JPH0368869A - Speed detector - Google Patents
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- JPH0368869A JPH0368869A JP20536789A JP20536789A JPH0368869A JP H0368869 A JPH0368869 A JP H0368869A JP 20536789 A JP20536789 A JP 20536789A JP 20536789 A JP20536789 A JP 20536789A JP H0368869 A JPH0368869 A JP H0368869A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は速度検出装置、特に回転体の低速域における速
度をデジタル的に検出する速度検出装置の改良に関する
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a speed detection device, and particularly to an improvement in a speed detection device that digitally detects the speed of a rotating body in a low speed range.
[従来の技術]
背景技術
ロボットやNCコントローラなどのメカトロニクスの分
野では、直流モータや^Cモータなどの各種サーボモー
タが広く用いられている。このよう分野において、その
制御特性を高めるためには、サーボモータなどの回転体
速度を正確に検出し、その検出値に基づく制御を行うこ
とが必要とされる。[Prior Art] Background Art In the field of mechatronics such as robots and NC controllers, various servo motors such as DC motors and C motors are widely used. In such fields, in order to improve the control characteristics, it is necessary to accurately detect the speed of a rotating body such as a servo motor and perform control based on the detected value.
従来、この種の回転体速度検出装置としては種々のもの
が提案されており、特に、その回転検出部として、小型
で、しかもマイクロプロセッサとのインターフェースが
容易なロータリエンコーダ(特にインクリメンタル型)
を用いたものが一般的である(以後、インクリメンタル
型のロータリエンコーダのことを単にエンコーダと記す
)。Conventionally, various types of rotating body speed detection devices have been proposed, and in particular, rotary encoders (particularly incremental type) that are small and easy to interface with a microprocessor are used as the rotation detection section.
(hereinafter, an incremental rotary encoder will be simply referred to as an encoder).
前記エンコーダは、基本的には、測定対象となる回転体
に結合される。そして、回転体が所定角度回転する毎に
、エンコーダからは90°位相の異なるA相とB相の基
本パルスが出力される。The encoder is basically coupled to a rotating body to be measured. Then, every time the rotating body rotates by a predetermined angle, the encoder outputs A-phase and B-phase basic pulses having a phase difference of 90°.
速度検出装置では、エンコーダから出力されるパルス数
を増加させるため、前記A相とB相の基本パルスの立ち
上がり及び立ち下がりに同期して逓倍パルスを発生させ
ることが通常行われる。この逓倍パルスは、基本パルス
−周期あたり合計4個出力されることになり、単に基本
パルスのみを用いる場合に比べ、低速域での分解能を上
げ、その速度検出精度を高めることができる。In speed detection devices, in order to increase the number of pulses output from the encoder, multiplied pulses are usually generated in synchronization with the rising and falling edges of the A-phase and B-phase basic pulses. A total of four multiplied pulses are output per basic pulse period, and as compared to the case where only basic pulses are used, the resolution in the low speed range can be improved and the speed detection accuracy can be improved.
そして、従来の速度検出は、回転体の回転に伴ない発生
する逓倍パルス数を一定時間ごとに計数し、その計数値
に比例した速度を求めることにより行われる。Conventional speed detection is performed by counting the number of multiplied pulses generated as the rotating body rotates at regular intervals, and determining a speed proportional to the counted value.
しかし、このような速度検出装置は、発生パルス数が多
い高速回転域では正確な速度検出がができる半面、発生
パルス数の減少する低速回転域では、速度検出精度が極
端に低下してしまう。However, while such a speed detection device can accurately detect the speed in a high speed rotation range where the number of generated pulses is large, the speed detection accuracy is extremely degraded in a low speed rotation range where the number of generated pulses decreases.
このため、発生パルス数が減少する低速回転域における
速度検出は、逓倍パルスの発生時間間隔を測定すること
によりに行っていた。For this reason, speed detection in a low-speed rotation range where the number of generated pulses decreases has been carried out by measuring the generation time interval of the multiplied pulses.
従来技術
しかし、このような速度検出では、逓倍パルス発生頻度
が小さい低速回転域での検出精度が低い。Prior Art However, such speed detection has low detection accuracy in a low speed rotation range where the frequency of multiplied pulse generation is low.
このため、なんらかの推定、4揮により逓倍パルスが無
い時点での速度を推定し低速域での分解能を高めた速度
検出装置についての提案も為されている。For this reason, proposals have been made for a speed detection device that uses some kind of estimation or 4V to estimate the speed at the time when there is no multiplied pulse and improves the resolution in the low speed range.
このタイプの速度検出装置は、大きく分けてアナログ的
手法を用いたものと、デジタル的手法を用いたものとが
ある。This type of speed detection device can be broadly divided into those using an analog method and those using a digital method.
アナログ的手法を用いた速度検出装置としては、例えば
特開昭82−182988号公報にかかる提案が知られ
ている。この従来技術は、高精度正弦波エンコーダの位
相角を利用して低速域分解能を高めているが、アナログ
部を含むため、経時変化があることや、装置が高価で大
きくなってしまうという問題がある。As a speed detection device using an analog method, a proposal disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 182988/1982 is known. This conventional technology uses the phase angle of a high-precision sine wave encoder to improve low-speed resolution, but since it includes an analog section, it suffers from changes over time and the equipment is expensive and large. be.
また、デジタル的手法を用いた速度検出装置は、前記ア
ナログ的手法を用いた場合のような問題はないが、逓倍
パルスのデユーティそのものにエンコーダの温度変化、
経時変化などに起因する大きな誤差要因が含まれるため
、これを補正しなければ良好な分解能が得られないとい
う問題がある。In addition, speed detection devices using digital methods do not have the same problems as those using analog methods, but the duty of the multiplied pulses itself is affected by temperature changes in the encoder.
Since this includes large error factors caused by changes over time, there is a problem in that good resolution cannot be obtained unless these are corrected.
すなわち、エンコーダから出力されるA相及びB相の基
本パルスは、そのデユーティ比が50=50になるよう
に設定されている。しかし、エンコーダの温度変化、経
時変化など各種の原因により、前記デユーティ比は正確
には50 : 50にならない場合が多い。That is, the A-phase and B-phase basic pulses output from the encoder are set so that their duty ratios are 50=50. However, due to various causes such as changes in temperature of the encoder and changes over time, the duty ratio is often not exactly 50:50.
従って、デジタル的手法を用いた速度検出装置では、パ
ルスデューティそのものに含まれる誤差をなんらかの手
段によって補正することが正確な速度検出を行う上で重
要な課題となり、この為の提案として、従来より次の■
、■に示す提案が為されている。Therefore, in a speed detection device using a digital method, correcting the error included in the pulse duty itself by some means is an important issue for accurate speed detection. ■■
The proposals shown in , ■ have been made.
■:まず、特開昭83−49807. E13−498
08゜[13−49809号にかかる提案では、正規運
転前に予め定速回転測定値を求めておき、これに基づい
た補正パルスデューティにより低速域での速度を求める
よう構成されている。■: First, JP-A-83-49807. E13-498
In the proposal according to No. 13-49809, a constant speed rotation measurement value is obtained in advance before regular operation, and a speed in a low speed range is obtained by a correction pulse duty based on this.
■:また、特開昭59−225355号にかかる提案で
は、A相及びB相の基本パルスから、その立上がり基本
周期と立下がり基本周期を計測し、逓倍パルス発生前の
最後にカウントされた基本周期に基づき低速域の速度を
求めるよう構成されている(ここでいう基本周期とは、
エンコーダから出力される基本パルスの周期であり、逓
倍パルスの周期ではない)。■: Also, in the proposal in JP-A No. 59-225355, the rising fundamental period and falling fundamental period are measured from the A-phase and B-phase fundamental pulses, and the last counted fundamental period before the multiplication pulse is generated. It is configured to calculate the speed in the low speed range based on the period (the basic period here is
(This is the period of the basic pulse output from the encoder, not the period of the multiplied pulse).
[発明が解決しようとする問題点]
しかし、前記■で述べた従来技術では、全てのエンコー
ダに対し予め低速回転測定を行い、補正データを初期デ
ータとして求めておく必要があり、また長期間動作した
場合の経時変化に対し、初期データでは十分な補正がで
きないという問題があった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the prior art described in item (2) above, it is necessary to perform low-speed rotation measurements on all encoders in advance and obtain correction data as initial data, and it is necessary to obtain correction data as initial data. There was a problem in that the initial data could not sufficiently correct for changes over time.
また、前記■にかかる従来技術では、周期性を利用して
パルスデューティの補正はできるものの、サンプリング
区間に一個の逓倍パルス発生もないような低速域では、
最後にカウントされた基本周期が次のパルス発生がある
までホールドされるため、速度検出の応答性が悪化する
という問題があった。In addition, in the conventional technology related to (2) above, although it is possible to correct the pulse duty using periodicity, in a low-speed region where there is no multiplied pulse in the sampling period,
Since the last counted fundamental period is held until the next pulse is generated, there is a problem in that the responsiveness of speed detection deteriorates.
