方向δｉとは独立しており、回転方向が打ち消しあうように、θｉ回転部５０２の回転方向が＋１、θｉ回転部５０３の回転方向が−１にそれぞれ固定されている。 The rotation calculation shown in Expression 4 is composed of a reference rotation circuit (one rotation matrix in the expression) and corresponds to the θi rotation units 501, 502, and 503, respectively. Further, as shown in Formula 4 and FIG. 5, the two rotation directions of the reference rotation circuit are independent of the rotation direction δi, and the rotation direction of the θi rotation unit 502 is set so that the rotation directions cancel each other out. The rotation directions of the +1 and θi rotation units 503 are fixed to -1, respectively.

なお、上述固定される回転方向は、回転方向が打ち消しあうように決定されればよく、θｉ回転部５０２の回転方向が−１、θｉ回転部５０３の回転方向が＋１であってもよい。また回転方向が固定されるのではなく、θｉ回転部５０２の回転方向がδｉ、θｉ回転部５０３の回転方向が−δｉ、もしくはθｉ回転部５０２の回転方向が−δｉ、θｉ回転部５０３の回転方向がδｉであってもよい。さらにはすべての基準回転回路の順番は任意である。言い換えると、入れ替えても効果は変わらない。 The fixed rotation direction may be determined so that the rotation directions cancel each other, and the rotation direction of the θi rotation unit 502 may be −1 and the rotation direction of the θi rotation unit 503 may be +1. Further, the rotation direction is not fixed, the rotation direction of the θi rotation unit 502 is δi, the rotation direction of the θi rotation unit 503 is −δi, or the rotation direction of the θi rotation unit 502 is −δi, the rotation of the θi rotation unit 503. The direction may be δi. Furthermore, the order of all reference rotation circuits is arbitrary. In other words, the effect does not change even if you change it.

この回転方向の打消しによって、θ回転選択座標データ４４に対して、３つの基準回転回路を実行しても、実質は回転方向δｉに回転角θｉの回転演算された結果が得られる。
以上の一連操作が、基本的なＣＯＲＤＩＣ演算（θ回転演算）における、繰り返し回転演算１回に相当する。 By canceling the rotation direction, even if the three reference rotation circuits are executed on the θ rotation selection coordinate data 44, the rotation calculation result of the rotation angle θi is substantially obtained in the rotation direction δi.
The above series of operations corresponds to one repetitive rotation calculation in the basic CORDIC calculation (θ rotation calculation).

本実施形態では、この基本的なＣＯＲＤＩＣ演算（θ回転演算）と同時に、３θ回転演算も実行される。 In the present embodiment, the 3θ rotation calculation is executed simultaneously with the basic CORDIC calculation (θ rotation calculation).

（３θ回転演算）
複数回転演算部４０４内に構成される３θ回転演算は、ＣＯＲＤＩＣ回転演算の特徴を有しており、繰り返し回転演算回数ｉに対して数式５に示す回転演算を実行する。 (3θ rotation calculation)
The 3θ rotation calculation configured in the multiple-rotation calculation unit 404 has a feature of CORDIC rotation calculation, and executes the rotation calculation shown in Expression 5 for the repeated rotation calculation count i.

ここで（Ｘｉ−１、Ｙｉ−１′）は３θｉ回転部４０５の入力座標データであり、（Ｘｉ′、Ｙｉ′）は３θｉ回転部４０５の出力座標データ（回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ））を表す。また、数式５において繰り返し回転演算回数ｉが０の時、右辺の座標データが（Ｘ−１′、Ｙ−１′）のとなるが、これは回転演算１回目として選択部４０３で選択される基準座標データ４３（１，０）のことである。さらに数式５で示される回転演算回数ｉに対する回転演算の実回転角３θｉは数式６で示される。
Here, (Xi−1, Yi−1′) is input coordinate data of the 3θi rotation unit 405, and (Xi′, Yi′) is output coordinate data of the 3θi rotation unit 405 (rotational coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ)). ) Represents. When the number i of repeated rotation calculations is 0 in Equation 5, the coordinate data on the right side is (X-1', Y-1'), which is selected by the selection unit 403 as the first rotation calculation. It is the reference coordinate data 43 (1, 0). Furthermore, the actual rotation angle 3θi of the rotation calculation with respect to the rotation calculation number i shown in Expression 5 is shown in Expression 6.

図５に、上述３θ回転演算の実際の構成ブロックを示す。数式５で示す回転演算は、基準回転回路（式中の回転行列一つ）で構成され、それぞれθｉ回転部５０４、５０５、５０６に対応する。また、数式５ならびに図５で示しているように、上述基準回転回路の回転方向はすべて回転方向δｉとなる。
FIG. 5 shows an actual building block of the above-described 3θ rotation calculation. The rotation calculation shown in Expression 5 is composed of a reference rotation circuit (one rotation matrix in the expression) and corresponds to the θi rotation units 504, 505, and 506, respectively. Further, as shown in Equation 5 and FIG. 5, all the rotation directions of the reference rotation circuit are the rotation direction δi.

以上の一連操作が、本実施形態の特徴の一つであるＣＯＲＤＩＣ演算（３θ回転演算）における、繰り返し回転演算１回に相当する。ここで求められた回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）がエンコーダ信号に含まれる３次高調波成分に相当する。 The above series of operations corresponds to one repetitive rotation calculation in the CORDIC calculation (3θ rotation calculation), which is one of the features of this embodiment. The rotational coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ) obtained here corresponds to the third-order harmonic component included in the encoder signal.

以上のように、θ回転演算と３θ回転演算によって回転座標データ４８（ＣＯＳθ，ＳＩＮθ）、および回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）が得られた。 As described above, the rotational coordinate data 48 (COSθ, SINθ) and the rotational coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ) are obtained by the θ rotation calculation and the 3θ rotation calculation.

ここで、実際にはＣＯＲＤＩＣ回転演算の特性により、基準回転回路を実行するたびに絶対値が大きくなるため、回転座標データ４８と回転座標データ４９には、ある係数がかかっている。繰り返し回転演算回数ｉの時の一回の実行時の絶対値の変化を数式７に示す。 Here, in practice, due to the characteristics of the CORDIC rotation calculation, the absolute value becomes larger each time the reference rotation circuit is executed, so that a certain coefficient is applied to the rotation coordinate data 48 and the rotation coordinate data 49. Equation 7 shows a change in the absolute value at the time of one execution when the number of times of repetitive rotation calculation is i.

しかし、すでに述べたθ回転演算における打ち消しあう２つの基準回転回路の存在によって、θ回転演算と３θ回転演算の基準回転回路の数が等しくなるため、互いの座標データの係数はそろっている状態である。そのため、以降説明する回転方向判別部での演算結果には直接影響しないため、その係数の表記は省略するものとする。
However, due to the existence of the two reference rotation circuits that cancel each other in the θ rotation calculation described above, the number of reference rotation circuits for the θ rotation calculation and the 3θ rotation calculation is equal, so that the coefficients of the mutual coordinate data are the same. is there. Therefore, since the calculation result in the rotation direction determination unit described below is not directly affected, the description of the coefficient is omitted.

なお、上記では基準座標データ４２、４３は（１，０）としているが、これは正弦成分がゼロであり、すべての余弦成分が共通であれば、任意の座標データをとっても良い。たとえば（２，０）でもよいし、（０．５，０）でもよい。 Although the reference coordinate data 42 and 43 are (1, 0) in the above, any coordinate data may be taken as long as the sine component is zero and all cosine components are common. For example, it may be (2,0) or (0.5,0).

