JPH0465985B2 - - Google Patents
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- JPH0465985B2 JPH0465985B2 JP59071865A JP7186584A JPH0465985B2 JP H0465985 B2 JPH0465985 B2 JP H0465985B2 JP 59071865 A JP59071865 A JP 59071865A JP 7186584 A JP7186584 A JP 7186584A JP H0465985 B2 JPH0465985 B2 JP H0465985B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- encoder
- sampling
- time
- circuit
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
- G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
- G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
- G01P3/489—Digital circuits therefor
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、位置、速度検出装置に係り、安定し
たサンプリング時間を有し、なお、さらに、二相
のエンコーダ原信号をサンプリングホールドした
信号をパルス幅変調し、二相のパルス幅によりエ
ンコーダ原信号の振幅変動を補正するようにした
ものであり、特に、エンコーダ原信号の振幅変動
に対し回転位置、速度を精度よく検出するのに好
適な位置、速度検出装置に関するものである。
たサンプリング時間を有し、なお、さらに、二相
のエンコーダ原信号をサンプリングホールドした
信号をパルス幅変調し、二相のパルス幅によりエ
ンコーダ原信号の振幅変動を補正するようにした
ものであり、特に、エンコーダ原信号の振幅変動
に対し回転位置、速度を精度よく検出するのに好
適な位置、速度検出装置に関するものである。
最近、NC装置、ロボツト等などには、サー
ボ・モータが多く使用されている。
ボ・モータが多く使用されている。
一方、半導体の進歩により、制御回路は、マイ
クロコンピユータ(マイクロコンという。)化及
びデイジタル化の方向にある。この場合、速度の
検出方法が問題となる。
クロコンピユータ(マイクロコンという。)化及
びデイジタル化の方向にある。この場合、速度の
検出方法が問題となる。
その速度検出方法は、例えば先に開発した、第
1図に示す速度検出ブロツク図の構成による、エ
ンコーダ・パルスによる方法があり、第2図は、
その速度検出のタイムチヤートを示すものであ
る。
1図に示す速度検出ブロツク図の構成による、エ
ンコーダ・パルスによる方法があり、第2図は、
その速度検出のタイムチヤートを示すものであ
る。
すなわち、演算制御部に係るマイクロコンは、
CPU101,ROM102,RAM103により
構成され、速度検出のための制御及び演算を行う
ものである。
CPU101,ROM102,RAM103により
構成され、速度検出のための制御及び演算を行う
ものである。
そして、その速度検出としては、一定時間内の
エンコーダ・パルス個数PNと、その時間幅Tdに
よつて、次式による速度VFを求めることができ
るものである。
エンコーダ・パルス個数PNと、その時間幅Tdに
よつて、次式による速度VFを求めることができ
るものである。
VF=K1・PN/Td ……(1)
ただし、K1は、1回転ありのエンコーダ・パ
ルス数によつて定まる定数である。
ルス数によつて定まる定数である。
エンコーダは、一般に、移動体に係るサーボ・
モータの軸に取り付けてあり、出力信号のエンコ
ーダ・パルスとしては、第2図に示すように、位
相が90度ずれているA相及びB相の2相信号を発
生するものである。
モータの軸に取り付けてあり、出力信号のエンコ
ーダ・パルスとしては、第2図に示すように、位
相が90度ずれているA相及びB相の2相信号を発
生するものである。
そして、108は、前記の2相のエンコーダ・
パルス信号の立ち上り及び立ち下りのエツジを検
出し、第2図に示すT1信号(エンコーダ・パル
スの周期の1/4周期)を発生するエンコーダ・パ
ルス整形回路である。
パルス信号の立ち上り及び立ち下りのエツジを検
出し、第2図に示すT1信号(エンコーダ・パル
スの周期の1/4周期)を発生するエンコーダ・パ
ルス整形回路である。
一方、104は、マイクロコンのデータ・バス
111に接続されたサンプリング・タイマであ
り、速度を検出するためのサンプリング時間TS
である第2図のT2信号を発生するものである。
111に接続されたサンプリング・タイマであ
り、速度を検出するためのサンプリング時間TS
である第2図のT2信号を発生するものである。
105は、マイクロコンのデータ・パルス11
1に接続されたパルス・カウンタであり、前記の
サンプリング時間TS内のエンコーダ・パルス個
数(データ)PNのデータは、データ・バス11
1を介してマイクロコンに取り込まれるものであ
る。
1に接続されたパルス・カウンタであり、前記の
サンプリング時間TS内のエンコーダ・パルス個
数(データ)PNのデータは、データ・バス11
1を介してマイクロコンに取り込まれるものであ
る。
107は、サンプリングのためのT2信号をエ
ンコーダ・パルスの前記のT1信号でラツチする
同期化回路であり、この同期化回路107の出力
は、第2図に示すT3信号となる。
ンコーダ・パルスの前記のT1信号でラツチする
同期化回路であり、この同期化回路107の出力
は、第2図に示すT3信号となる。
106は、サンプリング・タイマ104、パル
ス・カウンタ105と同様に、マイクロコンのデ
ータ・バス111に接続された時間幅タイマに係
る時間幅カウンタであり、同期化回路107の前
記出力T3信号の時間幅を測定するものであつて、
その測定された時間幅Tdのデータは、データ・
バス111を介してマイクロコンに取り込まれる
ものである。