[発明の目的]
本発明は、このような従来の課題に鑑み為されたもので
あり、その目的は、
■経時変化があり高価で複雑なアナログ的手法を用いず
、
■パルスデューティごとの影響を受けにくく、■しかも
サンプリング区間に一個の逓倍パルスも発生しないよう
な低速域でも、回転体の速度検出を応答性良く高精度で
行うことが可能な速度検出装置を提供することにある。[Purpose of the Invention] The present invention has been made in view of such conventional problems, and its purpose is to: ■ eliminate the use of expensive and complicated analog methods that change over time; To provide a speed detecting device which is not easily affected by the noise and can detect the speed of a rotating body with good responsiveness and high precision even in a low speed range where not even a single multiplied pulse is generated in a sampling period.
[問題点を解決するための手段]
前記目的を達成するため、本発明は、
回転体の回転位置が所定単位置変化する毎に、互いに9
0度位相が異なるA相およびB相の基本パルスを発生す
るパルス発生手段と、
前記基本パルスの一周期の間に、各基本パルスの立上り
および立下りに同期した合計4個の逓倍パルスを発生す
る逓倍パルス発生手段と、前記A相およびB相の基本パ
ルスに基づき、回転体の回転方向を検出する回転方向検
出手段と、前記逓倍パルス発生手段の最終逓倍パルス出
力時からの経過時間を経過時間情報として測定すると共
に、最近5個の逓倍パルスのパルス間隔情報を順次更新
記憶する逓倍パルス情報観測手段と、前記回転方向検出
手段から出力される回転体の回転方向情報と、前記逓倍
パルス情報観測手段から出力される最終逓倍パルス発生
時からの経過時間情報と最近5個のパルス間隔情報とを
、低速域における加速度が一定であるとの仮定、前記パ
ルス発生手段内における波形の周期条件、パルス位相角
保存条件から導出された所定の速度演算式とに基づいて
低速域での速度を演算出力する低速域速度演算手段と、
を含み、回転体の低速回転域での応答性が好く、しかも
逓倍パルス信号のデユーティ誤差を補償した速度検出を
行うものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides the following features: Each time the rotational position of the rotating body changes by a predetermined single position,
a pulse generating means for generating A-phase and B-phase basic pulses having different phases by 0 degrees, and generating a total of four multiplied pulses in synchronization with the rising and falling edges of each basic pulse during one period of the basic pulse; a rotational direction detection means for detecting the rotational direction of the rotary body based on the A-phase and B-phase basic pulses; and an elapsed time elapsed since the multiplication pulse generation means outputs the final multiplied pulse. Multiplied pulse information observation means for measuring as time information and sequentially updating and storing pulse interval information of the last five multiplied pulses, rotational direction information of the rotating body output from the rotational direction detection means, and multiplied pulse information The elapsed time information from the time when the final multiplied pulse was generated and the last five pulse interval information outputted from the observation means are based on the assumption that the acceleration in the low speed range is constant, the periodic conditions of the waveform in the pulse generation means, low-speed range speed calculation means for calculating and outputting a speed in a low-speed range based on a predetermined speed calculation formula derived from a pulse phase angle preservation condition; Moreover, the speed detection is performed while compensating for the duty error of the multiplied pulse signal.
[発明の原理コ
次に本発明の詳細な説明する。なお、説明の関係上、回
転体の回転角速度を速度、回転角加速度を加速度、逓倍
前の基本パルスの周期を基本周期と記す。[Principle of the Invention] Next, the present invention will be explained in detail. For convenience of explanation, the rotational angular velocity of the rotating body will be referred to as speed, the rotational angular acceleration will be referred to as acceleration, and the period of the basic pulse before multiplication will be referred to as basic period.
基本パルス
本発明では、回転体の回転位置が所定単位置変化するご
とに、パルス発生手段から互いに90゜位相の異なるA
iII及びB相の基本パルスが出力される。このよう
なパルス発生手段としては、必要に応じ各種のものを用
いることができるが、最も一般的なタイプのパルス発生
手段としては、磁気的あるいは光学的ロータリエンコー
ダが用いられる。Basic pulse In the present invention, each time the rotational position of the rotating body changes by a predetermined single position, the pulse generating means generates A with a phase difference of 90° from each other.
Basic pulses of iII and B phases are output. Various types of pulse generating means can be used as required, but the most common type of pulse generating means is a magnetic or optical rotary encoder.
第7図には、光学式のエンコーダの一例が示され、被測
定対象となる回転体には回転ディスク10が取付は固定
され、この回転ディスク10の周囲には一定間隔で複数
の細孔12が穿設されている。そして、この回転ディス
ク10の両側には光源14と、受光素子18a、18b
が対向配置され、光源14から回転ディスク10の細孔
12へ向けた投光は、固定スリット16を介し受光素子
1.8a、1.8bに90°位相の異なる光と【7て受
光されるよう構成されている。FIG. 7 shows an example of an optical encoder, in which a rotating disk 10 is fixedly attached to a rotating body to be measured, and a plurality of pores 12 are formed around the rotating disk 10 at regular intervals. is drilled. A light source 14 and light receiving elements 18a and 18b are provided on both sides of the rotating disk 10.
are arranged facing each other, and the light emitted from the light source 14 toward the pore 12 of the rotating disk 10 is received by the light receiving elements 1.8a and 1.8b through the fixed slit 16 with light having a 90° phase difference [7]. It is configured like this.
従って、回転ディスク10の回転に伴い、受光素子18
a、18bからは90度位相の異なる正弦波電気信号が
出力され、この信号は波形整形回路20a、20bを用
い90°位相の累なるA相及びBMJの基本パルス1.
00 A及び100Bとして出力される。Therefore, as the rotating disk 10 rotates, the light receiving element 18
A and 18b output sinusoidal electrical signals with a phase difference of 90 degrees, and this signal is converted into the A-phase and BMJ fundamental pulses 1.
Output as 00A and 100B.
逓倍パルス
第8図には、このようにして出力されるA相及びB相の
基本パルス100A、100Bが示されている。逓倍パ
ルス発生手段は、このようにして出力されるA相及びB
相の基本パルス100A。Multiplied Pulse FIG. 8 shows the A-phase and B-phase basic pulses 100A and 100B output in this manner. The multiplied pulse generation means outputs the A phase and B phase output in this way.
Phase basic pulse 100A.
100Bの立上がり及び立下がりに同期して逓倍パルス
200を出力する。従って、基本パルス100の一周期
の間に、同図に示すよう合計4個の逓倍パルス200が
出力されることになる。A multiplied pulse 200 is output in synchronization with the rise and fall of 100B. Therefore, during one cycle of the basic pulse 100, a total of four multiplied pulses 200 are output as shown in the figure.
第9図には、前記逓倍パルス200が示されている。同
図に示すよう、逓倍パルス発生手段から出力される逓倍
パルスの時間間隔は、パルスが新しい方から過去に向っ
て順にt [01,t [1]、 t [2]・・・と
表すことにする。In FIG. 9, the multiplied pulse 200 is shown. As shown in the figure, the time intervals of the multiplied pulses output from the multiplied pulse generation means are expressed as t [01, t [1], t [2], etc. in order from the newest pulse to the past. Make it.
また、各逓倍パルスt [01,t [11,t [2
]・・・に対応する基本パルス100の基本周期は、次
式に基づき新しい方から過去に向って順にt) [0]
、p [1]。Moreover, each multiplied pulse t [01, t [11, t [2
]... The basic periods of the basic pulses 100 corresponding to t) [0] in order from the newest to the past based on the following formula:
, p[1].
p[2]・・・で表すことにする。Let it be expressed as p[2]...
p[i] =t [1] + t [1+1]+ t
[1+2]+ t [l+3]但し、i −0,1,2
、・・・
・・・ (1)
すなわち、逓倍パルスは基本パルス−周期あたり合計4
個出力される。従って、逓倍パルス200−iに対応し
t二基水パルス100の周期は、前記第(1)式に示す
よう逓倍パルス4個分の合計値として得られることが理
解される。p[i] = t [1] + t [1+1] + t
[1+2] + t [l+3] However, i -0,1,2
,... (1) In other words, the multiplied pulse is the basic pulse - a total of 4 per period
will be output. Therefore, it is understood that the period of the t-base water pulse 100 corresponding to the multiplied pulse 200-i is obtained as the total value of four multiplied pulses, as shown in equation (1) above.
また、第9図に示すよう、逓倍パルス発生手段から最後
の逓倍パルス200−0が出力された時点から現在まで
の経過時間tは、経過時間情報(t−f’reerun
)として表す。Further, as shown in FIG. 9, the elapsed time t from the time when the last multiplied pulse 200-0 is outputted from the multiplied pulse generating means to the present time is determined by the elapsed time information (t-f'reerun).
).
前述したように、従来の速度検出技術では、このように
して得られた逓倍パルス200のパルス数をカウントし
、またそのパルス間隔に基づき速度の検出を行っていた
。しかし、このようにして得られた逓倍パルス列には、
前述したようにデユーティ誤差が含まれているので、例
え回転速度が一定であっても各逓倍パルス200−0,
200−1・・・のパルス間隔t [0]、 t [1
1,t [2]、 t [3]。As described above, in the conventional speed detection technique, the number of multiplied pulses 200 thus obtained is counted, and the speed is detected based on the pulse interval. However, the multiplied pulse train obtained in this way has
As mentioned above, since the duty error is included, even if the rotation speed is constant, each multiplied pulse 200-0,
Pulse interval t[0], t[1] of 200-1...
