JPH1090293A - 速度検出装置、回転角度検出装置、およびモータ速度制御装置 - Google Patents

速度検出装置、回転角度検出装置、およびモータ速度制御装置

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JPH1090293A
JPH1090293A JP24958096A JP24958096A JPH1090293A JP H1090293 A JPH1090293 A JP H1090293A JP 24958096 A JP24958096 A JP 24958096A JP 24958096 A JP24958096 A JP 24958096A JP H1090293 A JPH1090293 A JP H1090293A
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phase
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JP24958096A
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Masato Takase
真人 高瀬
Takanori Ohashi
敬典 大橋
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】エンコーダのパルス誤差があっても、高い応答
をもった制御を可能にするようなモータ速度制御装置、
あるいはこのモータ速度制御装置に使用可能な速度検出
装置、回転角度検出装置を提供することを目的としてい
る。 【解決手段】モータによって駆動される2相パルス出力
のエンコーダを使いモータの速度を検出し前記モータの
速度を制御するモータ速度制御装置において、前記エン
コーダの出力パルス数に出力パルスのデューティ不均衡
量および前記2相パルス相互の所定位相差からの定常位
相誤差量をパルス数に換算して補正値として加える手段
と、この補正されたエンコーダの出力パルス数に基づい
て前記モータの速度を検出する手段を備えたことを特徴
とするモータ速度制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は2相パルス出力のロ
ータリエンコーダの信号を用いてモータの速度を検出す
ることでモータの速度を制御することが可能なモータ速
度制御装置、あるいはこのモータ速度制御装置に使用可
能な速度検出装置、回転角度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】速度フィードバック信号を使ってモータ
の速度を制御する装置の、従来技術の制御ブロック図の
例を図2に示す。この装置で、制御対象のモータ23に
は、モータ軸に速度検出センサ24が直接取り付けられ
ており、この速度検出センサ24の出力信号は速度制御
装置20内の速度検出器25により速度検出信号(N d
et)に変換される。次に比較器26ではこの速度制御装
置20に与えられた速度指令信号(N ref)に対する前
記の速度検出信号(N det)の偏差をとり、この偏差を
速度制御器21に与える。速度制御器21は速度の偏差
を0とすべく電流アンプ22に電流指令を与え、これに
より電流アンプ22はモータ駆動電流を出力する。こう
してモータ23は自動的に速度指令信号にて与えられた
速度に可及的に一致するように回転する。ここで速度検
出センサ24としてはアナログ出力のタコジェネレータ
などが用いられることもあるが、速度制御装置のディジ
タル化に伴い高精度な速度検出が可能な2相パルス出力
の光学式あるいは磁気式などのロータリエンコーダを用
いることが多くなってきた。
【0003】この光学式ロータリエンコーダは、内部に
円周上で精密に等間隔に並んだスリットが付いた円板と
この円板を挟んで発光素子と受光素子が配置されてお
り、スリット部分から受光素子に光があたるようになっ
ている。従って円板が回転するとスリットの間隔で受光
素子に光があたり、このスリットによる受光素子が受け
る明暗の周期に同期して周期的な信号が受光素子より出
力される。受光素子の出力信号はアナログ信号である