（回転方向の判別）
回転方向判別部４０１には、以下のデータが入力される。θ回転演算と３θ回転演算で得られた回転座標データ４８（ＣＯＳθ，ＳＩＮθ）、および回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）である。さらに、上位の制御手段から与えられる強度情報４１（ａ１およびａ３）とエンコーダ信号入力であるＡ相データＸ１０とＢ相データＹ１１も入力される。回転方向判別部４０１では、方向判別の演算式（判別条件）によって次回の繰り返し回転演算の回転方向δｉ４７が決定される。判別式を数式８に示す。 (Determination of rotation direction)
The following data is input to the rotation direction determination unit 401. The rotation coordinate data 48 (COSθ, SINθ) and the rotation coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ) obtained by the θ rotation calculation and the 3θ rotation calculation are shown. Further, strength information 41 (a1 and a3) given from the higher-order control means and A-phase data X10 and B-phase data Y11 which are encoder signal inputs are also inputted. In the rotation direction determination unit 401, the rotation direction δi47 for the next repeated rotation calculation is determined according to the direction determination calculation formula (determination condition). Equation 8 shows the discriminant.

数式８が真の時、正回転（左回り）となり、δｉは１、数式８が偽の時、逆回転（右回り）となり、δｉは‐１の値をとる。ただし、数式８は数学的に導出が可能であるため、判別式は数式８に限定されるものではない。たとえば、数式９に示すように、分母を払い、除算を省略した判別式を用いてもよい。数式８の数学的意味を保存しつつ導出可能な式はすべて本実施形態で採用されてもよい。
When the formula 8 is true, it is a positive rotation (counterclockwise rotation), and δi is 1, and when the formula 8 is false, it is a reverse rotation (clockwise rotation), and δi has a value of -1. However, since the formula 8 can be mathematically derived, the discriminant is not limited to the formula 8. For example, as shown in Expression 9, a discriminant in which the denominator is paid and the division is omitted may be used. Any formula that can be derived while preserving the mathematical meaning of Formula 8 may be adopted in this embodiment.

このように３次高調波成分である（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）が判別式に含まれており、これが３次高調波の補正効果を成している。以上のように回転方向δｉ４７が決定されることによって、次回の繰り返し回転演算が実行可能となる。
In this way, the third harmonic component (COS3θ, SIN3θ) is included in the discriminant, and this has the effect of correcting the third harmonic. By determining the rotation direction δi47 as described above, the next repeated rotation calculation can be executed.

（内挿位置算出）
以上のθ回転演算、３θ回転演算、回転方向判別を、最終的な繰り返し演算回数ｍ実行されることによって、数式２を満足する回転座標データ４８、４９と回転角情報となるδｉデータ列（データの履歴）が得られる。最後の演算行程として偏角演算部４０７では、δｉデータ列に対し数式１０に示す演算を行うことによって、回転座標データ４８が成す偏角θ、つまり高調波成分が除去された内挿位置１２（θ）が求められる。 (Interpolation position calculation)
By executing the above θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, and rotation direction determination a final number of times m of calculation, the rotation coordinate data 48 and 49 that satisfy Expression 2 and the δi data string (data) that becomes rotation angle information. History) is obtained. As the final calculation step, the declination calculation unit 407 performs the calculation shown in Formula 10 on the δi data string to obtain the declination θ formed by the rotational coordinate data 48, that is, the interpolation position 12 (where the harmonic component is removed. θ) is required.

以上で説明したとおり本実施形態によれば、エンコーダ出力信号に含まれる高調波成分を３次まで除外した偏角算出（逆正接演算）が可能となる。結果として、３次高調波成分による検出誤差が除去（補正）された高精度な検出位置を得ることができる。図１３に示すエンコーダ信号を入力した際の本実施形態での演算結果を図１５に示す。なお、演算結果は、基本波成分強度ａ１が１、３次高調波成分強度ａ３が−０．０９４の場合となっている。図示の通り、検出誤差が約±０．１５［ｄｅｇ］程度と補正しない場合に比べ大幅に誤差が減少している。その結果、検出変位量も理想変位量とほぼ一致している。（グラフ上では重なっている）
これまで説明してきたように、３次高調波成分の演算（３θ回転演算）は、従来のＣＯＲＤＩＣ演算（θ回転演算に相当する）と同時に演算が行われるものである。そして、方向判別も従来のＣＯＲＤＩＣ演算のものに対し３次高調波分を追加した判別式に改良されたものである。演算処理速度としては従来のＣＯＲＤＩＣ演算（θ回転演算のみの場合）と比較して遜色ない。また、検出誤差の補正用メモリの増加を抑えることも可能となっている。尚、本実施形態は他の形態に適用することも可能である。例えば、上述の説明においては、可動部として回転モータを用いているが、これに代えて直動機構を用いてもよい。また、駆動手段として、モータやピエゾなどのアクチュエータより駆動してもよい。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to calculate the deviation angle (inverse tangent operation) by excluding the harmonic components included in the encoder output signal up to the third order. As a result, it is possible to obtain a highly accurate detection position in which the detection error due to the third harmonic component is removed (corrected). FIG. 15 shows the calculation result in this embodiment when the encoder signal shown in FIG. 13 is input. The calculation result is for the case where the fundamental wave component intensity a1 is 1, and the third harmonic component intensity a3 is -0.094. As shown in the figure, the detection error is about ±0.15 [deg], which is significantly smaller than the case without correction. As a result, the detected displacement amount substantially matches the ideal displacement amount. (Overlapping on the graph)
As described above, the calculation of the third harmonic component (3θ rotation calculation) is performed simultaneously with the conventional CORDIC calculation (corresponding to θ rotation calculation). The direction discrimination is also improved by a discriminant equation in which the third harmonic component is added to the conventional CORDIC calculation. The calculation processing speed is comparable to that of the conventional CORDIC calculation (when only θ rotation calculation is performed). It is also possible to suppress an increase in the memory for correcting the detection error. The present embodiment can be applied to other forms. For example, in the above description, the rotary motor is used as the movable portion, but a linear motion mechanism may be used instead of this. Further, the driving means may be driven by an actuator such as a motor or a piezo.

（第２実施形態）
第２実施形態では、逆正接演算部３０４の他の構成について説明する。具体的には、５次高調波成分まで考慮した構成であり、５θの回転演算が追加されている。また、方向判別式が異なる。以降の説明では、主に、第１実施形態と異なる点について説明する。 (Second embodiment)
In the second embodiment, another configuration of the arctangent calculation unit 304 will be described. Specifically, the configuration is such that the fifth harmonic component is taken into consideration, and a rotation calculation of 5θ is added. Also, the direction discriminant is different. In the following description, the points different from the first embodiment will be mainly described.

（高調波成分を考慮した逆正接演算部の構成）
図６に、本実施形態における５次高調波歪まで補正可能なＣＯＲＤＩＣ回転演算を用いた逆正接演算部３０４の構成図を示す。第２実施形態で想定されるＡ相データＸ１０とＢ相データＹ１１はそれぞれ、数式１１で示される。ただし、すでに説明したようにＡ相データＸ１０とＢ相データＹ１１は絶対値として入力されるため、実際には正の値のみをとるものとする。 (Structure of arctangent calculation unit considering harmonic components)
FIG. 6 shows a configuration diagram of the arctangent calculation unit 304 using the CORDIC rotation calculation capable of correcting up to the fifth harmonic distortion in this embodiment. The A-phase data X10 and the B-phase data Y11 that are assumed in the second embodiment are each represented by Expression 11. However, as described above, the A-phase data X10 and the B-phase data Y11 are input as absolute values, so that only positive values are actually taken.