1, t [2], t [3].
t[4]は等しい値にはならない。このようなデユーテ
ィ誤差を生ずる主要な原因は、例えば第7図に示すエン
コーダの受光素子18a、18bから出力される正弦波
及び余弦波の出力レベルや、波形整形回路20a、20
bにおいて基本パルス100A、100Bを出力するた
めに用いるスレッシュドレベルが、温度や経時変化によ
り変動するためである。t[4] will not have equal values. The main causes of such a duty error are, for example, the output levels of the sine waves and cosine waves output from the light receiving elements 18a and 18b of the encoder shown in FIG. 7, and the waveform shaping circuits 20a and 20.
This is because the threshold level used to output the basic pulses 100A and 100B in b varies depending on temperature and changes over time.
デユーティ誤差対策
本発明者は、逓倍パルス列に含まれるこのようなデユー
ティ誤差について検討したところ、デユーティ誤差が含
まれる逓倍パルス列であっても、次の(a)、(b)で
述べる性質は変わらないことを見出した。Countermeasures for Duty Error The present inventor studied such duty errors included in a multiplied pulse train, and found that even if the multiplied pulse train includes a duty error, the properties described in (a) and (b) below do not change. I discovered that.
なお、以下でいう時間軸・回転角度軸は機械的な軸を示
すのではなく、デカルト座標系における軸の意味に対応
しており、独立変数時間に対応して現象を観測したこと
を時間軸から見ればの意味で用いる。回転角度軸につい
ても同様である。Note that the time axis and rotation angle axis mentioned below do not indicate mechanical axes, but correspond to the meaning of the axes in the Cartesian coordinate system, and the time axis represents the observation of a phenomenon corresponding to the independent variable time. It is used in the sense of looking from. The same applies to the rotation angle axis.
ここで、わざわざ回転角度軸と時間軸を区別しているの
は、以下に提案した速度推定法が速度の時間的変化も考
慮しているため(つまりΔθ≠K・Δt;には定数)で
ある。速度を求めるとは、回転角度(軸)と時間(軸)
の関係をどのように対応させるかということになる。定
速度であれば回転角度軸と時間軸は比例関係となる。Here, we purposely distinguish between the rotation angle axis and the time axis because the speed estimation method proposed below also takes into account temporal changes in speed (that is, Δθ≠K・Δt; is a constant). . Finding speed means rotation angle (axis) and time (axis)
The question is how to deal with the relationship between If the speed is constant, the rotation angle axis and the time axis will have a proportional relationship.
エンコーダ構造に固有の特性は、回転角度軸に対して表
現される。一方、パルス情報は時間軸に沿って観測され
る。この点、以下に説明している2つの条件は、エンコ
ーダの構造的性質に着目したものであるため回転角度軸
に関する表現になっている。Characteristics specific to the encoder structure are expressed relative to the angular axis of rotation. On the other hand, pulse information is observed along the time axis. In this regard, the two conditions described below focus on the structural properties of the encoder, and are therefore expressed regarding the rotation angle axis.
(a):エンコーダ(パルス発生装置)白波形の周期条
件
定速回転時において、基本パルス1−00の基本周期p
は、回転角度軸θ上から見ればほぼ一定に保たれる。(a): Encoder (pulse generator) white waveform period condition At constant speed rotation, basic period p of basic pulse 1-00
is kept almost constant when viewed from above the rotation angle axis θ.
すなわち、回転体が定速回転している場合においても、
逓倍パルスにはデユーティ誤差が含まれるが、基本パル
ス100そのものの基本周期pは、このような誤差を含
まず回転角度軸θ上から見ればほぼ一定に保たれる(第
11図(A)参照)。In other words, even when the rotating body is rotating at a constant speed,
Although the multiplied pulse includes a duty error, the fundamental period p of the fundamental pulse 100 itself does not include such an error and remains almost constant when viewed from the rotation angle axis θ (see Fig. 11 (A)). ).
例えば、第13図に示すよう受光素子18a。For example, a light receiving element 18a as shown in FIG.
18bから出力されるA相とB相の信号の正弦波状波形
の大きさが等しい場合を考えよう。4逓倍パルスが発生
するのは正弦波状波形とパルス化のスレッショルドレベ
ルが交叉する点である(図中の・点)。Let us consider a case where the magnitudes of the sinusoidal waveforms of the A-phase and B-phase signals output from the 18b are equal. The quadrupled pulse is generated at the point where the sinusoidal waveform and the pulsing threshold level intersect (point in the figure).
元々のA相、B相のスレッショルドレベルが正確にLe
vel Oであれば、4逓倍パルスが発生して次に発生
するまでの区間に対応するΔθ’ [1]。The original threshold levels of A phase and B phase are exactly Le.
If vel O, Δθ' [1] corresponds to the interval from the generation of the quadrupled pulse until the next generation.
Δθ’ [l+1]、Δθ’ [142]、Δθ’ [
143]は共に等し く 、 Δ θ ′
[l ] −Δ θ ’ [l+1]
−Δ θ ’ [l+2]−Δθ’ [l
+3]である。つまり、デユーティ誤差のない状態であ
る。Δθ' [l+1], Δθ' [142], Δθ' [
143] are both equal and Δ θ ′
[l] −Δθ' [l+1]
-Δθ'[l+2]-Δθ' [l
+3]. In other words, there is no duty error.
次に誤差が出た場合を考える。A相、B相のスレッショ
ルドレベルがLevel A、 Level Bに変化
したとすれば、対応して角度変位は図のようにΔθ[l
]、Δθ[1+l] 、Δθ[1+21 、Δθ[1+
3]と不均等に変化してしまい、デユーティ誤差が発生
することになる。しかし、この場合正弦波状波形の基本
周期に着目すれば、スレッショルドレベルの変動の影響
を受けないことがわかる。Next, consider the case where an error occurs. If the threshold levels of A phase and B phase change to Level A and Level B, the corresponding angular displacement becomes Δθ[l as shown in the figure.
], Δθ[1+l], Δθ[1+21, Δθ[1+
3], which causes a duty error to occur. However, in this case, if we pay attention to the fundamental period of the sinusoidal waveform, it can be seen that it is not affected by fluctuations in the threshold level.
これをA相に対して示せば、基本周期(角度)ΔPθ[
I]−
Δθ[1]+Δθ[141]+Δθ[142]+Δθ[
1+3]はほぼ一定に保たれることに相当する。If this is shown for phase A, the fundamental period (angle) ΔPθ[
I] − Δθ[1] + Δθ[141] + Δθ[142] + Δθ[
1+3] corresponds to being kept almost constant.
(b):パルス位相角保存条件
基本パルス100の基本周期p内において発生する4つ
の逓倍パルス間隔の比率(デユーティ比率)、自体は、
回転角度軸に沿って観測すれば、各近傍ではほぼ一定に
保たれる。つまり、角度軸上で一基本周期ずれて観測さ
れるパルス位相角は保存されることになる。(b): Pulse phase angle preservation condition The ratio of four multiplied pulse intervals (duty ratio) occurring within the basic period p of the basic pulse 100 is itself:
If observed along the rotation angle axis, it remains approximately constant in each neighborhood. In other words, the pulse phase angle observed with a shift of one fundamental period on the angular axis is preserved.
これはスレッショルドレベルが変化しても、1基本周期
(角度)ずれたパルス間隔(角度)変位分がほぼ保存さ
れることを意味しており、第13図で示せば、
Δθ[1+3] −Δ θ[1−1]Δ θ [1+
2] −Δ θ [i−2]Δ θ [1+1]
−Δ θ [i−3]なる関係に対応する。This means that even if the threshold level changes, the pulse interval (angle) displacement by one fundamental period (angle) is almost preserved, and as shown in Figure 13, Δθ[1+3] −Δ θ[1-1]Δ θ[1+
2] −Δ θ [i−2] Δ θ [1+1]
This corresponds to the relationship -Δ θ [i-3].
以上の(a)、(b)の議論は、正弦波状波形の大きさ
がA、B相で等しい場合について説明したが、第14図
のように波形の大きさが変化した場合でも同様であり、
さらにスレッショルドレベルと波形の大きさが共に変化
した場合にも当てはまる。The above discussion of (a) and (b) has been explained for the case where the magnitude of the sinusoidal waveform is equal in the A and B phases, but the same applies even when the magnitude of the waveform changes as shown in Fig. 14. ,
This also applies when both the threshold level and the waveform size change.
速度演算式
本発明者らは、このような(a)、(b)で示す性質に
着目して、以下に述べる速度演算のための手法を確立し
た。Speed Calculation Formula The present inventors focused on the properties shown in (a) and (b) and established the method for speed calculation described below.
■:まず、対象とする系の時間変化を、次の逓倍パルス
が発生する迄の区間で等加速度αと仮定する。(2): First, it is assumed that the time change in the target system is a constant acceleration α in the interval until the next multiplied pulse is generated.