が、デューティが50%になるように適当な閾値を設け
て波形整形し、パルス信号として出力する。
【0004】一般のロータリエンコーダでは、2個の受
光素子は、その出力がスリット間隔の1/4の間隔相当
の位相ずれを生じるように配置されており、それぞれの
出力が波形整形されてパルスとして出力される。この結
果2つの出力パルスは1/4周期の位相差を持つことに
なる。なおエンコーダによっては1/4周期のずれをも
った2種類のスリットを設け、回転に対して同じ位置に
ある2個の受光素子でそれぞれのスリットを通した光を
受けて位相差パルスを出力しているものもある。
【0005】以上のような2相パルス出力の光学式ロー
タリエンコーダは、軸の一定速回転に対して図3に示す
ようなA相、B相のパルスを出力するわけであるが、こ
の信号を用いて回転速度の検出を行う方法について以下
に説明する。
【0006】まずディジタル方式の速度制御装置では一
般に速度制御演算を一定時間間隔で行うようになってお
り、速度の検出もこの一定時間間隔の演算周期に同期し
て行われる。この速度検出ではまず所定時間当たりのエ
ンコーダパルス数が必要となるが、これはA相、B相の
エンコーダ信号の立ち上がり、立ち下がりでカウントす
るようになっている。図3を用いて説明すると、B相が
0の時にA相の立ち上がりが発生したところでパルス数
0としており、次のB相の立ち上がりでパルス数1、そ
の次のA相の立ち下がりでパルス数2というように、各
パルスのエッジでカウントアップする。また逆に回転し
た場合もA相、B相のパルスエッジでカウントダウンす
るが、一方のパルス信号の変化と他方のパルス信号の状
態との組み合わせでパルス数をアップ/ダウンするよう
にする。このパルスカウント方式は、実際のエンコーダ
パルス数の4倍のパルス数となるが、速度検出の分解能
を上げる意味から従来広く用いられている。
【0007】図3において速度検出のサンプリングがS
0、S1、S2、S3の時点でおこなわれる場合を考える
と、各サンプリング時点におけるパルスカウント数はそ
れぞれ0、2、4、7となる。サンプリングの時間間隔
を一定とすれば1回のサンプリング間隔におけるパルス
数の増加値をサンプリング時間で除算して速度検出値と
する方法もあるが、速度検出値の分解能が非常に粗くな
るため通常はパルス数が変化した時間も使って速度を算
出するようになっている。すなわちP0、P1、P2、P3
のパルスエッジが入力された時間もサンプリングして各
時間差分値t1、t2、t3を求め、パルス数の差分値を
この時間差分値で除算すれば正確な速度が求まることに
なる。図3の例ではパルスのデューティやA相、B相の
位相差がきちんと所定の値(デューティ50%、位相差
1/4周期)になっていれば、 t2=t1 t3=1.5×t1 となり、この結果パルス差分値をそれぞれの時間差分値
で除算すると、 (2−0)/t1=(4−2)/t2=(7−4)/t3 の関係が成立する。即ち、どのサンプリングにおいても
同じ速度検出値が得られることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来のような速
度検出方式はエンコーダパルス信号のデューティが正確
に50%であることや、A相とB相との位相差がパルス
周期の1/4周期であることを前提にしたものであり、
エンコーダ信号の1、0の比率が偏っていたり(デュー
ティが所定の値でない)、A相、B相の位相差に定常誤
差が含まれていたりした場合には速度検出値に誤差を生
じてしまう。実際のエンコーダにおいては前述のような
アナログ信号からパルス信号への変換時に正確な閾値で
波形整形することは困難であり、またA相、B相の位相
差もその精度には限界がある。このような問題点を図3
を用いて説明すると次のようになる。
【0009】まずA相信号の1と0の比率が4:6であ
ったとする。これは当然のことながら時間差分値にも影
響を与え、 t1:t2=4:6 となる。よってS1、S2での速度検出値は、エンコーダ
が一定速度で回転しているにもかかわらず 1/4:1/6=6:4 となる。また位相誤差の影響はS2からS3での速度検出
のようなサンプリング時点とパルスエッジ入力時点が時
間的に近い場合に発生する。