ス・カウンタ105と同様に、マイクロコンのデ
ータ・バス111に接続された時間幅タイマに係
る時間幅カウンタであり、同期化回路107の前
記出力T3信号の時間幅を測定するものであつて、
その測定された時間幅Tdのデータは、データ・
バス111を介してマイクロコンに取り込まれる
ものである。
なお、図中の110はアドレス・バス、112
は基準クロツク信号線、113はインターラプト
信号線である。
は基準クロツク信号線、113はインターラプト
信号線である。
以上のように、マイクロコンに取り込まれたエ
ンコーダ・パルス個数PNのデータと時間幅Tdの
データとによつて、先の(1)式の演算をマイクロコ
ンで行うことにより、速度V〓を検出するもので
ある。
ンコーダ・パルス個数PNのデータと時間幅Tdの
データとによつて、先の(1)式の演算をマイクロコ
ンで行うことにより、速度V〓を検出するもので
ある。
以上のような、先に開発したものは、移動体に
係るモータが高回転の場合、精度よく速度を検出
することができるものである。
係るモータが高回転の場合、精度よく速度を検出
することができるものである。
しかし、このような方法、装置に係るもので
は、モータの速度が低速になつた場合、サンプリ
ング時間毎に検出を行うことができなくなる点が
問題となるものである。
は、モータの速度が低速になつた場合、サンプリ
ング時間毎に検出を行うことができなくなる点が
問題となるものである。
すなわち、第3図は、低速の場合のタイムチヤ
ート図である。
ート図である。
低速の場合、サンプリング時間TSをエンコー
ダ・パルスで同期化できない場合(領域B)や、
同期化できても時間幅Tdが非常に長くなる場合
(領域A)がある。
ダ・パルスで同期化できない場合(領域B)や、
同期化できても時間幅Tdが非常に長くなる場合
(領域A)がある。
これらの場合は、制御系においては、サンプリ
ング時間TSが延びたと同等となり、応答を劣化
させる要因となる、未だ十全でない点を有するも
のである。
ング時間TSが延びたと同等となり、応答を劣化
させる要因となる、未だ十全でない点を有するも
のである。
また、モータが停止している場合、上記の速度
検出の手法では、速度を検出することができない
という、改善すべき点をも有するものである。
検出の手法では、速度を検出することができない
という、改善すべき点をも有するものである。
本発明は、先に開発した手法の不充分な点であ
る、サンプリング時間と同等な時間幅が速度に依
存することにより制御系の応答を低下させること
に鑑み、安定したサンプリング時間を有し、な
お、さらに、エンコーダの原信号の振幅変動や、
周囲温度の変化に対して、精度よく位置、速度を
検出できる位置、速度検出装置の提供を、その目
的とするものである。
る、サンプリング時間と同等な時間幅が速度に依
存することにより制御系の応答を低下させること
に鑑み、安定したサンプリング時間を有し、な
お、さらに、エンコーダの原信号の振幅変動や、
周囲温度の変化に対して、精度よく位置、速度を
検出できる位置、速度検出装置の提供を、その目
的とするものである。
本発明に係る位置、速度検出装置の構成は、移
動体に接続されたエンコーダによる位置、速度検
出装置において、位相が一定値ずれた同形状の2
相周期波形であるエンコーダ原信号よりエンコー
ダ・パルスを発生する波形整形回路と、そのエン
コーダ・パルスにより粗位置を検出するアツプ/
ダウン・カウンタと、所定のサンプリング時間毎
に所定のパルス幅のサンプリング信号を発生する
サンプリング・パルス・タイマと、前記サンプリ
ング信号に同期して前記粗信号を一時的に格納す
る一時記憶回路とにより粗位置を、サンプリング
時間毎にサンプリング信号を発生するサンプリン
グ・パルス・タイマからの当該サンプリング時間
に同期化させる一時記憶回路とにより粗位置検出
部を構成し、また、エンコーダ原信号をサンプリ
ング時刻にホールドするサンプル・ホールダと、
上記サンプリング・パルス・タイマからのサンプ
リング信号により起動されて前記のホールドされ
たエンコーダ原信号の値をパルス幅変調するため
の搬送波を発生する鋸波状歯発生回路と、そのパ
ルス幅変調回路と、当該パルス幅を計測する時間
幅カウンタとにより微細位置検出部を構成すると
ともに、前記の、サンプリング・パルス・タイマ
と、一時記憶回路と、時間幅カウンタとを、演算
制御部に接続せしめて構成したものである。
動体に接続されたエンコーダによる位置、速度検
出装置において、位相が一定値ずれた同形状の2
相周期波形であるエンコーダ原信号よりエンコー
ダ・パルスを発生する波形整形回路と、そのエン
コーダ・パルスにより粗位置を検出するアツプ/
ダウン・カウンタと、所定のサンプリング時間毎
に所定のパルス幅のサンプリング信号を発生する
サンプリング・パルス・タイマと、前記サンプリ
ング信号に同期して前記粗信号を一時的に格納す
る一時記憶回路とにより粗位置を、サンプリング
時間毎にサンプリング信号を発生するサンプリン
グ・パルス・タイマからの当該サンプリング時間
に同期化させる一時記憶回路とにより粗位置検出
部を構成し、また、エンコーダ原信号をサンプリ
ング時刻にホールドするサンプル・ホールダと、
上記サンプリング・パルス・タイマからのサンプ
リング信号により起動されて前記のホールドされ
たエンコーダ原信号の値をパルス幅変調するため
の搬送波を発生する鋸波状歯発生回路と、そのパ
ルス幅変調回路と、当該パルス幅を計測する時間
幅カウンタとにより微細位置検出部を構成すると
ともに、前記の、サンプリング・パルス・タイマ
と、一時記憶回路と、時間幅カウンタとを、演算
制御部に接続せしめて構成したものである。
さらに詳細には、次のとおりである。
一般に、エンコーダは正弦波状に変化する原信
号を有し、そのエンコーダ原信号を波形整形する
ことにより、エンコーダ・パルスを発生してい
る。
号を有し、そのエンコーダ原信号を波形整形する
ことにより、エンコーダ・パルスを発生してい
る。
本発明では、その正弦波状に変化するエンコー
ダ原信号を用いて、位置及び速度を検出するよう
にしたものである。
ダ原信号を用いて、位置及び速度を検出するよう
にしたものである。
すなわち、二相のエンコーダ原信号のA相信号
電圧eAとB相信号電圧eBとは、次式で示される。