低速時は、例えばサーボ系の位置が目標に近付いている
ような状況であるから、この仮定は無理ではない。つま
り、最後に逓倍パルスが発生した時点を時間原点1−0
に取れば、等加速度αを仮定した場合の時刻tにおける
角度θは次式(2)で表され、また速度V#は次式(3
)で表される。At low speeds, for example, the position of the servo system is close to the target, so this assumption is not unreasonable. In other words, the time point when the last multiplied pulse occurs is the time origin 1-0
If we assume a constant acceleration α, the angle θ at time t is expressed by the following equation (2), and the velocity V# is expressed by the following equation (3).
).
θ−(α/2)・t2+β・t+θ。θ−(α/2)・t2+β・t+θ.
(2)
■、 −α ◆ t +β
・・・ (3)■:ここで、我々が観測できるのは、第
11図(B)に示すように、時間軸に沿ってのパルス数
、パルス間隔であり、第11図(A)に示す回転角度軸
に沿っては直接観測することはできない。(2) ■, −α ◆ t +β
... (3) ■: Here, what we can observe is the number of pulses and the pulse interval along the time axis, as shown in Figure 11 (B), and as shown in Figure 11 (A). Direct observation is not possible along the rotation angle axis shown.
つまり、回転運動が等速でない場合、第11図(A)に
示す回転角度軸上での波形と、同図(B)で示す時間軸
上での波形は異なったものとなる。In other words, if the rotational motion is not constant, the waveform on the rotation angle axis shown in FIG. 11(A) and the waveform on the time axis shown in FIG. 11(B) will be different.
このため、このような波形から得られる逓倍パルスのパ
ルス間隔も当然異なったものとなり、回転体の実際の回
転角と時間との対応は第12図に示す関係になる。Therefore, the pulse intervals of the multiplied pulses obtained from such a waveform naturally become different, and the correspondence between the actual rotation angle of the rotating body and time becomes the relationship shown in FIG. 12.
この場合、前記(2)式、(3)式の定数α。In this case, the constant α in equations (2) and (3) above.
βを求めるには、前述したデユーティ誤差の性質(a)
、(b)を利用して次のような演算を行えばよい。In order to find β, the above-mentioned duty error property (a) is used.
, (b) may be used to perform the following calculations.
(a’) :エンコーダ内波形の周期条件前記(a)
の条件を前記(2)式の等加速度運動の場合に適用する
と、次式(4)が得られる。(a'): Cycle condition of encoder internal waveform (a) above
When the condition is applied to the case of constant acceleration motion of the above equation (2), the following equation (4) is obtained.
(2r / N) ・revol[O]−一(α /2
)・ (+)[0]) ’ + β ・ (p
[口])・・・ (4)
ここで
p[0コ − t [01+ t [13+
t [2] +t [3]p[l] =t[1
] +t[2] +t[31+t[41revol
[0] : t [01に対応する回転方向(正方向+
1.負方向−1)
N:エンコーダ1回転当り発生基本パルス数(逓倍前)
を表わす。(2r/N) ・revol[O]-1(α/2
)・ (+)[0]) ' + β・ (p
[mouth])... (4) Here p[0ko - t [01+ t [13+
t[2] +t[3]p[l] =t[1]
] +t[2] +t[31+t[41revol
[0] : Rotation direction corresponding to t [01 (positive direction +
1. Negative direction -1) N: Represents the basic number of pulses generated per encoder rotation (before multiplication).
すなわち、回転ディスク10の一回転あたり、波形整形
回路20aから例えばN個の基本パルス]−00Aが発
生するとする。このとき、基本パルス〕00Aの一周期
p[0]に対応する回転ディスク10の回転位置変位量
は前記第(4)式の左辺で表されることになる。That is, it is assumed that, for example, N basic pulses]-00A are generated from the waveform shaping circuit 20a per revolution of the rotating disk 10. At this time, the amount of rotational position displacement of the rotary disk 10 corresponding to one period p[0] of the basic pulse]00A is expressed by the left side of equation (4).
また、前述したよう回転体が等加速度運動をしていると
仮定すると、前記基本パルス100Aの基本周期p[0
]内における回転体の回転位置変位量は、前記第(4)
式の右辺で表されることになる。Furthermore, assuming that the rotating body is moving at a constant acceleration as described above, the fundamental period p[0
] The amount of rotational position displacement of the rotating body within
It will be expressed on the right side of the equation.
従って、前記(a)の条件を等加速度運動の場合に適用
すれば、前記(4)式を得られることが理解されよう。Therefore, it will be understood that if the condition (a) above is applied to the case of uniformly accelerated motion, the above equation (4) can be obtained.
(b’) :パルス位相角保存条件
また、前記(b)の条件を前記(2)式の等加速度運動
の場合に適用すると、次式(5)が得られる。(b'): Pulse phase angle preservation condition Further, when the condition (b) is applied to the case of uniform acceleration motion of the above equation (2), the following equation (5) is obtained.
−(α/2) ・ t[0]” +β ・ t[0]
−(α/ 2 ) (p [012−(p [1
]+t [01)” )+β ・ t[4]
・・・ (5)
すなわち、前記(5)式の左辺は、第9図に示す逓倍パ
ルス200−1−が出力されてから次の逓倍パルス20
0−0が出力されるまでの間の回転体の角度変化量を表
している。−(α/2)・t[0]” +β・t[0]
-(α/2) (p[012-(p[1
]+t[01)")+β・t[4]... (5) In other words, the left side of the above equation (5) is the output of the next multiplied pulse after the multiplied pulse 200-1- shown in FIG. 9 is output. 20
It represents the amount of change in angle of the rotating body until 0-0 is output.
また、前記第(5〉式の右辺は、逓倍パルス200−4
が出力されてから200−0が出力されるまでの間の角
度変化量を、逓倍パルス200−5が出力されてから逓
倍パルス200−0が出力されるまでの間の角度変化量
から引いた値であり、この値は逓倍パルス200−5と
逓倍パルス200−4の間の角度変化量になる。In addition, the right side of the above equation (5) is the multiplied pulse 200-4
The amount of change in angle between when is output and when 200-0 is output is subtracted from the amount of change in angle between when multiplied pulse 200-5 is output and when multiplied pulse 200-0 is output. This value is the amount of angular change between the multiplied pulses 200-5 and 200-4.
従って、条件(b)パルス位置角保存条件より前記第(
5)式の左辺と右辺は等しい値となり、開式が成立する
ことが理解される。Therefore, from condition (b) pulse position angle preservation condition, the above-mentioned (
5) It is understood that the left and right sides of the equation have equal values, and the open equation holds true.
このようにして求めた(4)、(5)式から定数a、β
を求め、これを前記第(2)式に代入することにより、
最後のパルス200−0が出力されてからt時間(t
−freerunで表す)が経過した時点の速度をV、
は、次式(6)で与えられることになる。From equations (4) and (5) obtained in this way, the constants a and β
By finding and substituting this into the above equation (2),
Time t (t
−freerun) has elapsed, V,
is given by the following equation (6).
V e = (2r /4N) ・revof[0]
・l(t[4]=t[0])・「reerun+p[0
]2+2t[4]・ p[0]=t[4]21/ [p
[0]・p〔1〕・(t[ol+t[4])1・・・
(6)
速度演算式の特徴
■:この第(6)式は、前述したようにエンコーダ内に
存在する周期条件、パルス位相角保存条件を考慮した手
法によりデユーティ誤差の補償を行っているので、得ら
れる速度は高精度のものとなる。V e = (2r /4N) ・revof[0]
・l(t[4]=t[0])・``reerun+p[0]
]2+2t[4]・p[0]=t[4]21/[p
[0]・p[1]・(t[ol+t[4])1...
(6) Characteristics of the velocity calculation formula ■: As mentioned above, this formula (6) compensates for the duty error using a method that takes into account the periodic conditions and pulse phase angle preservation conditions that exist within the encoder. The speed obtained will be of high precision.
■:さらに、前記(6)式は、加速度が一定であるとの
仮定に基づき、次の逓倍パルス発生までの区間の速度推
定を行っているので、サンプリング区間に一個の逓倍パ
ルスが発生しないような低速域でも、応答性の良い速度
検出(精度の高い速度の推定)を行うことが可能となる
。■: Furthermore, since Equation (6) above estimates the speed in the interval until the next multiplied pulse is generated based on the assumption that the acceleration is constant, it is necessary to avoid generating a single multiplied pulse in the sampling period. Even at low speeds, it is possible to perform speed detection with good responsiveness (accurate speed estimation).
従って、前記第(6)式を用いて回転体の低速域におけ
る速度演算をデジタル的に行うことにより、前述した従
来の問題を解決し、低速域での応答性カ良く、逓倍パル
スのデユーティ誤差を補償した高精度の速度検出を行う
ことが可能となる。Therefore, by digitally calculating the speed of the rotating body in the low speed range using Equation (6) above, the above-mentioned conventional problems can be solved, the response in the low speed range is good, and the duty error of the multiplied pulse is This makes it possible to perform highly accurate speed detection that compensates for the
[作 用] 次に本発明の詳細な説明する。[Work] Next, the present invention will be explained in detail.