【0010】上記のような速度検出値の誤差は、速度制
御系のゲインが低い場合には平均化されて特に問題にな
らなかった。しかし速度制御応答の非常に高い系では速
度検出値の誤差が制御に影響を与え、モータが速度変動
や振動を起こしたり、発振に至ることもある。光学式に
限らず磁気式などのエンコーダでも同様の問題がある。
【0011】本発明は上記のような問題を解決し、より
高い応答をもった制御を可能にするようなモータ速度制
御装置、あるいはこのモータ速度制御装置に使用可能な
速度検出装置、回転角度検出装置を提供することを目的
としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的はあらかじめエ
ンコーダパルス信号のデューティ誤差分とA相、B相の
位相誤差分を登録しておき、サンプリング直前のエンコ
ーダパルス信号の状態に応じてパルス数に適当な補正値
を加えて速度検出演算を行うことで速度検出値誤差を減
らし、制御性能を高めるようにしたものである。
【0013】またモータを定速回転させながらエンコー
ダ信号のエッジ検出時間を測定することで前記エンコー
ダパルス数の補正値を自動的に設定できるようにしたも
のである。
【0014】本来エンコーダパルス数とは前述の通りエ
ンコーダパルス信号のエッジのカウント数であり、必ず
整数で表現されるものである。しかし実際のエンコーダ
パルス信号のエッジは本来あるべき位置より一定量ずれ
ていることが多く、このずれ量をエンコーダパルス数補
正値(絶対値で1未満)としてあらかじめ設定してお
く。そしてエンコーダパルス信号のエッジが入力された
時にこの補正値をエンコーダパルス数に加算することで
正確なエンコーダパルス数(整数になるとは限らない)
を算出することができる。このような正確なエンコーダ
パルス数をもちいることで正確な速度検出が可能とな
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図1、図
4、図5を用いて説明する。
【0016】まず一定速度でエンコーダを回転させた場
合の実際の出力パルスの波形を示した図4を用いてエン
コーダパルス数の補正について説明する。ここでエンコ
ーダパルス数の単位は各パルスの1/4周期の長さ(回
転量)とし、これを各パルスの0、1部分の中心位置と
一致させた点線で示してある。各パルス信号の0、1部
分の長さは正確に2となっていればよいが、実際のエン
コーダではいくらか誤差をもっている。図4の例ではA
相信号について見ると1の部分が2−2・PAの長さで
あり、0の部分が2+2・PAの長さになっている。ま
たB相信号では1の部分が2−2・PBで、0の部分が
2+2・PBとなっている。以上がパルスのデューティ
についての誤差分であるが、A相、B相のパルスの位相
差についても標準値の1に対して定常誤差を持ってい
る。この位相差の定常誤差分として図4ではPABとして
表わしている。
【0017】以上説明したエンコーダ固有のパルス誤差
分PA、PB、PABがあらかじめ分かっていた場合にエン
コーダパルス数検出値を補正し正確な速度検出を行う速
度検出装置を図1に示し、その動作を以下に説明する。
【0018】まずエンコーダのA相、B相のパルス信号
はパルス加工部分1に入る。この部分ではパルス数をカ
ウントするためのUP信号(U)、DOWN信号
(D)、パルスの変化点を示すパルスエッジ信号(ラッ
チ信号)、本発明のパルス補正値を発生するためのパル
ス状態信号を出力する。ここでUP信号を出力する条件
はエンコーダがカウントアップ方向に動作している場合
のパルス変化となり、図3のようなエンコーダパルスに
対しての条件は次の通りである。
【0019】(1)B相=0でA相の立ち上がり (2)A相=1でB相の立ち上がり (3)B相=1でA相の立ち下がり (4)A相=0でB相の立ち下がり 逆にDOWN信号を出力する条件はエンコーダがカウン
トダウン方向に動作している場合のパルス変化となり、
図3のようなエンコーダパルスに対しての条件は次の通
りである。
【0020】(1)B相=0でA相の立ち下がり (2)A相=1でB相の立ち下がり (3)B相=1でA相の立ち上がり (4)A相=0でB相の立ち上がり パルスエッジ信号については全てのパルス変化点で出力