電圧eAとB相信号電圧eBとは、次式で示される。
eA=Esin(KEθE) ……(2)
eB=−Ecos(KEθE) ……(3)
ただし、Eは、エンコーダ原信号の振幅であ
り、KEは、エンコーダー回転当りのエンコーダ
原信号の周期数による定数、θEは、エンコーダの
位置である。
り、KEは、エンコーダー回転当りのエンコーダ
原信号の周期数による定数、θEは、エンコーダの
位置である。
上記の(2)式、(3)式より、振幅Eの変動に対し、
補正して、精度よく位置を検出する方法は、振幅
Eを(2)式、(3)式より消去する方法と、振幅Eを(2)
式、(3)式より求める方法とがある。
補正して、精度よく位置を検出する方法は、振幅
Eを(2)式、(3)式より消去する方法と、振幅Eを(2)
式、(3)式より求める方法とがある。
前者の振幅Eを消去する方法は、(2)式と(3)式で
除算を行うものである。
除算を行うものである。
除算の結果より、位置は、次式のようになる。
=tan-1(−eA/eB)、θE′=/KE ……(4)
ただし、は、エンコーダ原信号の一周期を
2πとした場合の微細位置であり、θE′は、エンコ
ーダの位置に換算した微細位置の値である。
2πとした場合の微細位置であり、θE′は、エンコ
ーダの位置に換算した微細位置の値である。
上記の(4)式は、周期関数の逆関数であるから、
この(4)式により求められた位置は、周期が無限に
存在する。
この(4)式により求められた位置は、周期が無限に
存在する。
例えば、その詳細を後述する、位置検出の原理
説明図である第8図において、A相信号電圧eA=
B相信号電圧eB=dのとき、位置θは、θ′、θ″、
……というように多数点がある。
説明図である第8図において、A相信号電圧eA=
B相信号電圧eB=dのとき、位置θは、θ′、θ″、
……というように多数点がある。
よつて、上記(4)式によるほか、エンコーダ原信
号の1/2周期もしくは1/4周期を精度とするエンコ
ーダ・パルスによる粗位置検出を同時に行い、そ
れらの結果を合せて、広い位置の範囲にわたり精
度よく位置を検出するようにするものである。
号の1/2周期もしくは1/4周期を精度とするエンコ
ーダ・パルスによる粗位置検出を同時に行い、そ
れらの結果を合せて、広い位置の範囲にわたり精
度よく位置を検出するようにするものである。
また、後者の振幅Eを求める方法は、(2)式と(3)
式の二乗和を取るものである。
式の二乗和を取るものである。
その二乗和の結果より、振幅Eの二乗は次式で
示される。
示される。
E2=eA 2+eB 2 ……(5)
ただし、sin2x+cos2x=1であることを用いた
ものである。
ものである。
よつて、微細位置は、次のごとくして求められ
る。
る。
θE′
=1/KE・sin-1(eA/√A 2+B 2)……(6)
θE′
=1/KE・cos-1(eB/√A 2+B 2)……(7)
この微細位置θE′と粗位置とを合せてエンコー
ダの位置を知ることができる。
ダの位置を知ることができる。
以上の方法を実現する装置としては、サンプリ
ング時間TSを発生するサンプリング・パルス・
タイマと、粗位置(例えば、エンコーダ原信号の
1/4周期の精度)を検出するための波形整形回路
と、アツプ/ダウン・カウンタと、一時記憶回路
と、さらに、微細位置を検出するためのサンプ
ル・ホールダと、鋸歯状波発生回路と、変調回路
と、時間幅カウンタと、演算処理を行うための演
算制御部に係るマイクロコンとより構成するよう
にしたものである。なお、変調回路と時間幅カウ
ンタとは、アナログ/デイジタル・コンバータに
よつても実現できるものである。
ング時間TSを発生するサンプリング・パルス・
タイマと、粗位置(例えば、エンコーダ原信号の
1/4周期の精度)を検出するための波形整形回路
と、アツプ/ダウン・カウンタと、一時記憶回路
と、さらに、微細位置を検出するためのサンプ
ル・ホールダと、鋸歯状波発生回路と、変調回路
と、時間幅カウンタと、演算処理を行うための演
算制御部に係るマイクロコンとより構成するよう
にしたものである。なお、変調回路と時間幅カウ
ンタとは、アナログ/デイジタル・コンバータに
よつても実現できるものである。
しかして、一時記憶回路とサンプル・ホールダ
は、粗位置のデータと、エンコーダ原信号のA相
信号電圧、B相信号電圧の同時刻性を得るために
用いられるものである。
は、粗位置のデータと、エンコーダ原信号のA相
信号電圧、B相信号電圧の同時刻性を得るために
用いられるものである。
また、速度は、精度の高い位置データが安定し
たサンプリング時間毎に得られるので、この位置
の変化量より求めることができる。
たサンプリング時間毎に得られるので、この位置
の変化量より求めることができる。
本発明に係る位置、速度検出装置の実施例を、
各図を参照して説明する。
各図を参照して説明する。
ここで、第4図は、本発明の位置、速度検出装
置の一実施例に係る位置、速度検出回路のブロツ
ク図、第5図は、その4倍精度位置検出の粗位置
検出タイムチヤート図、第6図は、その詳細な位
置検出の微細位置検出タイムチヤート図、第7図
は、その位置、速度検出のフローチヤート図、第
8図は、その位置検出の原理説明図である。
置の一実施例に係る位置、速度検出回路のブロツ
ク図、第5図は、その4倍精度位置検出の粗位置
検出タイムチヤート図、第6図は、その詳細な位
置検出の微細位置検出タイムチヤート図、第7図
は、その位置、速度検出のフローチヤート図、第
8図は、その位置検出の原理説明図である。
各図で、さきの第1図ないし第3図と同一符号
に係るものは、同等のものを示すものである。
に係るものは、同等のものを示すものである。
まず、粗位置検出に関する粗位置検出部の回路
の構成を説明する(タイムチヤートは第5図であ
る。)。
の構成を説明する(タイムチヤートは第5図であ
る。)。
すなわち、401は、エンコーダ原信号の零値
において、細いパルス信号(先の第2図及び、第
5図のT1信号)を発生し、さらに、移動体に係
るモータの正逆転信号のS2信号を発生する波形整
形回路である。なお、既述のように、また第5図
に示されるように、T1信号は、エンコーダ原信
号の1/4周期毎に発生する。このため粗位置PC(k)