本発明では、例えば第7図に示すようなエンコーダをパ
ルス発生手段として用い、回転体の回転位置が所定単位
置変化するごとに、第8図に示すよう90°位相のこと
なるA相及びB相の基本パルス100A、100Bを発
生する。In the present invention, for example, an encoder as shown in FIG. 7 is used as a pulse generating means, and each time the rotational position of the rotating body changes by a predetermined single position, the Basic pulses 100A and 100B of the phase are generated.
基本パルス100A、100Bは、前記(a)。The basic pulses 100A and 100B are as described in (a) above.
(b)のエンコーダ内波形の周期条件、パルス位相角保
存条件の二つの条件を満足することは前述した通りであ
る。As described above, the two conditions of (b), the cycle condition of the waveform in the encoder and the pulse phase angle preservation condition, are satisfied.
そして、回転方向検出手段は、前記A相及びB相の基本
パルス100A、100Bに基づき、回転体の回転方向
を検出する。The rotational direction detection means detects the rotational direction of the rotating body based on the A-phase and B-phase basic pulses 100A and 100B.
また、逓倍パルス発生手段は、このようにして出力され
る基本パルス100A、100Bの立上がり及び立下が
りに同期して、第8図に示すよう逓倍パルス200を発
生する。Further, the multiplied pulse generating means generates a multiplied pulse 200 as shown in FIG. 8 in synchronization with the rise and fall of the basic pulses 100A and 100B output in this manner.
第9図には、このようにして出力される逓倍パルス20
0のパルス間隔tと、基本パルス100の基本周期pと
の関係が示されている。同図において、200−0は一
番最後に出力された逓倍パルスを表す。FIG. 9 shows a multiplied pulse 20 output in this way.
The relationship between the pulse interval t of 0 and the fundamental period p of the fundamental pulse 100 is shown. In the figure, 200-0 represents the last multiplied pulse output.
逓倍パルス情報観測手段は、最後に出力された逓倍パル
ス200−0が出力された時点から現在時刻までの経過
時間tを経過時間情報(t”rreerun)として測
定すると共に、最近5個の逓倍パルス200−0.20
0−1・・・200−4のパルス間隔情報(t [0]
、 t [11,・・・t [4] )を順次更新記憶
する。The multiplied pulse information observation means measures the elapsed time t from the time when the last multiplied pulse 200-0 was output to the current time as elapsed time information (t"rreerun), and also measures the last five multiplied pulses. 200-0.20
Pulse interval information of 0-1...200-4 (t[0]
, t[11,...t[4]) are sequentially updated and stored.
このようなパルス情報観測手段は、タイマ手段と記憶手
段とを用いて構成することが好ましい。It is preferable that such a pulse information observation means is constructed using a timer means and a storage means.
そして、タイマ手段は、逓倍パルス発生手段から最終逓
倍パルスが出力された後の経過時間tを測定し、これを
経過時間情報(t −rreorun )として出力す
る。これと同時に、次の逓倍パルスが出力された際にお
けるこの経過時間情報tを最近のパルス間隔情報として
出力する。Then, the timer means measures the elapsed time t after the final multiplied pulse is output from the multiplied pulse generation means, and outputs this as elapsed time information (t - rreorun ). At the same time, this elapsed time information t when the next multiplied pulse is output is output as the latest pulse interval information.
記憶手段は、このようにしてタイマ手段から出力される
最近5個のパルス間隔情報t [0]、 t 01、・
・t[4]を順次更新記憶する。The storage means stores the latest five pulse interval information t [0], t 01, . . . outputted from the timer means in this way.
- Sequentially update and store t[4].
これにより、タイマ手段からは、常に最終逓倍パルス2
00−0が出力されてからの経過時間情報(t −f’
reerun )を得ることができ、また記憶手段から
は、最近5個のパルス間隔情報1[0]。As a result, the timer means always outputs the final multiplied pulse 2.
Information on the elapsed time since 00-0 was output (t −f'
reerun) can be obtained, and the latest five pulse interval information 1[0] can be obtained from the storage means.
t〔1〕・・・t[4]を得ることができる。t[1]...t[4] can be obtained.
本発明の特徴は、このようにして得られた各データを、
低速域における加速度が一定であるとの条件と、前記エ
ンコーダ(パルス発生装置)内の波形の周期条件、パル
ス位相角保存条件とに基づき作成された所定の速度演算
式に代入することにより、低速域での速度を演算出力す
ることにある。The feature of the present invention is that each data obtained in this way is
The low-speed The goal is to calculate and output the speed in the area.
このように、エンコーダ内波形の周期条件、パルス位相
角保存条件を考慮した演算式により速度演算を行うため
、逓倍パルス信号に含まれるデュ−ティ誤差を補償し、
低速域における速度を正確に検出することができる。In this way, speed calculation is performed using an arithmetic expression that takes into account the cycle condition of the waveform in the encoder and the pulse phase angle preservation condition, so the duty error included in the multiplied pulse signal is compensated for.
Speeds in low speed ranges can be detected accurately.
さらに、本発明によれば、加速度一定という仮定に基づ
いて次の逓倍パルスが発生されるまでの区間での速度を
推定するので、比較的長時間1個の逓倍パルスも発生し
ないような低速域でも、応答性の良い速度検出を行うこ
とが可能となる。Furthermore, according to the present invention, the speed in the section until the next multiplied pulse is generated is estimated based on the assumption that the acceleration is constant, so that it is possible to estimate the speed in the section until the next multiplied pulse is generated. However, it is possible to perform speed detection with good responsiveness.
このような速度演算式としては、前述した第(6)式を
用いることが好ましい。As such a speed calculation equation, it is preferable to use the above-mentioned equation (6).
[発明の効果]
以上説明したように、本発明によれば、各手段の構成要
素をデジタル回路素子(コンピュータを含む)で構成で
きるため、アナログ方式を採用した従来の速度検出装置
に比べ、経時変化による性能劣化がなく、装置の構成を
簡単にしかつ安価なものとすることができる。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the constituent elements of each means can be configured with digital circuit elements (including a computer), so compared to the conventional speed detection device that uses an analog method, There is no performance deterioration due to changes, and the configuration of the device can be made simple and inexpensive.
また、本発明によれば、パルス発生手段内における波形
の周期条件、パルス位相角保存条件を満足する速度演算
式を用いることにより、逓倍パルスのデユーティ誤差を
補償し、温度や経時変化の影響を受けることなく低速域
での速度検出を高い粕度で行うことが可能となる。Furthermore, according to the present invention, by using a speed calculation formula that satisfies the waveform period conditions and pulse phase angle preservation conditions within the pulse generation means, the duty error of the multiplied pulse is compensated for, and the effects of temperature and aging changes are compensated for. It becomes possible to perform speed detection in a low speed range with a high degree of rust without being affected.
さらに、本発明によれば、低速域での加速度が一定であ
るとの条件に基づく速度演算式を用いることにより、逓
倍パルスが長時間発生しないような低速域でも、応答性
のよい速度検出を行うことができる。Furthermore, according to the present invention, by using a speed calculation formula based on the condition that acceleration in the low speed range is constant, speed detection with good responsiveness is possible even in the low speed range where multiplied pulses do not occur for a long time. It can be carried out.
[実施例〕
次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。[Embodiments] Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1実施例
第1図には、本発明にかかる速度検出装置の好適な第1
実施例が示されている。First Embodiment FIG. 1 shows a preferred first embodiment of the speed detection device according to the present invention.
An example is shown.
本発明の速度検出装置は、測定対象となる回転体にパル
ス発生装置30を取付け、回転体の回転位置が所定単位
置変化する毎に、互いに90″位相の異なるA相及びB
相の基本パルス100A。In the speed detection device of the present invention, a pulse generator 30 is attached to a rotating body to be measured, and each time the rotational position of the rotating body changes by a predetermined single position, the
Phase basic pulse 100A.
100Bを発生する。Generates 100B.
実施例のパルス発生装置30は、前記第7図に示す光学
式のエンコーダを用いて構成されている。The pulse generator 30 of the embodiment is constructed using the optical encoder shown in FIG. 7 above.
そして、その波形整形回路20a、20bから第8図に
示すA相及びB相の基本パルス100A。Then, the basic pulses 100A of A phase and B phase shown in FIG. 8 are generated from the waveform shaping circuits 20a and 20b.
100Bを回転方向検出回路32.逓倍パルス発生回路
34へ向は出力する。100B is the rotation direction detection circuit 32. The signal is output to the multiplied pulse generation circuit 34.
前記回転方向検出回路32は、このようにして入力され
るA相及びB相100A、100Bの位相関係から、回
転体の回転方向revolをリアルタイムで検出し、こ
の検出信号を低速域速度演算回路38へ向は出力する。The rotational direction detection circuit 32 detects the rotational direction revol of the rotating body in real time from the phase relationship of the A-phase and B-phase 100A, 100B input in this way, and sends this detection signal to the low-speed region speed calculation circuit 38. Output direction.
また、前記逓倍パルス発生回路34は、出力されるA相
及びB相の基本パルス100A、100Bの立上がり及
び立下がりに同期して、第8図に示すよう逓倍パルス2
00を出力し、これを逓倍パルス情報観測回路36へ入
力する。Further, the multiplied pulse generation circuit 34 generates a multiplied pulse 2 as shown in FIG.
00 is output and inputted to the multiplied pulse information observation circuit 36.