するようにする。
【0021】パルス状態信号はパルスの変化点ともう一
方のパルスの状態の組み合わせにより以下の4種類の信
号となって出力する。
【0022】(1)B=0でA相パルスが変化 (2)B=1でA相パルスが変化 (3)A=0でB相パルスが変化 (4)A=1でB相パルスが変化 上記信号のうちUP信号、DOWN信号はパルスカウン
タ4に入力される。このパルスカウンタはアップ・ダウ
ンカウンタでパルス数をカウントするものであり、結果
は当然のことながら整数値となる。
【0023】パルス状態信号はパルス補正値生成部5に
入力され、パルス補正値を生成するのに使用される。例
えば図4のパルス信号でB=0でA相パルスが変化した
場合、実際のパルス変化位置はパルスカウント数よりも
正方向にPAだけずれた位置となるため、補正値として
+PAを出力する。また、A=1でB相パルスが変化し
た場合には実際のパルス変化位置はA相パルス基準のパ
ルスカウント数よりも定常位相誤差分とB相パルスの不
均衡分がずれた位置となっているため、補正値として+
PAB+PBを出力する。同様にして各パルス状態信号に
より、下記補正値を出力する。
【0024】 (1)B=0でA相パルスが変化した場合:補正値=+PA (2)B=1でA相パルスが変化した場合:補正値=−PA (3)A=0でB相パルスが変化した場合:補正値=+PAB−PB (4)A=1でB相パルスが変化した場合:補正値=+PAB+PB なおこれらの補正値はいずれも1以下の実数である。
【0025】パルスカウンタ4のパルスカウント数とパ
ルス補正値作成部5の補正値は加算器6で加算され、補
正済みのパルス数データとなる。このデータは速度検出
サンプリングクロックφSを用いてラッチ8でラッチさ
れる。このデータとφSにより同時にラッチ10でラッ
チされていた前サンプリング時のパルス数データの差が
減算器12でとられ、パルス数差分値ΔPが作成され
る。
【0026】次に時間データであるが、これは基準クロ
ックφを時間カウンタ2でカウントして作成されてい
る。このカウンタ値はパルス加工部1の出力であるパル
スエッジ信号を用いてラッチ3にラッチされ、パルス入
力時間データとなる。このデータはパルス数データと同
様、速度検出サンプリングクロックφSを用いたラッチ
7、ラッチ9および減算器11により時間差分値ΔTと
なる。
【0027】以上で求められたΔPとΔTは除算器13
に入力され、ΔP/ΔTにより速度検出値Ndetが出力
される。本速度検出値はパルス誤差分に補正を加えたも
のであるため、正確で安定したデータとなる。
【0028】なおパルス加工部1とパルス補正値生成部
5の回路例を図5に示す。ここで立ち上がり、立ち下が
りエッジ検出回路ではパルスのエッジが入力されると短
いパルス信号を出力するような回路である。このエッジ
検出の信号とA相、B相信号との組み合わせで以下の信
号を出力するようになっている。
【0029】(1)パルスカウンタへのUP信号 (2)パルスカウンタへのDOWN信号 (3)時間カウンタデータラッチのパルスエッジ信号 (4)パルス補正値生成部への補正値1出力信号(B0A
P) (5)パルス補正値生成部への補正値2出力信号(B1A
P) (6)パルス補正値生成部への補正値3出力信号(A0B
P) (7)パルス補正値生成部への補正値4出力信号(A1B
P) パルス補正値生成部5では補正値出力信号に応じて前述
のようなパルス数補正値データを出力するようになって
いる。
【0030】次に、上記のようなパルス補正を行うため
にはエンコーダに固有のパルス数補正値tA、tB、tAB
が必要となるため、これらを自動的に設定する方式につ
いて図6、図7を用いて説明する。
【0031】最初に図6ではパルス補正値算出装置の概
要を示している。ここでパルス加工部1、時間カウンタ
2、時間ラッチ3、パルス補正値生成部5は図1と同一
のブロックである。この図ではパルス補正値算出部14
が加わっており、入力としてパルス状態信号、エンコー
ダパルス入力時の時間データ、それと可変速制御装置に
おける速度の指令データNrefがある。また出力はパル
ス補正値生成に必要な補正データPA、PB、PABであ