の精度は、エンコーダ原信号の1/4周期となる。
において、細いパルス信号(先の第2図及び、第
5図のT1信号)を発生し、さらに、移動体に係
るモータの正逆転信号のS2信号を発生する波形整
形回路である。なお、既述のように、また第5図
に示されるように、T1信号は、エンコーダ原信
号の1/4周期毎に発生する。このため粗位置PC(k)
の精度は、エンコーダ原信号の1/4周期となる。
402は、T1信号のパルス数を、S2信号によ
り加算あるいは減算するアツプ/ダウン・カウン
タである。これにより、瞬時の粗位置PCが、こ
のアツプ/ダウン・カウンタ402により検出さ
れるものである。
り加算あるいは減算するアツプ/ダウン・カウン
タである。これにより、瞬時の粗位置PCが、こ
のアツプ/ダウン・カウンタ402により検出さ
れるものである。
404はサンプリング時間TS毎に、サンプリ
ング信号であるところのS3信号を発生するサンプ
リング・パルス・タイマである。
ング信号であるところのS3信号を発生するサンプ
リング・パルス・タイマである。
403は、サンプリング・パルス・タイマ40
4のサンプリング信号のS3信号により、アツプ/
ダウン・カウン402の瞬時の粗位置PCを同期
化し、粗位置データPC(k)として保管する一時記憶
回路である。また、この一時記憶回路403は、
波形整形回路401の正逆転信号のS2信号をも、
粗位置PC(k)と同時に一時、記憶するものである。
4のサンプリング信号のS3信号により、アツプ/
ダウン・カウン402の瞬時の粗位置PCを同期
化し、粗位置データPC(k)として保管する一時記憶
回路である。また、この一時記憶回路403は、
波形整形回路401の正逆転信号のS2信号をも、
粗位置PC(k)と同時に一時、記憶するものである。
次に、微細位置に関する微細位置検出部の回路
の構成を説明する(タイムチヤートは第6図であ
る。)。
の構成を説明する(タイムチヤートは第6図であ
る。)。
すなわち、405は、サンプリング信号のS3信
号により起動され、搬送波に係る鋸歯状波S5信号
と、この鋸歯状波S5信号の有効領域を示す変調許
可信号のS4信号とを発生する鋸歯状波発生回路で
あり、その変調許可信号のS4信号は、鋸歯状波S5
信号の発生と同時に始まり、この鋸歯状波S5信号
が基準電圧vrに達すると終るものである。
号により起動され、搬送波に係る鋸歯状波S5信号
と、この鋸歯状波S5信号の有効領域を示す変調許
可信号のS4信号とを発生する鋸歯状波発生回路で
あり、その変調許可信号のS4信号は、鋸歯状波S5
信号の発生と同時に始まり、この鋸歯状波S5信号
が基準電圧vrに達すると終るものである。
406は、鋸歯状波発生回路405の変調許可
信号のS4信号が発生している期間、エンコーダ原
信号のA相信号電圧eAとB相信号電圧eBとを、サ
ンプリング信号のS3信号の発生した時刻の値にホ
ールドし、A相信号電圧eAをA相ホールド信号の
S6信号、B相信号電圧eBをB相ホールド信号のS7
信号として出力するサンプル・ホールダである。
信号のS4信号が発生している期間、エンコーダ原
信号のA相信号電圧eAとB相信号電圧eBとを、サ
ンプリング信号のS3信号の発生した時刻の値にホ
ールドし、A相信号電圧eAをA相ホールド信号の
S6信号、B相信号電圧eBをB相ホールド信号のS7
信号として出力するサンプル・ホールダである。
407は、A相ホールド信号のS6信号を、鋸歯
状波発生回路405と変調許可信号のS4信号と鋸
歯状波S5信号とによりパルス幅変調し、A相パル
ス幅信号のS8信号として出力する変調回路であ
る。
状波発生回路405と変調許可信号のS4信号と鋸
歯状波S5信号とによりパルス幅変調し、A相パル
ス幅信号のS8信号として出力する変調回路であ
る。
408は、変調回路407と同様に、B相ホー
ルド信号のS7信号を、鋸歯状波発生回路405の
変調許可信号のS4と鋸歯状波S5信号によりパルス
幅変調し、B相パルス幅信号のS9信号として出力
する変調回路である。
ルド信号のS7信号を、鋸歯状波発生回路405の
変調許可信号のS4と鋸歯状波S5信号によりパルス
幅変調し、B相パルス幅信号のS9信号として出力
する変調回路である。
409は、鋸歯状波発生回路405の鋸歯状波
S5信号の傾きが、装置の周囲温度によつて変化す
るため、その影響を補正する基準値を発生する変
調回路であり、周囲温度に依存しない零電圧を、
鋸歯状波発生回路405の変調許可信号のS4信号
と鋸歯状波S5信号とによりパルス幅変調し、零値
パルス幅信号のS10信号として出力するものであ
る。
S5信号の傾きが、装置の周囲温度によつて変化す
るため、その影響を補正する基準値を発生する変
調回路であり、周囲温度に依存しない零電圧を、
鋸歯状波発生回路405の変調許可信号のS4信号
と鋸歯状波S5信号とによりパルス幅変調し、零値
パルス幅信号のS10信号として出力するものであ
る。
410は、変調回路407のA相パルス幅信号
のS8信号のA相時間幅TAを計測する時間幅カウ
ンタである。
のS8信号のA相時間幅TAを計測する時間幅カウ
ンタである。
411は、変調回路408のB相パルス幅信号
のS9信号のB相時間幅TBを計測する時間幅カウ
ンタである。
のS9信号のB相時間幅TBを計測する時間幅カウ
ンタである。
412は、変調回路409の零値パルス幅信号
のS10信号の零値時間幅TCを計測する時間幅カウ
ンタであり、また、この時間幅カウンタ412
は、マイクロコンのCPU101へ、インターラ
プト信号線113を通じて、計測の終了を知らせ
るインターラプト信号のS11信号を発生するもの
である。
のS10信号の零値時間幅TCを計測する時間幅カウ
ンタであり、また、この時間幅カウンタ412
は、マイクロコンのCPU101へ、インターラ
プト信号線113を通じて、計測の終了を知らせ
るインターラプト信号のS11信号を発生するもの
である。
次に、マイクロコンとのデータ授受に関して説
明する。
明する。
すなわち、サンプリング・パルス・タイマ40
4は、アドレス・バス110及びデータ・バス1
11を介して、マイクロコンと接続されており、
マイクロコンによつてサンプリング時間TSを設
定されるものである。
4は、アドレス・バス110及びデータ・バス1