本実施形態では数式１１に示すように５次高調波成分までを考慮し、また数式１１内のａ１は基本波成分の強度を、ａ３は３次高調波成分の強度を、ａ５は５次高調波成分を示しており、Ａ相とＢ相でそれぞれ同じ場合を対象とする。ここで、逆正接演算を行う。具体的には、本実施形態では、数式１１から求められる数式１２に示す関係式を満たすθをＣＯＲＤＩＣ回転演算の手法によって求める。
In the present embodiment, up to the fifth harmonic component is taken into consideration as shown in Formula 11, and in the Formula 11, a1 is the intensity of the fundamental wave component, a3 is the intensity of the third harmonic component, and a5 is the fifth harmonic component. The wave components are shown, and the cases where the A phase and the B phase are the same are targeted. Here, the arctangent calculation is performed. Specifically, in this embodiment, θ that satisfies the relational expression shown in Expression 12 obtained from Expression 11 is obtained by the CORDIC rotation calculation method.

６１は強度情報（ａ１、ａ３、ａ５）であり、既知情報として上位の制御手段から回転方向判別部６０１に入力される。この強度情報は、例えば、エンコーダ信号をあらかじめＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって周波数解析し、基本波、３次高調波および５次高調波の強度成分を抽出する方法などで得られる。
Reference numeral 61 is intensity information (a1, a3, a5), which is input as known information from the higher-order control means to the rotation direction determination unit 601. This intensity information can be obtained by, for example, performing a frequency analysis on the encoder signal by FFT (Fast Fourier Transform) in advance and extracting intensity components of the fundamental wave, the third harmonic wave, and the fifth harmonic wave.

（座標データ選択）
第１実施形態に対して、５θ回転演算が追加されている。５θ回転演算では、回転角５θでの回転演算を実施し、これは、５次高調波成分に対応する座標データを求めるための、回転演算処理である。５θ回転演算を構成する選択部６０２は、一連のＣＯＲＤＩＣ演算（５θ）における回転演算の１回目は基準座標データ６３（１，０）を選択し、繰り返し演算となる２回目以降はＣＯＲＤＩＣ回転演算結果である３θ回転座標データ６５が選択される。Ａ相データＸ１０やＢ相データＹ１１が更新され、新たに逆正接演算を行う場合は、上記繰り返し演算がクリアされる。そして、新たなＣＯＲＤＩＣ演算が開始されるものとなり、再び回転演算１回目として基準座標データ６３（１，０）が選択され、以降は回転座標データ６５が選択される。選択された座標データは５θ回転選択座標データ６４として、複数回転演算部６０３に入力される。複数回転演算部６０３は、入力されるθ回転選択座標データ４４、３θ回転選択座標データ４５ならびに５θ回転選択座標データ６４に対して、回転方向δｉ４７の方向にそれぞれθｉの回転角、３θｉの回転角ならびに５θｉだけ回転する回転演算を実行する。 (Select coordinate data)
A 5θ rotation calculation is added to the first embodiment. In the 5θ rotation calculation, a rotation calculation is performed at a rotation angle of 5θ, which is a rotation calculation process for obtaining coordinate data corresponding to the fifth harmonic component. The selection unit 602 that constitutes the 5θ rotation calculation selects the reference coordinate data 63 (1, 0) for the first rotation calculation in the series of CORDIC calculations (5θ), and the CORDIC rotation calculation results for the second and subsequent calculations that are repeated calculations. 3θ rotation coordinate data 65, which is When the A-phase data X10 and the B-phase data Y11 are updated and a new arctangent calculation is performed, the above repeated calculation is cleared. Then, a new CORDIC calculation is started, the reference coordinate data 63 (1, 0) is selected again as the first rotation calculation, and thereafter the rotation coordinate data 65 is selected. The selected coordinate data is input to the multiple rotation calculation unit 603 as 5θ rotation selection coordinate data 64. With respect to the θ rotation selection coordinate data 44, the 3θ rotation selection coordinate data 45, and the 5θ rotation selection coordinate data 64 that are input, the multi-rotation calculation unit 603 respectively rotates a rotation angle of θi in the rotation direction δi47 and a rotation angle of 3θi. And a rotation calculation for rotating 5θi.

（θ回転演算）
複数回転演算部６０３内に構成されるθ回転演算は、ＣＯＲＤＩＣ回転演算の特徴を有しており、繰り返し回転演算回数ｉに対して数式１３に示す回転演算を実行する。 (Θ rotation calculation)
The θ rotation calculation configured in the multiple rotation calculation unit 603 has a feature of CORDIC rotation calculation, and executes the rotation calculation shown in Expression 13 for the number of times of repeated rotation calculation i.

図７に上述θ回転演算の実際の構成ブロックを示す。
FIG. 7 shows an actual configuration block of the above-mentioned θ rotation calculation.

数式１３で示す回転演算は、基準回転回路（式中の回転行列一つ）で構成され、それぞれθｉ回転部７０１、７０２、７０３、７０４、７０５に対応する。また、数式１３ならびに図７で示しているように、基準回転回路のうち４つの回転方向は回転方向δｉとは独立している。具体的には回転方向が打ち消しあうように、θｉ回転部７０２の回転方向が＋１、θｉ回転部７０３の回転方向が−１、θｉ回転部７０４の回転方向が＋１、θｉ回転部７０５の回転方向が−１にそれぞれ固定されている。なお、上述固定される回転方向は、第１実施形態と同様に、回転方向が打ち消しあうように決定されればよい。 The rotation calculation shown in Expression 13 is composed of a reference rotation circuit (one rotation matrix in the expression) and corresponds to the θi rotation units 701, 702, 703, 704, and 705, respectively. Further, as shown in Formula 13 and FIG. 7, four rotation directions of the reference rotation circuit are independent of the rotation direction δi. Specifically, the rotation direction of the θi rotation unit 702 is +1, the rotation direction of the θi rotation unit 703 is −1, the rotation direction of the θi rotation unit 704 is +1, and the rotation direction of the θi rotation unit 705 so that the rotation directions cancel each other out. Are fixed at -1. The rotation direction fixed as described above may be determined so that the rotation directions cancel each other, as in the first embodiment.

この回転方向の打消しによって、θ回転選択座標データ４４に対して、５つの基準回転回路を実行しても、実質は回転方向δｉに回転角θｉの回転演算された結果が得られる。
以上の一連操作が、ＣＯＲＤＩＣ演算（θ回転演算）における繰り返し回転演算１回に相当する。本実施形態では、このθ回転演算と同時に、３θ回転演算、５θ回転演算も実行される。 By canceling this rotation direction, even if the five reference rotation circuits are executed on the θ rotation selection coordinate data 44, the rotation calculation result of the rotation angle θi is substantially obtained in the rotation direction δi.
The above series of operations corresponds to one repeated rotation calculation in the CORDIC calculation (θ rotation calculation). In the present embodiment, simultaneously with this θ rotation calculation, 3θ rotation calculation and 5θ rotation calculation are also executed.

（３θ回転演算）
複数回転演算部６０３内に構成される３θ回転演算は、ＣＯＲＤＩＣ回転演算の特徴を有しており、繰り返し回転演算回数ｉに対して数式１４に示す回転演算を実行する。 (3θ rotation calculation)
The 3θ rotation calculation configured in the multiple-rotation calculation unit 603 has a feature of CORDIC rotation calculation, and executes the rotation calculation shown in Expression 14 for the repeated rotation calculation count i.

図７に上述３θ回転演算の実際の構成ブロックを示す。数式１４で示す回転演算は、基準回転回路（式中の回転行列一つ）で構成され、それぞれθｉ回転部７０６、７０７、７０８、７０９、７１０に対応する。また、数式１４ならびに図７で示しているように、基準回転回路のうち２つの回転方向は回転方向δｉとは独立しており、回転方向が打ち消しあうように、θｉ回転部７０９の回転方向が＋１、θｉ回転部７１０の回転方向が−１にそれぞれ固定されている。
FIG. 7 shows an actual building block of the above-described 3θ rotation calculation. The rotation calculation shown in Expression 14 is composed of a reference rotation circuit (one rotation matrix in the expression) and corresponds to the θi rotation units 706, 707, 708, 709, and 710, respectively. Further, as shown in Formula 14 and FIG. 7, two rotation directions of the reference rotation circuit are independent of the rotation direction δi, and the rotation direction of the θi rotation unit 709 is set so that the rotation directions cancel each other out. The rotation directions of +1 and θi rotation unit 710 are fixed to −1, respectively.