第9図は、このようにして順次出力される基本パルス2
00−0.200−1.・・・と、各パルス間隔との関
係が示されている。FIG. 9 shows the basic pulses 2 that are sequentially output in this way.
00-0.200-1. . . . and the relationship between each pulse interval is shown.
そして、逓倍パルス情報観測回路36は、このようにし
て順次入力される逓倍パルス200に基づき最終逓倍パ
ルス200−0の出力時からの経過時間t (rreo
run)を′API定する。さらに、最近5個の逓倍パ
ルス200−0.200−1・・・200−4のパルス
間隔情報t[0]、t[lゴ・・・t[4]を順次更新
記憶する。そして、これらの情報を低速域速度演算回路
38へ向は出力している。Then, the multiplied pulse information observation circuit 36 detects the elapsed time t (rreo
run) is defined as API. Furthermore, the pulse interval information t[0], t[lgo...t[4] of the latest five multiplied pulses 200-0.200-1...200-4 is updated and stored in sequence. Then, this information is outputted to the low speed range speed calculation circuit 38.
第2図には、実施例の逓倍パルス情報観測回路36の具
体的な構成が示されている。実施例の観測回路36は、
フリーランタイマ40と、パルス発生検出回路42ε、
前記フリーランタイマ40に直列に接続された5個の時
間間隔データ袖先レジスタ50.52・・・58と、各
レジスタ50゜52・・・58の前段に設けられた時間
間隔データ転送用スイッチ60.62・・・68とを有
する。FIG. 2 shows a specific configuration of the multiplied pulse information observation circuit 36 of the embodiment. The observation circuit 36 of the embodiment is
Free run timer 40, pulse generation detection circuit 42ε,
Five time interval data registers 50, 52, . . . , 58 connected in series to the free-run timer 40, and time interval data transfer switches provided in front of each register 50, 52, . . . , 58. 60.62...68.
そして、前記フリーランタイマ40は、逓倍パルス20
0が人力されると、その時点からの経過時間をカウント
し、その値を経過時間情報(1−rreerun )と
してライン216を介し低速域速度演算回路38へ向は
出力する。Then, the free run timer 40 generates a multiplied pulse 20
When 0 is entered manually, the elapsed time from that point is counted, and the value is output as elapsed time information (1-rreerun) to the low speed range speed calculation circuit 38 via line 216.
また、前記パルス発生検出回路42は、人力される逓倍
パルス200及び計測周期パルス信号210に基づき、
逓倍パルス信号200と同期して各データ転送用スイッ
チ60.62・・・68へ向はデータシフトパルス信号
214を出力すると共に、フリーランタイマ40に向は
リセット信号212を出力する。Further, the pulse generation detection circuit 42 operates based on the multiplied pulse 200 and the measurement cycle pulse signal 210, which are manually inputted.
In synchronization with the multiplied pulse signal 200, a data shift pulse signal 214 is output to each data transfer switch 60, 62, . . . , 68, and a reset signal 212 is output to the free run timer 40.
従って、逓倍パルス200の入力によりデータシフトパ
ルス信号214が出力されると、フリーランタイマ40
の出力はデータ転送用スイッチ60につながる。そして
、経過時間情報Rreerun)の最後のデータが、最
近のパルス間隔情報として時間間隔データ補充レジスタ
50に転送される。Therefore, when the data shift pulse signal 214 is output due to the input of the multiplied pulse 200, the free run timer 40
The output is connected to a data transfer switch 60. The last data of the elapsed time information (Rreerun) is then transferred to the time interval data replenishment register 50 as the latest pulse interval information.
同様にして、レジスタ50,52,54.56内のパル
ス間隔情報は、スイッチ62.64゜66.68を介し
、次段のレジスタ52,54゜56.58へ転送される
る
そして、このような転送動作終了直後に、パルス発生検
出回路42はフリーランタイマ40をリセットし、フリ
ーランタイマ40は、次の逓倍パルス200に対する経
過時間情報(freerυn)の計測を開始する。Similarly, the pulse interval information in the registers 50, 52, 54.56 is transferred to the next register 52, 54° 56.58 via the switch 62.64° 66.68. Immediately after the transfer operation ends, the pulse generation detection circuit 42 resets the free run timer 40, and the free run timer 40 starts measuring elapsed time information (freevn) for the next multiplied pulse 200.
このようにして、第9図に示すよう、フリーランタイマ
40からは、最後の逓倍パルス20〇−〇が出力されて
からの経過時間情報(rrcerυn)がリアルタイム
出力され、5個のレジスタ50゜52、・・・58から
は最近5個の逓倍パルス200−0.200−1.・・
・200−4のパルス間隔t [0]、 t [1]・
・・t[4]が順次更新出力されることになる。In this way, as shown in FIG. 9, the free run timer 40 outputs the elapsed time information (rrcerυn) since the last multiplied pulse 200-0 was output in real time, and the five registers 50° From 52, . . . 58, the latest five multiplied pulses 200-0.200-1 .・・・
・Pulse interval t [0], t [1] of 200-4
...t[4] will be sequentially updated and output.
そして、このように出力される各データは、ライン21
6,218・・・226を介し低速域速度演算回路38
へ向は出力される。Then, each data output in this way is transmitted to line 21.
6, 218...226 to the low speed range speed calculation circuit 38
The direction is output.
本発明の速度演算回路38は、このようにして入力され
た各データを前記第(6)式で示される速度演算式に代
入し、低速域での速度をV、を演算出力する。The speed calculation circuit 38 of the present invention substitutes each data thus input into the speed calculation formula shown in equation (6) above, and calculates and outputs the speed V in the low speed range.
実施例の速度演算回路38は、速度演算部38aと、回
転情報付加部38bとを含む。The speed calculation circuit 38 of the embodiment includes a speed calculation section 38a and a rotation information addition section 38b.
前記速度演算部38aは、逓倍パルス情報観測回路36
から入力されるデータに基づき、回転方向情報revo
l[0]を除く前記第(6)式の演算を行い、その演算
結果を回転情報付加部38bへ人力する。The speed calculation section 38a includes a multiplied pulse information observation circuit 36
Based on the data input from
The calculation of the above equation (6) excluding l[0] is performed, and the calculation result is manually input to the rotation information adding section 38b.
回転情報付加部38bは、このようにして人力されたデ
ータに対し、回転方向検出回路32から人力される最終
逓倍パルス200−0発生時の回転方向revol [
01を付加し、前記(6)式の最終演算を行う。そして
、この演算により得られた速度■、を、低速域での検出
速度として出力する。The rotation information addition unit 38b calculates the rotation direction rev[ from the rotation direction detection circuit 32 when the final multiplied pulse 200-0 is generated, based on the data manually input in this way.
01 is added and the final calculation of equation (6) is performed. Then, the speed (2) obtained by this calculation is output as the detected speed in the low speed range.
このように、本発明によれば、低速域での分解能の向上
に、デジタル的手法を用い、特開昭62−1829El
B号の提案のようなアナログ的手法を使用しないため、
この従来装置に比べ測定データの経時変化が少なく、ま
た装置全体の構成を簡単かつ安価なものとすることがで
きる。As described above, according to the present invention, a digital method is used to improve the resolution in the low speed range, and
Because it does not use an analog method like the proposal in issue B,
Compared to this conventional device, there is less change in measurement data over time, and the overall structure of the device can be made simple and inexpensive.
また、本発明によれば、エンコーダ(パルス発生装置3
0)内の波形の周期条件や、パルス位相角保存条件を利
用した前記第(6)式の速度演算式を用い、逓倍パルス
のデユーティ誤差を補償している。従って、正規運転前
に予め定速回転測定値を求めておき、これに基づいてパ
ルスデューティ誤差を補正する従来技術(特開昭63−
49807等)にように、全てのエンコーダ(パルス発
生装置30)に対し、予め補正データを求めおく必要が
なく、しかも従来装置に比べ温度や経時変化の影響の少
ない高精度の速度検出を行うことができる。Further, according to the present invention, the encoder (pulse generator 3
The duty error of the multiplied pulse is compensated for using the speed calculation formula (6) above, which utilizes the waveform period condition within 0) and the pulse phase angle preservation condition. Therefore, the conventional technique (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 63-1989) involves determining the constant speed rotation measurement value in advance before regular operation and correcting the pulse duty error based on this value.
49807, etc.), it is not necessary to obtain correction data in advance for all encoders (pulse generator 30), and moreover, it is possible to perform highly accurate speed detection that is less affected by temperature and changes over time than conventional devices. I can do it.
また、本発明によれば、低速域における加速度が一定で
あるとの仮定に基づき前記(6)式で示す速度演算式を
作成し、この速度演算式に基いて低速域への速度演算を
行っている。従って、A相とB相の基本パルス100A
、100Bからその立上り基本周期と、立下り基本周期
を計711+1 して、サンプリングパルス発生前の最
後にカウントされた基本周期より低速域の速度を求める
従来技術(4G開昭59−225355 )に比べ、サ
ンプリング区間に1個のパルス発生のないような低速域
でも、速度検出の応答性を低下させることがなく、しか
も高精度の速度検出を行うことが可能となる。Further, according to the present invention, the speed calculation formula shown in equation (6) above is created based on the assumption that the acceleration in the low speed range is constant, and the speed calculation in the low speed range is performed based on this speed calculation formula. ing. Therefore, the basic pulse of A phase and B phase is 100A.