11を介して、マイクロコンと接続されており、
マイクロコンによつてサンプリング時間TSを設
定されるものである。
また、一時記憶回路403と時間幅カウンタ4
10,411,412の各回路とは、アドレス・
バス110及びデータ・バス111を介して、マ
イクロコンへ、各回路の持つデータ(粗位置
PC(k)、A相時間幅TA、B相時間幅TB及び零値時
間幅TC)を受け渡すものである。
10,411,412の各回路とは、アドレス・
バス110及びデータ・バス111を介して、マ
イクロコンへ、各回路の持つデータ(粗位置
PC(k)、A相時間幅TA、B相時間幅TB及び零値時
間幅TC)を受け渡すものである。
以上におけるマイクロコン内へのデータ取り込
みと、その取り込まれたデータより、位置や速度
を演算処理によつて検出する、第7図のフローチ
ヤートを説明する。
みと、その取り込まれたデータより、位置や速度
を演算処理によつて検出する、第7図のフローチ
ヤートを説明する。
この取り込み及び演算処理は、時間幅カウンタ
412のインターラプト信号のS11信号により起
動するようにしたインターラプト処理である。
412のインターラプト信号のS11信号により起
動するようにしたインターラプト処理である。
すなわち、710において、一時記憶回路40
3よりの粗位置PC(k)、時間幅カウンタ410より
のA相時間幅TA、時間幅カウンタ411よりの
B相時間幅TB、時間幅カウンタ412よりの零
値時間幅TCを、それぞれ取り込むものである。
3よりの粗位置PC(k)、時間幅カウンタ410より
のA相時間幅TA、時間幅カウンタ411よりの
B相時間幅TB、時間幅カウンタ412よりの零
値時間幅TCを、それぞれ取り込むものである。
720においては、先の(4)式の微細位置を求
めるものである。
めるものである。
このとき、まず、エンコーダ原信号のA相信号
電圧eAとB相信号電圧eBとの比を求める。
電圧eAとB相信号電圧eBとの比を求める。
すなわち、鋸歯状波発生回路405の鋸歯状波
S5信号において、その値が基準電圧vrに達した時
刻を時刻零として、この零時刻より時間tだけ前
の値e5は、次式のようになる。
S5信号において、その値が基準電圧vrに達した時
刻を時刻零として、この零時刻より時間tだけ前
の値e5は、次式のようになる。
e5eS=vr−a・t ……(8)
ただし、aは、鋸歯状波S5信号の変調許可信号
のS4信号が出力されている間の傾きである。
のS4信号が出力されている間の傾きである。
上記の(8)式を用いて、A相信号電圧eAとB相信
号電圧eB、さらに零値0は、各々の時間幅より、
次式となる。
号電圧eB、さらに零値0は、各々の時間幅より、
次式となる。
eA=vr−a・TA ……(9)
eB=vr−a・TB ……(10)
0=vr−a・TC ……(11)
この(11)の式より、基準電圧vrを求め、(9)
式、(10)式に代入すると、次式となる。
式、(10)式に代入すると、次式となる。
eA=a(TC−TA) ……(12)
eB=a(TC−TB) ……(13)
よつて、A相信号電圧eAとB相信号電圧eBとの
比は、次式となる。
比は、次式となる。
cA/eB=(TC−TA)/(TC−TB) ……(14)
上記の(14)式は、鋸歯状波S5信号のに周囲温
度によつて変動する定数(基準電圧vrと傾きa)
を含まないため、各値を変調したときの前記定数
が不明であつても、正確な比の値を与えるもので
ある。
度によつて変動する定数(基準電圧vrと傾きa)
を含まないため、各値を変調したときの前記定数
が不明であつても、正確な比の値を与えるもので
ある。
この(14)式を用いて、先の(4)式は、次のよう
になる。
になる。
=tan-1〔−(TC−TA)/(TC
−TB)〕……(15) よつて、第7図のフローチヤートの720では、
この(15)式を用いて微細位置を求めている。
−TB)〕……(15) よつて、第7図のフローチヤートの720では、
この(15)式を用いて微細位置を求めている。
すなわち、この720のところで、先に述べた(2)、
(3)式を用いて、エンコーダ原信号の振幅を消去す
るようにしているものである。
(3)式を用いて、エンコーダ原信号の振幅を消去す
るようにしているものである。
これは、ROM102に記憶されているデータ
とRAM103に取り込んだデータとにより、
CPU101で行うものである。
とRAM103に取り込んだデータとにより、
CPU101で行うものである。
この演算は、演算時間の関係より、数表をマイ
クロコン内に持ち、これをひく方法でも求められ
るものである。
クロコン内に持ち、これをひく方法でも求められ
るものである。
730において、微細位置の値の正負を判定し、
負の場合は、740において、定数K3を1に、正の
場合には、745において、定数K3を零に設定す
る。
負の場合は、740において、定数K3を1に、正の
場合には、745において、定数K3を零に設定す
る。
両判定結果とも、続く750において、粗位置
PC(k)と微細位置とを合せて、位置を検出するも
のである。
PC(k)と微細位置とを合せて、位置を検出するも
のである。
この730〜750における位置検出について、第8
図を用いて説明する。
図を用いて説明する。
まず、位置をエンコーダ原信号により第8図の
ようにモード分けする。
ようにモード分けする。
エンコーダ原信号のA相信号電圧eAとB相信号
電圧eBとの比(eA/eB)は、−tan形の関数とな
り、求められる微細位置は、位置がモード2の
とき正で、その原点はモード変化点M0-2である。
電圧eBとの比(eA/eB)は、−tan形の関数とな
り、求められる微細位置は、位置がモード2の
とき正で、その原点はモード変化点M0-2である。
また、位置がモード3のとき負で、その原点は
モード変化点M3-1である。
モード変化点M3-1である。
さらに、位置がモード1のとき正で、その原点
はモード変化点M3-1である。
はモード変化点M3-1である。
そして、位置がモード0のとき負で、その原点
はモード変化点M0-2である。
はモード変化点M0-2である。
このため、エンコーダの位置は、位置がモード
2及びモード1のときには、粗位置PC(k)が、微細
位置の原点を示すため、粗位置PC(k)と微細位置