り、パルス補正値生成部に渡している。以下このパルス
補正値算出の方式について図7により説明する。
【0032】パルス補正値算出部では速度指令Nrefが
一定値であり、かつ制御対象であるモータ速度も一定と
なった条件で補正値の算出を行うようにする。図7に示
したのはこのような条件でのエンコーダパルス信号であ
る。ここで本装置ではパルス状態信号およびパルス入力
時の時間データを用いて以下のようなデータを得る。
【0033】(1)tA1:A相の立ち上がりからA相の
立ち下がりまでの時間 (2)tB0:A相の立ち上がりからB相の立ち上がりま
での時間 (3)tB1:B相の立ち下がりからB相の立ち上がりま
での時間 これらの時間データと速度指令値Nrefを用いて下式に
より補正値を求める。ただしNrefの単位はパルス数/
秒として扱っている。
【0034】 PA=1−Nref・tA1/2 PB=1−Nref・tB1/2 PAB=Nref・tB0−(1+PB)+PA =Nref・tB0−1−1+Nref・tB1/2+1−tA1/2 =Nref・tB0−1−tA1/2+tB1/2 こうして求めたPA、PB、PABをパルス補正値生成部の
補正データとして設定することでパルス補正を行うこと
ができる。
【0035】一般に速度制御装置20とエンコーダ24
が取り付けられたモータ23の組合せは、同一に製造さ
れた速度制御装置とエンコーダであれば交換可能として
製作するが、以上の説明から明らかなようにエンコーダ
には同一に製造したとしても出力パルスに製造誤差が生
じるものである。従って速度制御装置20とエンコーダ
24の組合せに当たって上記補正を実行する手段が速度
制御装置20にある場合、これらを組み合わせた後に補
正を実行することが必要になる。この補正値の演算を実
行する為に手動で切り換えが可能な補正演算指令の発生
手段、例えば1、0信号を発生させることができるディ
ップスイッチを速度制御装置20に設ければ、このディ
ップスイッチの切り換えにより補正値の演算が必要なと
きにこの演算が実行できて好都合である。この場合モー
タを一定速度で回転させてこの演算を実行させる。据え
付けテスト転時や、通常運転に入る運転開始前等にこの
補正値の演算を実行すればよい。上記のような補正デー
タ算出はテスト運転などの特殊なパターンとして運転す
る場合に動作させてもよいが、通常の運転中に常に動作
させておいて最新の補正値が設定されるようにしておい
てもよい。この場合速度制御装置は速度指令Nrefによ
り一定速度の運転になることは判断できるので、一定速
度条件の時に補正演算指令を速度制御装置内部で発生さ
せる。上記のような補正データ算出は多数回にわたって
実施し、その平均値を補正データとして設定することで
より安定した補正データとすることができることはいう
までもない。
【0036】上記エンコーダに速度検出器25を含ませ
て、速度検出器25とエンコーダを一体に構成し速度検
出器とすることもできる。この場合にはエンコーダ製造
時に上記補正値を演算してエンコーダ内部に記憶してお
くようにすれば、エンコーダと速度制御装置の組合せに
当たって任意の組合せにしても、正確な出力パルスによ
り速度制御することができる。
【0037】なお本発明は速度制御装置のみでなく位置
制御装置にも適用できることは明らかである。
【0038】
【発明の効果】本発明の装置を用いることでエンコーダ
出力パルスの不均衡や位相誤差を自動的に補正して速度
検出を行うことができ、その結果として高い速度制御応
答を持ったモータの速度制御装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による速度制御装置内の速度検出装置の
ブロック図である。
【図2】本発明による速度制御装置の全体の制御ブロッ
ク図である。
【図3】エンコーダパルスと速度検出方法示すための図
である。
【図4】エンコーダパルスの不均衡や定常位相偏差と本
発明のパルス数補正方式を説明するための図である。
【図5】本発明による速度検出装置のパルス加工部およ
びパルス補正値生成部の回路の実施例を示す図である。
【図6】本発明による速度制御装置内のパルス数補正デ
ータ算出部のブロック図である。
