JPH0368869A - 速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
。

［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。

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
）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

■：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。

■：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）。

［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。

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。

［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。

［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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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］。

ｐ［２］・・・で表すことにする。

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。

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。

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］。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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）。

例えば、第１３図に示すよう受光素子１８ａ。

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）。

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］。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

■：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。

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。

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。

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。

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。

この場合、前記（２）式、（３）式の定数α。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

−（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。

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。

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。

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。

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。

■：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
。

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。

［作　用］ 次に本発明の詳細な説明する。

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。

基本パルス１００Ａ、１００Ｂは、前記（ａ）。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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］。

ｔ〔１〕・・・ｔ［４］を得ることができる。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

［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。

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。

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。

１００Ｂを発生する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

これは以下の理由による。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体の回転位置が所定単位置変化する毎に、互
   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。
2. （２）請求項（１）において、 前記逓倍パルス情報観測手段は、 逓倍パルス発生手段から最終逓倍パルスが出力されてか
   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。
3. （３）請求項（１）、（２）のいずれかにおいて、前記
   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。