以上の一連操作が、ＣＯＲＤＩＣ演算（３θ回転演算）における、繰り返し回転演算１回に相当する。ここで求められた回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）がエンコーダ信号に含まれる３次高調波成分に相当する。 The above series of operations corresponds to one repetitive rotation calculation in the CORDIC calculation (3θ rotation calculation). The rotational coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ) obtained here corresponds to the third-order harmonic component included in the encoder signal.

（５θ回転演算）
複数回転演算部６０３内に構成される５θ回転演算は、ＣＯＲＤＩＣ回転演算の特徴を有しており、繰り返し回転演算回数ｉに対して数式１５に示す回転演算を実行する。 (5θ rotation calculation)
The 5θ rotation calculation configured in the multiple rotation calculation unit 603 has a feature of CORDIC rotation calculation, and executes the rotation calculation shown in Expression 15 for the repeated rotation calculation count i.

ここで（Ｘｉ−１″、Ｙｉ−１″）は５θ回転演算の入力座標データ（５θ回転選択座標データ６４）である。（Ｘｉ″、Ｙｉ″）は３５回転演算の出力座標データとなる回転座標データ６５（ＣＯＳ５θ，ＳＩＮ５θ）を表す。また、最終的な繰り返し演算回数ｍに対して、繰り返し回転演算回数ｉは０からｍ−１の値をとる。また、数式１５において繰り返し回転演算回数ｉが０の時、右辺の座標データが（Ｘ−１″、Ｙ−１″）となる。これは回転演算１回目として選択部６０２で選択される基準座標データ６４（１，０）のことである。さらに数式１５で示される回転演算回数ｉに対する回転演算の実回転角５θｉは数式１６で示される。
Here, (Xi−1″, Yi−1″) is input coordinate data (5θ rotation selection coordinate data 64) for 5θ rotation calculation. (Xi″, Yi″) represents the rotational coordinate data 65 (COS5θ, SIN5θ) that is output coordinate data for the 35-rotation calculation. Further, the number of repeated rotation calculations i takes a value from 0 to m−1 with respect to the final number m of repeated calculations. Further, when the number i of repeated rotation calculations in Expression 15 is 0, the coordinate data on the right side is (X-1″, Y−1″). This is the reference coordinate data 64(1,0) selected by the selection unit 602 as the first rotation calculation. Further, the actual rotation angle 5θi of the rotation calculation with respect to the rotation calculation number i shown in Expression 15 is shown in Expression 16.

図７に上述５θ回転演算の実際の構成ブロックを示す。数式１５で示す回転演算は、基準回転回路（式中の回転行列一つ）で構成され、それぞれθｉ回転部７１１，７１２，７１３，７１４，７１５に対応する。また、数式１５ならびに図７で示しているように、上述基準回転回路の回転方向はすべて回転方向δｉとなる。以上の一連操作が、ＣＯＲＤＩＣ演算（５θ回転演算）における、繰り返し回転演算１回に相当する。ここで求められた回転座標データ６５（ＣＯＳ５θ，ＳＩＮ５θ）がエンコーダ信号に含まれる５次高調波成分に相当する。以上のように、θ回転演算と３θ回転演算ならびに５θ回転演算によって回転座標データ４８（ＣＯＳθ，ＳＩＮθ）、および回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）、ならびに回転座標データ６５（ＣＯＳ５θ，ＳＩＮ５θ）が得られた。
FIG. 7 shows an actual building block of the above-mentioned 5θ rotation calculation. The rotation calculation shown in Expression 15 is composed of a reference rotation circuit (one rotation matrix in the expression) and corresponds to the θi rotation units 711, 712, 713, 714, 715, respectively. Further, as shown in Formula 15 and FIG. 7, all the rotation directions of the reference rotation circuit are the rotation direction δi. The above series of operations corresponds to one repeated rotation calculation in the CORDIC calculation (5θ rotation calculation). The rotational coordinate data 65 (COS5θ, SIN5θ) obtained here corresponds to the fifth harmonic component included in the encoder signal. As described above, the rotation coordinate data 48 (COSθ, SINθ), the rotation coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ), and the rotation coordinate data 65 (COS5θ, SIN5θ) are obtained by the θ rotation calculation, the 3θ rotation calculation, and the 5θ rotation calculation. Was given.

ここで、すでに述べたように実際にはＣＯＲＤＩＣ回転演算の特性により、基準回転回路を実行するたびに絶対値が大きくなるため、回転座標データ４８と回転座標データ４９には、ある係数がかかっている。繰り返し回転演算回数ｉの時の基準回転回路一回の実行時の絶対値の変化を式７に示した通りである。 Here, as described above, the absolute value becomes larger each time the reference rotation circuit is executed due to the characteristics of the CORDIC rotation calculation. Therefore, a certain coefficient is applied to the rotation coordinate data 48 and the rotation coordinate data 49. There is. The change in absolute value when the reference rotation circuit is executed once when the number of times of repeated rotation calculation is i is as shown in Expression 7.

しかし、すでに述べたθ回転演算における打ち消しあう４つの基準回転回路、および３θ回転演算における打ち消しあう２つの基準回転回路の存在によって、θ回転演算と３θ回転演算と５θ回転演算の基準回転回路の数が等しくなる（全て５つとなる）。よって互いの座標データの係数はそろっている状態である。そのため、以降説明する回転方向判別部での演算結果には直接影響しないため、その係数の表記は省略するものとする。 However, due to the existence of the four reference rotation circuits that cancel each other in the θ rotation calculation and the two reference rotation circuits that cancel each other in the 3θ rotation calculation, the number of reference rotation circuits for the θ rotation calculation, the 3θ rotation calculation, and the 5θ rotation calculation is already described. Are equal (all 5). Therefore, the coefficients of the mutual coordinate data are in the same state. Therefore, since the calculation result in the rotation direction determination unit described below is not directly affected, the description of the coefficient is omitted.

なお、上記では基準座標データ４２、４３、６３は（１，０）としているが、これは正弦成分がゼロであり、すべての余弦成分が共通であれば、任意の座標データをとっても良い。たとえば（２，０）でもよいし、（０．５，０）でもよい。 Although the reference coordinate data 42, 43, and 63 are (1, 0) in the above, any coordinate data may be taken as long as the sine component is zero and all cosine components are common. For example, it may be (2,0) or (0.5,0).

（回転方向判別）
θ回転演算と３θ回転演算および５θ回転演算で得られた回転座標データ４８（ＣＯＳθ，ＳＩＮθ）、回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）、および回転座標データ６５（ＣＯＳ５θ，ＳＩＮ５θ）が回転方向判別部６０１に入力される。さらに上位の制御手段から与えられる強度情報６１（ａ１およびａ３およびａ５）とエンコーダ信号入力であるＡ相データＸ１０とＢ相データＹ１１が回転方向判別部６０１に入力される。方向判別部では、方向判別の演算式によって次回の繰り返し回転演算の回転方向δｉ４７が決定される。判別式を数式１７に示す。 (Rotation direction discrimination)
The rotational coordinate data 48 (COSθ, SINθ), the rotational coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ), and the rotational coordinate data 65 (COS5θ, SIN5θ) obtained by the θ rotation calculation, the 3θ rotation calculation, and the 5θ rotation calculation are the rotation direction determination unit. 601 is input. Further, intensity information 61 (a1 and a3 and a5) given from the higher-order control means and A-phase data X10 and B-phase data Y11 which are encoder signal inputs are inputted to the rotation direction discriminating unit 601. The direction discriminating unit determines the rotation direction δi47 for the next repetitive rotation calculation based on the equation for discriminating the direction. Equation 17 shows the discriminant.