とを、各々実際のエンコーダ位置に変換したの
ちに加算すればよい。
2及びモード1のときには、粗位置PC(k)が、微細
位置の原点を示すため、粗位置PC(k)と微細位置
とを、各々実際のエンコーダ位置に変換したの
ちに加算すればよい。
位置がモード3及びモード零のときには、粗位
置PC(k)が微細位置の原点より、粗位置にして1
小さい位置を示すため、粗位置PC(k)に1加算し
て、このPC(k)+1により示される微細位置の原
点位置と微細位置とを各々実際のエンコーダ位
置に変換したのち加算すればよい。
置PC(k)が微細位置の原点より、粗位置にして1
小さい位置を示すため、粗位置PC(k)に1加算し
て、このPC(k)+1により示される微細位置の原
点位置と微細位置とを各々実際のエンコーダ位
置に変換したのち加算すればよい。
このように、位置のモードにより位置θ(k)の演
算方法が異なるが、これは、微細位置を正負に
対応している。
算方法が異なるが、これは、微細位置を正負に
対応している。
このため、先の第7図では、微細位置の正負
を判定し位置θ(k)の演算式を切り換えている。
を判定し位置θ(k)の演算式を切り換えている。
これを、次の(16)式に示す。
θ(k)=K2{PC(k)+K3}+K4 ……(16)
ここで、K2、K4は、エンコーダの一回転当り
のエンコーダ原信号の周期数による定数であり、
常数K3は、微細位置が正のとき(位置がモー
ド2及びモード1のとき)にK3=0、微細位置
が負のとき(位置がモード3及びモード0のと
き)にK3=1である。
のエンコーダ原信号の周期数による定数であり、
常数K3は、微細位置が正のとき(位置がモー
ド2及びモード1のとき)にK3=0、微細位置
が負のとき(位置がモード3及びモード0のと
き)にK3=1である。
しかして、第7図の760において、750までで求
めた位置θ(k)のサンプリグ時間TS毎の変化を演算
し、これより速度ω(k)を次式に従い演算して検出
するものである。
めた位置θ(k)のサンプリグ時間TS毎の変化を演算
し、これより速度ω(k)を次式に従い演算して検出
するものである。
ω(k)=K5{θ(k)−θ(k-1)} ……(17)
ここで、K5は、サンプリング時間TSによる定
数である。
数である。
さらに、770(RTI、リターンフロムインターラ
プト)で、位置、速度の検出のインターラプト処
理より、マイクロコンは、処理をメインタスクに
帰すものである。
プト)で、位置、速度の検出のインターラプト処
理より、マイクロコンは、処理をメインタスクに
帰すものである。
これにより、1回のサンプリングによる位置、
速度の検出を終了するものである。
速度の検出を終了するものである。
以上のごとく、本実施例によれば、モータの速
度や、エンコーダ原信号の振幅変動、さらに、周
囲温度の変化にかかわらず、位置や速度を精度よ
く求めることが可能となるものである。
度や、エンコーダ原信号の振幅変動、さらに、周
囲温度の変化にかかわらず、位置や速度を精度よ
く求めることが可能となるものである。
しかして、本実施例においては、エンコーダ原
信号の、位相の一定値ずれた同形状の2相周期波
形を用いることにより、当該エンコーダ原信号の
振幅変動を補正するのに、720のところで、原信
号を消去するようにしたものであるが、これは、
同じく720のところで、(2)式と(3)式の二乗和を取
つて、振幅を求め、その振幅変動を補正するよう
にしてもよいものである。
信号の、位相の一定値ずれた同形状の2相周期波
形を用いることにより、当該エンコーダ原信号の
振幅変動を補正するのに、720のところで、原信
号を消去するようにしたものであるが、これは、
同じく720のところで、(2)式と(3)式の二乗和を取
つて、振幅を求め、その振幅変動を補正するよう
にしてもよいものである。
なお、符号化された細分割尺度を有する測定機
と題する特開昭54−109858号公報には、粗位置と
微細位置とを分離して求め、その後合成すること
によつて2つの対象物の相対位置を定める技術が
開示されている。具体的には、中間値つまり微細
位置を検出する回路と、前進/後退計算器つまり
粗位置カウンタに関する記述が開示されている。
と題する特開昭54−109858号公報には、粗位置と
微細位置とを分離して求め、その後合成すること
によつて2つの対象物の相対位置を定める技術が
開示されている。具体的には、中間値つまり微細
位置を検出する回路と、前進/後退計算器つまり
粗位置カウンタに関する記述が開示されている。
しかしながら、前掲特開昭54−109858号公報に
記載の発明にあつては、本発明のように、エンコ
ーダの原信号から微細位置を求める技術、さらに
はエンコーダ原信号の振幅変動による影響、すな
わち微細位置の誤差による影響を取り除いて精度
よく位置を検出する点につき言及されていない。
記載の発明にあつては、本発明のように、エンコ
ーダの原信号から微細位置を求める技術、さらに
はエンコーダ原信号の振幅変動による影響、すな
わち微細位置の誤差による影響を取り除いて精度
よく位置を検出する点につき言及されていない。
本発明によれば、広範囲の速度検出を各サンプ
リング時間毎に行うことができ、特に先に開発し
たものにおいて不充分であつた、低速時の速度制
御の応答性を向上させる効果がある。
リング時間毎に行うことができ、特に先に開発し
たものにおいて不充分であつた、低速時の速度制
御の応答性を向上させる効果がある。
また、先に開発したものでは不可能であつた停
止の検出(零速度検出)や、エンコーダ原信号の
周期の1/4以下の誤差の精度で位置を検出できる
ものである。
止の検出(零速度検出)や、エンコーダ原信号の
周期の1/4以下の誤差の精度で位置を検出できる
ものである。
さらに、位置や速度の検出において、エンコー
ダ原信号の振幅変動や、周囲温度の変化に対して
精度を高めることができ、このため、サーボ・モ
ータの位置制御及び速度制御の性能を向上させる
効果を有するものである。
ダ原信号の振幅変動や、周囲温度の変化に対して
精度を高めることができ、このため、サーボ・モ
ータの位置制御及び速度制御の性能を向上させる
効果を有するものである。
第1図は、先に開発した速度検出ブロツク図、