, 100B, the rising basic period and the falling basic period are totaled 711+1, and the speed in the lower speed range is calculated from the last counted basic period before the sampling pulse is generated. Even in a low speed range where no pulse is generated in a sampling period, the responsiveness of speed detection is not reduced, and moreover, it is possible to perform highly accurate speed detection.
第3図、第4図には、本発明の速度検出装置を用いて測
定したデータと、従来の速度検出技術を用いて測定した
データが示されている。3 and 4 show data measured using the speed detection device of the present invention and data measured using conventional speed detection technology.
第3図は、低速域で回転体の速度がステップ状に変化し
た場合であり、第4図は、回転体の速度が正弦波状に変
化した場合である。FIG. 3 shows a case where the speed of the rotating body changes stepwise in a low speed range, and FIG. 4 shows a case where the speed of the rotating body changes sinusoidally.
いずれの測定デ、−夕においても、実線は実際の速度を
表し、細線は本発明の装置を用いて測定したデータを表
し、破線は単純に直前の時間間隔により速度を求める従
来技術による測定データを表している。In each measurement date, the solid line represents the actual speed, the thin line represents the data measured using the device of the present invention, and the broken line represents the data measured by the prior art, which simply determines the speed using the previous time interval. represents.
この実験データからも明らかなように、本発明によれば
、いずれの場合においても低速域における応答性がよく
、パルスのデユーティ誤差を補償した速度検出が可能で
ある。As is clear from this experimental data, according to the present invention, the responsiveness in the low speed range is good in any case, and speed detection can be performed while compensating for pulse duty errors.
なお、本発明において、前記速度演算回路部38aは、
マイクロコンピュータを用いてソフト的に構成すること
も可能である。In addition, in the present invention, the speed calculation circuit section 38a includes:
It is also possible to configure software using a microcomputer.
第5図には、この場合におけるマイクロコンピュータの
動作の一例が示されている。この場合には、まず初期化
ルーチン150が実行され、次に演算待ちルーチン15
1と、計数周期パルス発生の検出ルーチン152とによ
り、次の計数周期パルスが発生するのを待つ。FIG. 5 shows an example of the operation of the microcomputer in this case. In this case, the initialization routine 150 is executed first, and then the operation wait routine 15
1 and the counting period pulse generation detection routine 152 waits for the next counting period pulse to occur.
そして、計数周期パルスが発生すると、パルス間隔情報
の人力ルーチン153は、前記逓倍パルス情報観測手段
36からの各パルス間隔情報t [0]、 t [11
,・・・t[4]および経過時間情報(freerun
)をメモリ領域に取込み、次の基本周期演算ルーチン1
54を実行する。Then, when a counting period pulse is generated, the pulse interval information manual routine 153 calculates each pulse interval information t[0], t[11] from the multiplied pulse information observation means 36.
,...t[4] and elapsed time information (freerun
) into the memory area and execute the following basic period calculation routine 1.
Execute 54.
この基本周期演算ルーチン151は、前記パルス間隔情
報よりエンコーダの基本周期(基本パルス100の基本
周期) p[0] 、 p[l]を求める。This basic period calculation routine 151 calculates the basic period of the encoder (the basic period of the basic pulse 100) p[0] and p[l] from the pulse interval information.
そして、このようにして求めたデータを用い、分子積演
算ルーチン1552分母項演算ルーチン156でそれぞ
れ前記(6)式の分子の一部および分母の一部の演算を
行い、この演算データを用い、次の速度演算ルーチン1
57で速度V、を求める。Then, using the data obtained in this way, a part of the numerator and a part of the denominator of the formula (6) are respectively calculated in the molecular product calculation routine 1552 and the denominator term calculation routine 156, and using this calculation data, Next speed calculation routine 1
57, find the velocity V.
そして、求めた速度V、を、次の速度出力ルーチン15
8で出力する。Then, the obtained speed V is applied to the next speed output routine 15.
Output at 8.
このようにして、速度演算部38aをマイクロコンピュ
ータ等でソフトウェア的に構成することもできる。なお
、前記第1図に示す低速域速度演算回路38には、前記
(6)式のrevo I [0]に対応する回転情報付
加回路38bが設けられ、回転方向に関する情報を与え
ているが、ソフトウェア的に速度を求める場合には、マ
イクロコンピュータ自体でこの回転情報付加部38bの
働きを代行することも可能である。In this way, the speed calculation section 38a can also be configured in software using a microcomputer or the like. Note that the low speed range speed calculation circuit 38 shown in FIG. When the speed is determined by software, the microcomputer itself can act as the rotation information adding section 38b.
なお、本実施例では、タイミング信号の1つに計測周期
パルス信号200を用いている。Note that in this embodiment, the measurement period pulse signal 200 is used as one of the timing signals.
これは以下の理由による。This is due to the following reasons.
一般にマイクロコンピュータを利用した制御では、第1
4図に示すように、ある一定の時間間隔(図中Tc)を
制御周期とした離散時間系での制御になる。これに対応
して制御側が必要とする外部からの観測入力もこの一定
時間間隔毎に取込まれることなる。Generally, in control using a microcomputer, the first
As shown in Fig. 4, control is performed in a discrete time system with a certain fixed time interval (Tc in the figure) as the control period. Correspondingly, external observation inputs required by the control side are also taken in at regular time intervals.
この取込み信号がパルス発生検出回路42へ入力される
計測周期信号210に相当する。これは検出速度を必要
としている制御側から出されるタイミング信号である(
つまり、この周期信号に基づいて取込む)。This take-in signal corresponds to the measurement cycle signal 210 that is input to the pulse generation detection circuit 42. This is a timing signal issued by the control side that requires detection speed (
In other words, it is captured based on this periodic signal).
第2実施例
第6図には、本発明にかかる速度検出装置の好適な第2
実施例か示されている。Second Embodiment FIG. 6 shows a preferred second embodiment of the speed detection device according to the present invention.
Examples are shown.
本実施例の特徴は、前記第1の実施例の構成に加えて、
パルス計数回路80.高速域速度演算回路821選択回
路84を設けたことにある。The features of this embodiment include, in addition to the configuration of the first embodiment,
Pulse counting circuit 80. This is because a high speed range speed calculation circuit 821 and a selection circuit 84 are provided.
前記パルス計数回路80は、逓倍パルス発生回路34で
出力する逓倍パルス200をカウントし、そのカウント
値を高速域速度演算回路82および選択回路84へ向は
出力する。The pulse counting circuit 80 counts the multiplied pulses 200 output by the multiplied pulse generation circuit 34, and outputs the count value to the high speed range speed calculation circuit 82 and the selection circuit 84.
実施例の高速域速度演算回路82は、速度演算部82a
と、回転情報付加部82bとを有する。The high speed range speed calculation circuit 82 of the embodiment includes a speed calculation section 82a.
and a rotation information adding section 82b.
そして、速度演算部82は、人力される逓倍パルスカウ
ント数に基づき、回転体の回転速度を演算し回転情報付
加部82へ人力する。そして、回転情報付加部82bは
、このようにして人力される速度に、回転方向検出回路
32から人力される回転方向revo Iを付加し、高
速域での速度を求める。Then, the speed calculation unit 82 calculates the rotational speed of the rotating body based on the manually inputted multiplied pulse count number, and inputs the calculated rotational speed to the rotation information addition unit 82 . Then, the rotation information addition unit 82b adds the rotation direction revo I input manually from the rotation direction detection circuit 32 to the speed input manually in this way, and obtains the speed in the high speed range.
そして、このようにして求めた速度を、遺択回路84へ
向は出力する。The speed thus determined is then output to the selection circuit 84.
選択回路84には、低速域速度演算回路38が出力され
る低速域での検出速度と、高速域速度演算回路82から
出力される高速域での速度とが入力されている。そして
、この選択回路84は、パルス計数回路80から出力さ
れるカウント値に基づき、回転体の回転数が高速域にあ
るか低速域にあるかを判別し、低速域では低速域速度演
算回路38から出力される速度を選択出力し、高速域で
は高速域速度演算回路82から出力される速度を選択出
力する。The selection circuit 84 receives the detected speed in the low speed range output from the low speed range speed calculation circuit 38 and the speed in the high speed range output from the high speed range speed calculation circuit 82. Based on the count value output from the pulse counting circuit 80, this selection circuit 84 determines whether the rotation speed of the rotating body is in a high speed range or a low speed range, and in the low speed range, the low speed range speed calculation circuit 38 In the high speed range, the speed output from the high speed range speed calculation circuit 82 is selectively output.
これにより、本実施例によれば、低速域から高速域まで
の広い範囲において、正確な速度検出を行うことが可能
となる。As a result, according to this embodiment, it is possible to perform accurate speed detection in a wide range from low speed ranges to high speed ranges.
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
Various modifications are possible within the scope of the invention.
例えば、前記実施例14おいては、パルス発生手段とし
て、光学式のインクリメント型エンコーダを用いた場合
を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、これ以
外にも、磁気的な手法を用いたエンコーダや、これ以外
の各種パルス発生手段を用いることができる。For example, in the 14th embodiment, an optical incremental encoder is used as the pulse generating means. However, the present invention is not limited to this. The encoder used herein and various other pulse generating means can be used.