数式１７が真の時、正回転（左回り）となり、δｉは１、数式１７が偽の時、逆回転（右回り）となり、δｉは‐１の値をとる。ただし、第１実施形態と同様に、数式１７は数学的に導出が可能であるため、判別式は数式１７に限定されるものではない。数学的意味を保存しつつ導出可能な式はすべて本実施形態で採用されてもよい。
When the mathematical expression 17 is true, it is a positive rotation (counterclockwise rotation), and δi is 1, and when the mathematical expression 17 is false, it is a reverse rotation (clockwise rotation), and δi has a value of −1. However, similarly to the first embodiment, since the mathematical expression 17 can be mathematically derived, the discriminant is not limited to the mathematical expression 17. All expressions that can be derived while preserving the mathematical meaning may be adopted in this embodiment.

このように３次高調波成分（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）と５次高調波成分（ＣＯＳ５θ，ＳＩＮ５θ）が判別式に含まれており、これが５次高調波までの補正効果を成している。
以上のように回転方向δｉ４７が決定されることによって、次回の繰り返し回転演算が実行可能となる。 In this way, the third-order harmonic component (COS3θ, SIN3θ) and the fifth-order harmonic component (COS5θ, SIN5θ) are included in the discriminant, and this constitutes the correction effect up to the fifth-order harmonic.
By determining the rotation direction δi47 as described above, the next repeated rotation calculation can be executed.

（内挿位置算出）
以上のθ回転演算、３θ回転演算、５θ回転演算、回転方向判別を、最終的な繰り返し演算回数ｍだけ実行されることによって、数式１１を満足する回転座標データ４８、４９、６５が得られる。最後の演算行程として、偏角演算部４０７では、数式１０に示す演算を行うことによって、内挿位置１２（θ）が求められる。 (Interpolation position calculation)
By executing the above θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, 5θ rotation calculation, and rotation direction determination for the final number of times m of repeated calculation, the rotation coordinate data 48, 49, 65 satisfying Expression 11 is obtained. As the final calculation step, the declination calculation unit 407 calculates the interpolation position 12 (θ) by performing the calculation shown in Formula 10.

以上で説明したとおり第２実施形態によれば、エンコーダ出力信号に含まれる高調波成分を５次まで除外した逆正接演算が可能となる。結果として、３次および５次高調波成分による検出誤差が除去（補正）され、第１実施形態よりさらに高精度な検出位置を得ることができる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to perform arctangent calculation by excluding the harmonic components included in the encoder output signal up to the fifth order. As a result, the detection error due to the third and fifth harmonic components is removed (corrected), and it is possible to obtain a detection position with higher accuracy than in the first embodiment.

第１実施形態と同様に、３次高調波成分の演算（３θ回転演算）ならびに５次高調波成分の演算（５θ回転演算）は、従来のＣＯＲＤＩＣ演算（θ回転演算に相当する）と同時に演算が行われるものである。そして方向判別も従来のＣＯＲＤＩＣ演算のものに対し３次高調波分、５次高調波分を追加した判別式に改良されたものである。演算処理速度としては従来のＣＯＲＤＩＣ演算（θ回転演算のみの場合）と比較して遜色ない。また本実施形態では、θ回転演算と３θ回転演算ならびに５θ回転演算の基準回転回路の数をそろえており、式７に示した繰り返し回転演算回数ｉ時の基準回転回路一回の実行時の絶対値ズレ量を補正するために特別な回路を必要としない。よって小回路規模での実現も可能となる。図１３に示すエンコーダ信号を入力した際の第２実施形態での演算結果を図１６に示す。なお、基本波成分強度ａ１が１、３次高調波成分強度ａ３が−０．０９４、５次高調波成分強度ａ５が−０．００２３の場合の演算結果である。検出誤差が約±０．０２［ｄｅｇ］程度と第１実施形態の３次高調波までの補正時に比べさらに誤差が減少している。 Similar to the first embodiment, the third harmonic component calculation (3θ rotation calculation) and the fifth harmonic component calculation (5θ rotation calculation) are performed at the same time as the conventional CORDIC calculation (corresponding to θ rotation calculation). Is what is done. The direction discrimination is also improved by a discriminant equation in which the third harmonic component and the fifth harmonic component are added to the conventional CORDIC calculation. The calculation processing speed is comparable to that of the conventional CORDIC calculation (when only θ rotation calculation is performed). Further, in the present embodiment, the number of reference rotation circuits for the θ rotation calculation, the 3θ rotation calculation, and the 5θ rotation calculation is the same, and the absolute value of one execution of the reference rotation circuit at the time of the repeated rotation calculation number i shown in Expression 7 is absolute. No special circuit is required to correct the amount of deviation. Therefore, it is possible to realize it on a small circuit scale. FIG. 16 shows the calculation result in the second embodiment when the encoder signal shown in FIG. 13 is input. The calculation result is obtained when the fundamental wave component intensity a1 is 1, the third harmonic component intensity a3 is −0.094, and the fifth harmonic component intensity a5 is −0.0023. The detection error is about ±0.02 [deg], which is smaller than that when correcting up to the third harmonic of the first embodiment.

また、第２実施形態では５次高調波までの補正方法を示したが、第１実施形態に対する第２実施形態の構成拡張を同様に実施することで、余弦成分ＣＯＳ（ｎθ）、正弦成分（ｎθ）（ｎは正で奇数）の高調波成分の補正が可能である。具体的には、ｎθ回転演算までの回転演算追加と回転方向判別部における判別式の変更である。このように本実施形態では、容易に高次の高調波成分除去可能な逆正接演算を提供できる。 Further, although the correction method up to the 5th harmonic is shown in the second embodiment, the cosine component COS(nθ) and the sine component ( nθ) (n is a positive and odd number) harmonic component can be corrected. Specifically, the rotation calculation is added up to the nθ rotation calculation and the discriminant in the rotation direction discriminating unit is changed. As described above, in the present embodiment, it is possible to provide an arctangent calculation capable of easily removing higher harmonic components.

（第３実施形態）
第３実施形態では、第２実施形態で述べた複数回転演算部６０３の別の構成について説明する。以降の説明では、第２実施形態と異なる点について主に説明する。 (Third Embodiment)
In the third embodiment, another configuration of the multiple rotation calculation unit 603 described in the second embodiment will be described. In the following description, differences from the second embodiment will be mainly described.

（θ回転演算、３θ回転演算、５θ回転演算）
第３実施形態における回転演算も、第１、第２実施形態同様に、ＣＯＲＤＩＣ回転演算の特徴を有しており、繰り返し回転演算回数ｉに対して数式１８に示す回転演算を実行する。 (Θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, 5θ rotation calculation)
The rotation calculation in the third embodiment also has the characteristic of the CORDIC rotation calculation as in the first and second embodiments, and the rotation calculation shown in Formula 18 is executed for the repeated rotation calculation count i.

図８（ａ）に上述θ回転演算の実際の構成ブロックを示す。ここで、第３実施形態では各回転演算を多重化して処理することを特徴としており、θ回転演算、３θ回転演算、５θ回転演算のすべてを、図８（ａ）に示す、各θｉ回転部８０１、８０２、８０３、８０４、８０５で実行する。まず、座標データ切り替え部８０６は、実行する回転演算の回転角に応じて、入力座標を選択して、θｉ回転部８０１出力する。具体的にはθ回転演算の場合はθ回転選択座標データ４４を、３θ回転演算の場合は３θ回転選択座標データ４５を、５θ回転演算の場合は、５θ回転選択座標データ６４を選択する。
FIG. 8A shows an actual constituent block of the θ rotation calculation. Here, the third embodiment is characterized in that each rotation calculation is multiplexed and processed, and all θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, and 5θ rotation calculation are performed in each θi rotation unit shown in FIG. 8A. The steps 801, 802, 803, 804, and 805 are executed. First, the coordinate data switching unit 806 selects input coordinates according to the rotation angle of the rotation calculation to be executed and outputs the θi rotation unit 801. Specifically, the θ rotation selection coordinate data 44 is selected for the θ rotation calculation, the 3θ rotation selection coordinate data 45 is selected for the 3θ rotation calculation, and the 5θ rotation selection coordinate data 64 is selected for the 5θ rotation calculation.