第2図は、その速度検出のタイムチヤート図、第
第3図は、その低速の場合の速度検出タイムチヤ
ート図、第4図は、本発明の位置、速度検出装置
の一実施例に係る位置、速度検出回路のブロツク
図、第5図は、その4倍精度位置検出の粗位置検
出タイムチヤート図、第6図は、その詳細な位置
検出の微細位置検出タイムチヤート図、第7図
は、その位置、速度検出のフローチヤート図、第
8図は、その位置検出の原理説明図である。 101……CPU、102……ROM、103…
…RAM、110……アドレス・バス、111…
…データ・バス、112……基準クロツク信号
線、113……インターラプト信号線、401…
…波形整形回路、402……アツプ/ダウン・カ
ウンタ、403……一時記憶回路、404……サ
ンプリング・パルス・タイマ、405……鋸歯状
波発生回路、406……サンプル・ホールダ、4
07,408,409……変調回路、410,4
11,412……時間幅カウンタ。
第2図は、その速度検出のタイムチヤート図、第
第3図は、その低速の場合の速度検出タイムチヤ
ート図、第4図は、本発明の位置、速度検出装置
の一実施例に係る位置、速度検出回路のブロツク
図、第5図は、その4倍精度位置検出の粗位置検
出タイムチヤート図、第6図は、その詳細な位置
検出の微細位置検出タイムチヤート図、第7図
は、その位置、速度検出のフローチヤート図、第
8図は、その位置検出の原理説明図である。 101……CPU、102……ROM、103…
…RAM、110……アドレス・バス、111…
…データ・バス、112……基準クロツク信号
線、113……インターラプト信号線、401…
…波形整形回路、402……アツプ/ダウン・カ
ウンタ、403……一時記憶回路、404……サ
ンプリング・パルス・タイマ、405……鋸歯状
波発生回路、406……サンプル・ホールダ、4
07,408,409……変調回路、410,4
11,412……時間幅カウンタ。
Claims (1)
- 1 移動体に接続されたエンコーダによる位置、
速度検出装置において位相が一定値ずれた同形状
の2相周期波形であるエンコーダ原信号よりエン
コーダ・パルスを発生する波形整形回路と、その
エンコーダ・パルスにより粗位置を検出するアツ
プ/ダウン・カウンタと、所定のサンプリング時
間毎に所定のパルス幅のサンプリング信号を発生
するサンプリング・パルス・タイマと、前記サン
プリング信号に同期して前記粗信号を一時的に格
納する一時記憶回路とにより粗位置検出部を構成
し、また、エンコーダ原信号をサンプリング時刻
にホールドするサンプル・ホールダと、上記サン
プリング・パルス・タイマからのサンプリング信
号により起動されて前記のホールドされたエンコ
ーダ原信号の値をパルス幅変調するための搬送波
を発生する鋸歯状波発生回路と、そのパルス幅変
調回路と、当該パルス幅を計測する時間幅カウン
タとにより微細位置検出部を構成するとともに、
前記の、サンプリング・パルス・タイマと、一時
記憶回路と、時間幅カウンタとを、演算制御部に
接続せしめて構成したことを特徴とする位置、速
度検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59071865A JPS60216262A (ja) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | 位置,速度検出装置 |
| DE8585104395T DE3583533D1 (de) | 1984-04-12 | 1985-04-11 | Verfahren und vorrichtung zur stellungs-/geschwindigkeitsermittlung. |
| US06/721,959 US4621224A (en) | 1984-04-12 | 1985-04-11 | Position/speed detection method and apparatus |
| EP85104395A EP0162268B1 (en) | 1984-04-12 | 1985-04-11 | Position/speed detection method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59071865A JPS60216262A (ja) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | 位置,速度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60216262A JPS60216262A (ja) | 1985-10-29 |
| JPH0465985B2 true JPH0465985B2 (ja) | 1992-10-21 |
Family
ID=13472836
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59071865A Granted JPS60216262A (ja) | 1984-04-12 | 1984-04-12 | 位置,速度検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4621224A (ja) |
| EP (1) | EP0162268B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60216262A (ja) |
| DE (1) | DE3583533D1 (ja) |
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| JPH01224621A (ja) * | 1988-03-04 | 1989-09-07 | Hitachi Ltd | 位置検出方法又は装置 |
| JP2637158B2 (ja) * | 1988-04-21 | 1997-08-06 | カヤバ工業株式会社 | 位置検出信号の処理方式 |
| JP2574873B2 (ja) * | 1988-08-24 | 1997-01-22 | 株式会社日立製作所 | 位置あるいは速度検出装置 |