第1図〜第5図には、本発明にかかる速度検出装置の好
適な第1実施例が示されており、第1図は、実施例の速
度検出装置のブロック回路図、
第2図は、第1図に示す回路の逓倍パルス情報観測回路
の具体的な構成を示すブロック回路図、第3図は、低速
域での速度がステップ状に変化した場合における本発明
と従来装置の速度検出精度の比較例を示す説明図、
第4図は、低速域で速度が正弦波状に変化した場合にお
ける本発明と従来装置の速度検出精度の比較例の説明図
、
第5図は、第1図に示す速度演算部をマイクロコンピュ
ータを用いて形成した場合の動作を示すフローチャート
図、
第6図は、本発明にかかる速度検出装置の好適な第2実
施例のブロック回路図、
第7図は、第1図のパルス発生装置として用いられる光
学式エンコーダの一例を示す説明図、第8図は、第1図
の回路各部において出力される基本パルスと逓倍パルス
とのタイミングチャート図、
第9図は、逓倍パルスと観測パルス間隔との関係を示す
説明図、
第10図は、第7図で示すエンコーダを用い基本パルス
100A、100Bを出力する場合に、受光素子から出
力されるアナログ波形が変動し、またこのアナログ波形
から基本パルスを得るための閾値が変動することに伴う
デユーティ誤差発生原因の説明図、
第11図は、測定対象となる回転軸上で観測した波形と
、時間軸上で観測した波形の関係を示す説明図、
第12図は、エンコーダの回転角度と時間との関係を示
す説明図、
第13図、第14図は、エンコーダ内波形の周期条件と
パルス位相角保存条件の説明図、第15図は、マイクロ
コンピュータを利用した制御における計測周期パルス信
号のタイミングチャート図である。
30・・・パルス発生装置、
32・・・回転方向検出回路、
34・−・逓倍パルス発生回路、
36・・・逓倍パルス情報観測回路、
38・・・低速域速度演算回路、
40・・・フリーランタイマ、
50〜58・・・レジスタ、
60〜68・・・スイッチ。1 to 5 show a first preferred embodiment of the speed detection device according to the present invention, FIG. 1 is a block circuit diagram of the speed detection device of the embodiment, and FIG. 2 is a block circuit diagram of the speed detection device of the embodiment. , a block circuit diagram showing a specific configuration of the multiplied pulse information observation circuit of the circuit shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a comparative example of accuracy. FIG. 4 is an explanatory diagram of a comparative example of speed detection accuracy between the present invention and the conventional device when the speed changes in a sinusoidal manner in a low speed range. FIG. FIG. 6 is a block circuit diagram of a second preferred embodiment of the speed detection device according to the present invention; FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of an optical encoder used as the pulse generator, FIG. 8 is a timing chart of the basic pulse and multiplied pulse outputted in each part of the circuit in FIG. 1, and FIG. , an explanatory diagram showing the relationship between the multiplied pulse and the observed pulse interval, FIG. 10 shows the fluctuation of the analog waveform output from the light receiving element when the encoder shown in FIG. 7 is used to output the basic pulses 100A and 100B. , and an explanatory diagram of the cause of duty error caused by variations in the threshold value for obtaining the fundamental pulse from this analog waveform. Figure 12 is an explanatory diagram showing the relationship between the encoder rotation angle and time. Figures 13 and 14 are the period conditions of the encoder waveform and the pulse phase angle preservation conditions. The explanatory diagram, FIG. 15, is a timing chart of a measurement cycle pulse signal in control using a microcomputer. 30... Pulse generator, 32... Rotation direction detection circuit, 34... Multiplication pulse generation circuit, 36... Multiplication pulse information observation circuit, 38... Low speed region speed calculation circuit, 40... Free-run timer, 50-58...Register, 60-68...Switch.
Claims (3)
いに90度位相が異なるA相およびB相の基本パルスを
発生するパルス発生手段と、 前記基本パルスの一周期の間に、各基本パルスの立上り
および立下りに同期した合計4個の逓倍パルスを発生す
る逓倍パルス発生手段と、 前記A相およびB相の基本パルスに基づき、回転体の回
転方向を検出する回転方向検出手段と、前記逓倍パルス
発生手段の最終逓倍パルス出力時からの経過時間を経過
時間情報として測定すると共に、最近5個の逓倍パルス
のパルス間隔情報を順次更新記憶する逓倍パルス情報観
測手段と、前記回転方向検出手段から出力される回転体
の回転方向情報と、前記逓倍パルス情報観測手段から出
力される最終逓倍パルス発生時からの経過時間情報と最
近5個のパルス間隔情報とを、低速域における加速度が
一定であるとの仮定、前記パルス発生手段内における波
形の周期条件、パルス位相角保存条件から導出された所
定の速度演算式とに基づいて低速域での速度を演算出力
する低速域速度演算手段と、 を含み、回転体の低速回転域での応答性が好く、しかも
逓倍パルス信号のデューティ誤差を補償した速度検出を
行うことを特徴とする速度検出装置。(1) Pulse generating means that generates A-phase and B-phase basic pulses having phases different by 90 degrees each time the rotational position of the rotating body changes by a predetermined single position; A multiplied pulse generating means for generating a total of four multiplied pulses synchronized with the rising and falling edges of the basic pulse; and a rotational direction detecting means for detecting the rotational direction of the rotating body based on the A-phase and B-phase basic pulses. , a multiplied pulse information observation means for measuring the elapsed time since the final multiplied pulse output of the multiplied pulse generating means as elapsed time information, and sequentially updating and storing pulse interval information of the last five multiplied pulses; and the rotation direction. The rotational direction information of the rotating body outputted from the detection means, the elapsed time information since the last multiplied pulse generation and the last five pulse interval information outputted from the multiplied pulse information observation means are used to calculate the acceleration in the low speed range. low speed region speed calculating means for calculating and outputting a speed in a low speed region based on the assumption that the speed is constant, a periodic condition of the waveform in the pulse generating means, and a predetermined speed calculating formula derived from the pulse phase angle preservation condition; What is claimed is: 1. A speed detection device comprising: and, characterized in that the speed detection device has good responsiveness in a low speed rotation range of a rotating body and performs speed detection that compensates for a duty error of a multiplied pulse signal.
らの経過時間を測定し、経過時間情報として出力すると
共に、次の逓倍パルスが出力される際におけるこの経過
時間情報を最新のパルス間隔情報として出力するタイマ
ー手段と、 このタイマー手段から順次出力される最近5個のパルス
間隔情報を順次更新記憶する記憶手段と、を含むことを
特徴とする速度検出装置。(2) In claim (1), the multiplied pulse information observation means measures the elapsed time since the final multiplied pulse is output from the multiplied pulse generation means, outputs it as elapsed time information, and also measures the elapsed time after the final multiplied pulse is outputted from the multiplied pulse generation means, and outputs the elapsed time information as elapsed time information. and a storage means for sequentially updating and storing the latest five pulse interval information sequentially output from the timer means. A speed detection device featuring:
低速域速度演算手段は、 最近5個のパルス間隔情報を新しい方から過去に向って
t[0]、t[1]、t[2]、t[3]、t[4]で
表わし、また最終逓倍パルスの発生時からの経過時間を
t=freerunで表わし、さらに最近逓倍パルスt
に対応する回転方向をrevol[0]で表わし、回転
体1回転当りの基本パルス数をNで表わし、次式で示す
速度演算式に基づき V_■=(2π/4N)・revol[0]・{(t[
4]−t[0]・freerun+p[0]^2+2t
[4]・p[0]−t[4]^2}/{p[0]・p[
1]・(t[0]+t[4])}但し、p[0]=t[
0]+t[1]+t[2]+t[3]p[1]=t[1
]+t[2]+t[3]+t[4]回転体の低速域での
速度V_■を演算することを特徴とする速度検出装置。(3) In either of claims (1) and (2), the low speed range speed calculation means calculates the latest five pulse interval information from the newest to the past, t[0], t[1], t[2], t[3], and t[4], and the elapsed time from the generation of the final multiplied pulse is expressed as t=freerun, and the most recent multiplied pulse t
The rotation direction corresponding to is expressed as revol[0], the basic number of pulses per rotation of the rotating body is expressed as N, and based on the speed calculation formula shown in the following equation, V_■=(2π/4N)・revol[0]・{(t[
4]-t[0]・freerun+p[0]^2+2t
[4]・p[0]−t[4]^2}/{p[0]・p[
1]・(t[0]+t[4])} However, p[0]=t[
0]+t[1]+t[2]+t[3]p[1]=t[1]
]+t[2]+t[3]+t[4] A speed detection device that calculates a speed V_■ of a rotating body in a low speed range.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20536789A JPH0368869A (en) | 1989-08-08 | 1989-08-08 | Speed detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20536789A JPH0368869A (en) | 1989-08-08 | 1989-08-08 | Speed detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0368869A true JPH0368869A (en) | 1991-03-25 |
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ID=16505675
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP20536789A Pending JPH0368869A (en) | 1989-08-08 | 1989-08-08 | Speed detector |
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