数式１８で示す回転演算は、基準回転回路（式中の回転行列一つ）で構成され、それぞれθｉ回転部８０１、８０２、８０３、８０４、８０５に対応する。ここで各θｉ回転演算部に与えられる回転方向γ１（８１）、γ２（８２）、γ３（８３）、γ４（８４）、γ５（８５）は回転方向制御部８０８によって供給される。この回転方向は、実行する回転演算の回転角（θ回転演算、３θ回転演算、５θ回転演算）に応じて、図８（ｂ）に示すように選択される。 The rotation calculation shown in Expression 18 is composed of a reference rotation circuit (one rotation matrix in the expression) and corresponds to the θi rotation units 801, 802, 803, 804, and 805, respectively. Here, the rotation directions γ1 (81), γ2 (82), γ3 (83), γ4 (84), and γ5 (85) given to the respective θi rotation calculation units are supplied by the rotation direction control unit 808. This rotation direction is selected as shown in FIG. 8B according to the rotation angle (θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, 5θ rotation calculation) of the rotation calculation to be executed.

θ回転演算の場合はγ２とγ４が＋１、γ３とγ５が−１となっている。つまり、基準回転回路のうち４つの回転方向は回転方向δｉとは独立しており、回転方向が打ち消しあう。 In the case of θ rotation calculation, γ2 and γ4 are +1 and γ3 and γ5 are -1. That is, the four rotation directions of the reference rotation circuit are independent of the rotation direction δi, and the rotation directions cancel each other out.

なお、上述固定される回転方向は、第２実施形態と同様に、回転方向が打ち消しあうように決定されればよい。この回転方向の打消しによりθ回転選択座標データ４４に対して５つの基準回転回路を実行しても、実質は回転方向δｉに回転角θｉの回転演算された結果が得られる。 The rotation direction fixed as described above may be determined so that the rotation directions cancel each other, as in the second embodiment. Even if the five reference rotation circuits are executed with respect to the θ rotation selection coordinate data 44 by canceling the rotation direction, the rotation calculation result of the rotation angle θi is substantially obtained in the rotation direction δi.

３θ回転演算の場合はγ４が＋１、γ５が−１となっている。つまり基準回転回路のうち２つの回転方向は回転方向δｉとは独立しており、回転方向が打ち消しあう。 In the case of 3θ rotation calculation, γ4 is +1 and γ5 is -1. That is, two rotation directions of the reference rotation circuit are independent of the rotation direction δi, and the rotation directions cancel each other out.

なお、上述固定される回転方向は、第２実施形態と同様に、回転方向が打ち消しあうように決定されればよい。この回転方向の打消しにより３θ回転選択座標データ４５に対して５つの基準回転回路を実行しても、実質は回転方向δｉに回転角３θｉの回転演算された結果が得られる。 The rotation direction fixed as described above may be determined so that the rotation directions cancel each other, as in the second embodiment. Even if the five reference rotation circuits are executed for the 3θ rotation selection coordinate data 45 by canceling the rotation direction, the rotation calculation result of the rotation angle 3θi in the rotation direction δi is substantially obtained.

５θ回転演算の場合、回転方向は全てδｉとなっているため、５つの基準回転回路の実行により、回転方向δｉに回転角５θｉの回転演算された結果が得られる。 In the case of the 5θ rotation calculation, since all the rotation directions are δi, the result of the rotation calculation of the rotation angle 5θi in the rotation direction δi is obtained by executing the five reference rotation circuits.

以上のようにして、θｉ回転部８０１、８０２、８０３、８０４、８０５の回転方向を、回転演算の回転角に応じて制御することによって、同一のθｉ回転部を用いて、各回転演算（θ、３θ、５θ）が実行可能となる。 As described above, by controlling the rotation directions of the θi rotation units 801, 802, 803, 804, and 805 according to the rotation angle of the rotation calculation, each rotation calculation (θ 3θ, 5θ) becomes feasible.

座標データ保持部８０７は、前述の回転演算結果を保持するとともに、所定の出力線に出力する。具体的にはθ回転演算の演算結果は回転座標データ４８（ＣＯＳθ，ＳＩＮθ）として出力する。３θ回転演算の演算結果は回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）として出力する。また５θ回転演算の演算結果は回転座標データ６５（ＣＯＳ５θ，ＳＩＮ５θ）として出力する。 The coordinate data holding unit 807 holds the above-mentioned rotation calculation result and outputs it to a predetermined output line. Specifically, the calculation result of the θ rotation calculation is output as rotation coordinate data 48 (COSθ, SINθ). The calculation result of the 3θ rotation calculation is output as rotation coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ). The calculation result of the 5θ rotation calculation is output as the rotation coordinate data 65 (COS5θ, SIN5θ).

以上説明した通り、第３実施形態によれば、回転演算の多重化処理を実現することにより、第２実施形態と比較し、回転演算部の回路規模を削減することが可能となる。逆正接の演算精度は第２実施形態と同等である。また第２実施形態同様に、θ回転演算と３θ回転演算ならびに５θ回転演算の基準回転回路の数をそろえており、式７に示した繰り返し回転演算回数ｉ時の基準回転回路一回の実行時の絶対値ズレ量を補正するために特別な回路を必要としない。 As described above, according to the third embodiment, it is possible to reduce the circuit scale of the rotation calculation unit as compared with the second embodiment by implementing the multiplexing processing of the rotation calculation. The calculation accuracy of arctangent is equivalent to that of the second embodiment. Further, as in the second embodiment, the number of reference rotation circuits for θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, and 5θ rotation calculation is the same, and when the reference rotation circuit is executed once when the number of times of repeated rotation calculation shown in Equation 7 is i. No special circuit is required to correct the absolute value deviation amount of.

（第４実施形態）
第４実施形態では、第３実施形態で述べた複数回転演算部６０３内の基準回転角を２種とした構成について説明する。以降の説明では、第３実施形態同様、第２実施形態と異なる点について主に説明する。 (Fourth Embodiment)
In the fourth embodiment, a configuration will be described in which the multiple rotation calculation unit 603 described in the third embodiment has two types of reference rotation angles. In the following description, similar to the third embodiment, points different from the second embodiment will be mainly described.

（θ回転演算、３θ回転演算、５θ回転演算）
第３実施形態における回転演算も、第１、第２実施形態同様に、ＣＯＲＤＩＣ回転演算の特徴を有しており、繰り返し回転演算回数ｉに対して数式１９に示す回転演算を実行する。 (Θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, 5θ rotation calculation)
The rotation calculation in the third embodiment also has the characteristic of the CORDIC rotation calculation as in the first and second embodiments, and the rotation calculation shown in Expression 19 is executed for the repeated rotation calculation number i.