| US5280238A (en) * | 1988-10-20 | 1994-01-18 | Kayaba Kogyo Kabushiki Kaisha | System for processing position signals that are reponsive to displacement of an object |
| US5237521A (en) * | 1990-08-20 | 1993-08-17 | Xerox Corporation | High resolution position measurement system |
| US5640835A (en) * | 1991-10-16 | 1997-06-24 | Muscoplat; Richard | Multiple envelope with integrally formed and printed contents and return envelope |
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| US6121747A (en) * | 1997-09-02 | 2000-09-19 | Servologic Ltd. | Electric motor controller |
| US6320343B1 (en) * | 1999-02-19 | 2001-11-20 | Stmicroelectronics S.R.L. | Fine phase frequency multipiler for a brushless motor and corresponding control method |
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| JP4089445B2 (ja) * | 2003-01-22 | 2008-05-28 | 株式会社デンソー | 半導体集積回路装置 |
| JP2004248377A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Toyoda Mach Works Ltd | 駆動電圧出力装置及びその制御方法 |
| EP1526361A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-04-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Analog position encoder |
| JP4953589B2 (ja) * | 2005-05-25 | 2012-06-13 | 株式会社ミツトヨ | エンコーダの原点信号生成方法及び装置 |
| JP4786425B2 (ja) * | 2006-06-07 | 2011-10-05 | シャープ株式会社 | 制御装置および制御方法 |
| WO2009004504A2 (en) * | 2007-07-05 | 2009-01-08 | Nxp B.V. | Sensor device |
| TWI408893B (zh) * | 2008-12-24 | 2013-09-11 | Ind Tech Res Inst | 伺服馬達低速控制方法與裝置 |
Family Cites Families (9)
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| JPS57144465A (en) * | 1981-02-28 | 1982-09-07 | Hitachi Ltd | Speed detecting method |
| DE3107938A1 (de) * | 1981-03-02 | 1982-09-16 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur drehzahlerfassung |
| US4429267A (en) * | 1981-06-22 | 1984-01-31 | Manhattan Engineering Company, Inc. | Digital positioning systems having high accuracy |
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| US4529325A (en) * | 1982-05-26 | 1985-07-16 | Oume Corporation | Technique for compensation for bandwidth limitations of microprocessor utilized for serial printer control |
| JPH0627653B2 (ja) * | 1983-11-08 | 1994-04-13 | 株式会社日立製作所 | 位置、速度検出方法及び装置 |
-
1984
- 1984-04-12 JP JP59071865A patent/JPS60216262A/ja active Granted
-
1985
- 1985-04-11 EP EP85104395A patent/EP0162268B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-04-11 DE DE8585104395T patent/DE3583533D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1985-04-11 US US06/721,959 patent/US4621224A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60216262A (ja) | 1985-10-29 |
| EP0162268A1 (en) | 1985-11-27 |
| DE3583533D1 (de) | 1991-08-29 |
| US4621224A (en) | 1986-11-04 |
| EP0162268B1 (en) | 1991-07-24 |
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