図９（ａ）に上述θ回転演算の実際の構成ブロックを示す。ここで、第４実施形態では各回転演算を多重化して処理することを特徴としている。θ回転演算、３θ回転演算、５θ回転演算のすべては、図９（ａ）に示す、θｉ回転部９０１および２倍角である２θｉ回転部９０２、９０３、で実行される。まず座標データ切り替え部８０６は、実行する回転演算の回転角に応じて、入力座標を選択して、θｉ回転部８０１出力する。具体的にはθ回転演算の場合はθ回転選択座標データ４４を、３θ回転演算の場合は３θ回転選択座標データ４５を、５θ回転演算の場合は、５θ回転選択座標データ６４を選択する。
FIG. 9A shows an actual constituent block of the θ rotation calculation. Here, the fourth embodiment is characterized in that each rotation calculation is multiplexed and processed. The θ rotation calculation, the 3θ rotation calculation, and the 5θ rotation calculation are all executed by the θi rotation unit 901 and the 2θi rotation units 902 and 903 that are double angles, as shown in FIG. 9A. First, the coordinate data switching unit 806 selects input coordinates according to the rotation angle of the rotation calculation to be executed and outputs the θi rotation unit 801. Specifically, the θ rotation selection coordinate data 44 is selected for the θ rotation calculation, the 3θ rotation selection coordinate data 45 is selected for the 3θ rotation calculation, and the 5θ rotation selection coordinate data 64 is selected for the 5θ rotation calculation.

数式１９で示す回転演算は、２つの基準回転回路で構成され、１つ目の基準回転回路は、数式１９の右辺の１つ目の回転行列であり、θｉ回転部９０１に対応する。２つ目の基準回転回路は、数式１９右辺の２つ目、３つ目の回転行列であり、２θｉ回転部９０２、９０３に対応する。ここでθｉ回転部９０１に与えられる回転方向γ１（９１）、ならびに２θｉ回転部９０２、９０３に与えられる回転方向γ２（９２）、γ３（９３）は回転方向制御部８０８によって供給される。この回転方向は、実行する回転演算の回転角（θ回転演算、３θ回転演算、５θ回転演算）に応じて、図９（ｂ）に示すように選択される。 The rotation calculation shown in Expression 19 is composed of two reference rotation circuits, and the first reference rotation circuit is the first rotation matrix on the right side of Expression 19 and corresponds to the θi rotation unit 901. The second reference rotation circuit is the second and third rotation matrices on the right side of Expression 19, and corresponds to the 2θi rotation units 902 and 903. Here, the rotation direction γ1 (91) given to the θi rotation unit 901 and the rotation directions γ2 (92) and γ3 (93) given to the 2θi rotation units 902 and 903 are supplied by the rotation direction control unit 808. This rotation direction is selected as shown in FIG. 9B according to the rotation angle (θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, 5θ rotation calculation) of the rotation calculation to be executed.

θ回転演算の場合はγ２が＋１、γ３が−１となっており、２つの２θｉ回転演算の回転方向が打ち消しあう。 In the case of θ rotation calculation, γ2 is +1 and γ3 is −1, and the two rotation directions of 2θi rotation calculation cancel each other out.

なお、上述固定される回転方向は、第２実施形態と同様に、回転方向が打ち消しあうように決定されればよい。この回転方向の打消しによりθ回転選択座標データ４４に対して実質は回転方向δｉに回転角θｉの回転演算された結果が得られる。 The rotation direction fixed as described above may be determined so that the rotation directions cancel each other, as in the second embodiment. By canceling this rotation direction, the rotation calculation result of the rotation angle θi is substantially obtained in the rotation direction δi with respect to the θ rotation selection coordinate data 44.

３θ回転演算の場合はγ１が−δｉ、γ２とγ３がδｉとなっており、これも回転方向の打消しによって、３θ回転選択座標データ４５に対して実質は回転方向δｉに回転角３θｉの回転演算された結果が得られる。なお、上述固定される回転方向は、第２実施形態と同様に、回転方向が打ち消しあうように決定されればよい。５θ回転演算の場合、回転方向は全てδｉとなっているため、回転方向δｉに回転角５θｉの回転演算された結果が得られる。以上のようにして、θｉ回転部９０１ならびに２θｉ回転部９０２、９０３の回転方向を、回転演算の回転角に応じて制御することによって、同一の回転部を用いても、各回転演算（θ、３θ、５θ）が実行可能となる。座標データ保持部８０７は、前述の回転演算結果を保持するとともに、所定の出力線に出力する。具体的にはθ回転演算の演算結果は回転座標データ４８（ＣＯＳθ，ＳＩＮθ）として出力する。３θ回転演算の演算結果は回転座標データ４９（ＣＯＳ３θ，ＳＩＮ３θ）として出力する。また５θ回転演算の演算結果は回転座標データ６５（ＣＯＳ５θ，ＳＩＮ５θ）として出力する。 In the case of the 3θ rotation calculation, γ1 is −δi, and γ2 and γ3 are δi, and this is also the rotation of the rotation angle 3θi in the rotation direction δi with respect to the 3θ rotation selection coordinate data 45 by canceling the rotation direction. The calculated result is obtained. The rotation direction fixed as described above may be determined so that the rotation directions cancel each other, as in the second embodiment. In the case of the 5θ rotation calculation, since the rotation directions are all δi, the rotation calculation result of the rotation angle 5θi in the rotation direction δi is obtained. As described above, by controlling the rotation directions of the θi rotation unit 901 and the 2θi rotation units 902 and 903 according to the rotation angle of the rotation calculation, even if the same rotation unit is used, each rotation calculation (θ, 3θ, 5θ) becomes feasible. The coordinate data holding unit 807 holds the above-mentioned rotation calculation result and outputs it to a predetermined output line. Specifically, the calculation result of the θ rotation calculation is output as rotation coordinate data 48 (COSθ, SINθ). The calculation result of the 3θ rotation calculation is output as rotation coordinate data 49 (COS3θ, SIN3θ). The calculation result of the 5θ rotation calculation is output as the rotation coordinate data 65 (COS5θ, SIN5θ).

以上説明したとおり第４実施形態によれば、回転演算の多重化処理を実現することにより、第２実施形態と比較し、回転演算部の回路規模を削減することが可能となる。また第３実施形態と比較すると、回転方向制御部の制御信号が削減しており、これも回路規模の削減につながる。 As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to reduce the circuit scale of the rotation calculation unit as compared with the second embodiment by implementing the multiplexing processing of the rotation calculation. Further, compared with the third embodiment, the control signals of the rotation direction control unit are reduced, which also leads to a reduction in circuit scale.

逆正接の演算精度は第２実施形態と同等である。また第２実施形態同様に、θ回転演算と３θ回転演算ならびに５θ回転演算の基準回転回路の数をそろえており、数式７に示した繰り返し回転演算回数ｉ時の基準回転回路一回の実行時の絶対値ズレ量を補正するために特別な回路を必要としない。 The calculation accuracy of arctangent is equivalent to that of the second embodiment. Further, as in the second embodiment, the number of reference rotation circuits for θ rotation calculation, 3θ rotation calculation, and 5θ rotation calculation is the same. No special circuit is required to correct the absolute value deviation amount of.

（その他の実施形態）
上記実施形態では、単一の回転部を複数回の繰り返し回転演算処理操作を行う再帰処理型の構成をとっている。しかしながら、同じ回転演算部内に複数段の回転部を持ち、それらがパイプライン状に接続されて、回転演算処理操作を行うパイプライン処理型の構成でも実現可能である。尚、上述のモータ制御装置をネットワークカメラや製造装置のステージなどの雲台に利用し、雲台の動作の滑らかさを向上させることができる。ネットワークカメラは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、撮像部、雲台、ネットワークインターフェースを備える。 (Other embodiments)
In the above-described embodiment, the recursive processing type configuration is adopted in which a single rotating unit performs repeated rotation calculation processing operations a plurality of times. However, it is also possible to realize a pipeline processing type configuration in which a plurality of stages of rotation units are provided in the same rotation calculation unit, and these are connected in a pipeline to perform a rotation calculation processing operation. The above-mentioned motor control device can be used for a pan head such as a stage of a network camera or a manufacturing apparatus to improve the smoothness of operation of the pan head. The network camera includes a CPU, a ROM, a RAM, an image pickup unit, a platform, and a network interface.

また、上記実施形態では、位置を検出するための２相エンコーダ信号が高調波成分を含む場合を述べてきた。しかしながら、エンコーダ信号に限定されず、高調波成分を含む２相信号全般に適用することも可能である。 Further, in the above embodiment, the case where the two-phase encoder signal for detecting the position includes the harmonic component has been described. However, the present invention is not limited to encoder signals, and can be applied to all two-phase signals including harmonic components.

例えば、三相ブラシレスモータを駆動した場合の駆動電流から、モータ回転角に対応した２相信号を検出することができる。つまり検出した２相信号からＡＴＡＮ処理によってモータ回転角を算出することが可能である。 For example, a two-phase signal corresponding to the motor rotation angle can be detected from the drive current when driving a three-phase brushless motor. That is, the motor rotation angle can be calculated from the detected two-phase signal by ATAN processing.

この２相信号には、高調波成分が重畳することが知られている。よって、本実施形態を適用することで２相信号の高調波成分の影響を除去し、正確なモータ回転角を検出することが可能となる。 It is known that a harmonic component is superimposed on this two-phase signal. Therefore, by applying this embodiment, it is possible to remove the influence of the harmonic components of the two-phase signal and detect the accurate motor rotation angle.

４０１ 回転方向判別部
４０２ 選択部（θ回転演算）
４０３ 選択部（３θ回転演算）
４０４ θｉ回転部
４０５ ３θｉ回転部
４０６ ２θ回転補正部
４０７ 偏角演算部 401 rotation direction determination unit 402 selection unit (θ rotation calculation)
403 Selector (3θ rotation calculation)
404 θi rotation unit 405 3 θi rotation unit 406 2θ rotation correction unit 407 declination calculation unit

Claims (10)

移動体を測定することにより得られた第一の相のアナログ波状信号と第二の相のアナログ波状信号とを取得する取得手段と、
前記第一の相のアナログ波状信号に対して第一の余弦波および当該第一の余弦波よりも高調波である第二の余弦波を用い、前記第二の相のアナログ波状信号に対して第一の正弦波および当該第一の正弦波よりも高調波である第二の正弦波を用いた逆正接の関係式を満たす位相の情報を、反復計算で前記逆正接の関係式に含まれる回転角を収束させることにより算出する算出手段と、を有し、
前記算出手段は、基準回転角の回転演算をする複数の回転演算部を有し、当該複数の回転演算部で前記第一の余弦波と前記第二の余弦波と前記第一の正弦波と前記第二の正弦波とを算出することを特徴とする情報処理装置。 Acquisition means for acquiring the analog wavy signal of the first phase and the analog wavy signal of the second phase obtained by measuring the moving body,
Using a first cosine wave and a second cosine wave that is a higher harmonic than the first cosine wave for the first phase analog wave signal, and for the second phase analog wave signal Phase information satisfying the arctangent relational expression using the first sinusoidal wave and the second sinusoidal wave that is a higher harmonic than the first sinusoidal wave is included in the arctangent relational expression by iterative calculation. And a calculation unit that calculates by converging the rotation angle,
The calculation means has a plurality of rotation calculation units that perform rotation calculation of a reference rotation angle, and the plurality of rotation calculation units generate the first cosine wave, the second cosine wave, and the first sine wave. An information processing device, wherein the second sine wave is calculated. 前記反復計算は、ＣＯＲＤＩＣ演算であることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the iterative calculation is a CORDIC operation. 前記算出手段は、前記ＣＯＲＤＩＣ演算における座標データの絶対値を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項２に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 2, wherein the calculation unit has a correction unit that corrects an absolute value of coordinate data in the CORDIC calculation. 前記算出手段は、前記第一の余弦波と前記第二の余弦波との算出では前記複数の回転演算部それぞれの回転演算の方向を異ならせ、前記第一の正弦波と前記第二の正弦波との算出では前記複数の回転演算部それぞれの回転演算の方向を異ならせることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置。 In the calculation of the first cosine wave and the second cosine wave, the calculation means changes the direction of rotation calculation of each of the plurality of rotation calculation units, and the first sine wave and the second sine wave are calculated. 4. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the direction of rotation calculation of each of the plurality of rotation calculation units is different when calculating the wave. 前記複数の回転演算部は第一の複数の回転演算部と第二の複数の回転演算部とを有し、
前記第一の複数の回転演算部で前記第一の余弦波と前記第一の正弦波とを算出し、
前記第二の複数の回転演算部で前記第二の余弦波と前記第二の正弦波とを算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。 The plurality of rotation calculation units have a first plurality of rotation calculation units and a second plurality of rotation calculation units,
Calculating the first cosine wave and the first sine wave in the first plurality of rotation calculation units,
The information processing apparatus according to claim 1, wherein the second plurality of rotation calculation units calculates the second cosine wave and the second sine wave. 前記第一の余弦波と前記第二の余弦波との算出で、前記複数の回転演算部の内で共通の回転演算部を用い、
前記第一の正弦波と前記第二の正弦波との算出で、前記複数の回転演算部の内で共通の回転演算部を用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。 In the calculation of the first cosine wave and the second cosine wave, a common rotation calculation unit is used among the plurality of rotation calculation units,
5. The calculation of the first sine wave and the second sine wave uses a common rotation calculation unit among the plurality of rotation calculation units, according to any one of claims 1 to 4. The information processing device described. 前記複数の回転演算部の基準回転角には、基本回転角が含まれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the reference rotation angles of the plurality of rotation calculation units include a basic rotation angle. 前記複数の回転演算部の基準回転角には、基本回転角の２倍角が含まれることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の情報処理装置。 The information processing apparatus according to claim 1, wherein the reference rotation angle of each of the plurality of rotation calculation units includes a double angle of a basic rotation angle. 前記移動体は、モータの駆動により可動する可動部であり、
前記位相の情報に基づき、前記モータの駆動を制御する制御手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の情報処理装置。 The moving body is a movable portion that is movable by driving a motor,
9. The information processing apparatus according to claim 1, further comprising a control unit that controls driving of the motor based on the phase information. 取得手段が、移動体を測定することにより得られた第一の相のアナログ波状信号と第二の相のアナログ波状信号とを取得する取得工程と、
算出手段が、前記第一の相のアナログ波状信号に対して第一の余弦波および当該第一の余弦波よりも高調波である第二の余弦波を用い、前記第二の相のアナログ波状信号に対して第一の正弦波および当該第一の正弦波よりも高調波である第二の正弦波を用いた逆正接の関係式を満たす位相の情報を、反復計算で前記逆正接の関係式に含まれる回転角を収束させることにより算出する算出工程と、を有し、
前記算出手段は、基準回転角の回転演算をする複数の回転演算部を有し、前記算出工程において、当該複数の回転演算部で前記第一の余弦波と前記第二の余弦波と前記第一の正弦波と前記第二の正弦波とを算出することを特徴とする情報処理方法。 Acquisition means, an acquisition step of acquiring the analog wavy signal of the first phase and the analog wavy signal of the second phase obtained by measuring the moving body,
The calculating means uses a first cosine wave and a second cosine wave that is a higher harmonic than the first cosine wave for the analog wave signal of the first phase, and calculates the analog wave shape of the second phase. The information of the phase satisfying the relational expression of the arctangent using the first sinusoidal wave and the second sinusoidal wave that is a higher harmonic wave than the first sinusoidal wave with respect to the signal is obtained by iterative calculation and the arctangent relationship A calculation step of calculating by converging the rotation angle included in the formula,
The calculation means includes a plurality of rotation calculation units that perform rotation calculation of a reference rotation angle, and in the calculation step, the plurality of rotation calculation units include the first cosine wave, the second cosine wave, and the second cosine wave. An information processing method comprising calculating one sine wave and the second sine wave.