【図7】パルス数補正値を算出する方式を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1…パルス加工部、2…時間カウンタ、3…時間データ
ラッチ、4…パルスカウンタ、5…パルス補正値生成、
6…加算器、7…時間データのサンプリングラッチ、8
…パルス数データのサンプリングラッチ、9…前回時間
データのサンプリングラッチ、10…前回パルス数データ
のサンプリングラッチ、11…時間差分の減算器、12…パ
ルス数差分の減算器、13…除算器、14…パルス数補正値
算出部、20…速度制御装置、21…速度制御器、22…電流
アンプ、23…モータ、24…速度センサ、25…速度検出
器、26…速度差分の減算器

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モータによって駆動される2相パルス出力
    のエンコーダを使いモータの速度を検出し前記モータの
    速度を制御するモータ速度制御装置において、前記エン
    コーダの出力パルス数に出力パルスのデューティ不均衡
    量および前記2相パルス相互の所定位相差からの定常位
    相誤差量をパルス数に換算して補正値として加える手段
    と、この補正されたエンコーダの出力パルス数に基づい
    て前記モータの速度を検出する手段を備えたことを特徴
    とするモータ速度制御装置。
  2. 【請求項2】前記補正値は1以下であることを特徴とす
    る請求項1記載のモータ速度制御装置。
  3. 【請求項3】前記補正値は一定速度運転時の前記エンコ
    ーダ出力パルス信号に基づいて求めて記憶手段に記憶さ
    れ、該記憶された補正値を呼び出して前記エンコーダ出
    力パルス数に加えるようにしたことを特徴とする請求項
    1記載のモータ速度制御装置。
  4. 【請求項4】前記補正値を求める演算を開始させる手段
    を備えたことを特徴とする請求項1記載のモータ速度制
    御装置。
  5. 【請求項5】エンコーダの出力パルス数に出力パルスの
    デューティ不均衡量および前記2相パルス相互の所定位
    相差からの定常位相誤差量をパルス数に換算して補正値
    として加える手段と、この補正されたエンコーダの出力
    パルス数に基づいて前記モータの速度を検出する手段を
    備えたことを特徴とする速度検出装置。
  6. 【請求項6】前記補正値は1以下であることを特徴とす
    る請求項5記載の速度検出装置。
  7. 【請求項7】前記補正値は一定速度運転時の前記エンコ
    ーダ出力パルス信号に基づいて求めて記憶手段に記憶さ
    れ、該記憶された補正値を呼び出して前記ロータリエン
    コーダの出力パルス数に加えるようにしたことを特徴と
    する請求項5記載の速度検出装置。
  8. 【請求項8】前記補正値を求める演算を開始させる手段
    を備えたことを特徴とする請求項5記載の速度検出装
    置。
  9. 【請求項9】エンコーダの出力パルス数に出力パルスの
    デューティ不均衡量および前記2相パルス相互の所定位
    相差からの定常位相誤差量をパルス数に換算して補正値
    として加える手段を備えたことを特徴とする回転角度検
    出装置。
  10. 【請求項10】前記補正値は1以下であることを特徴と
    する請求項9記載の回転角度検出装置。
  11. 【請求項11】前記補正値は一定速度運転時のエンコー
    ダ出力パルス信号に基づいて求めて記憶手段に記憶さ
    れ、該記憶された補正値を呼び出して前記エンコーダの
    出力パルス数に加えるようにしたことを特徴とする請求
    項9記載の回転角度検出装置。
  12. 【請求項12】前記補正値を求める演算を開始させる手
    段を備えたことを特徴とする請求項9記載の回転角度検
    出装置。
  13. 【請求項13】モータによって駆動される2相パルス出
    力のエンコーダを使いモータの速度を検出し前記モータ
    の速度を制御するモータ速度制御装置において、前記エ
    ンコーダの出力パルスの補正演算を指令する手段と、該
    補正演算指令の入力に応答し、出力パルスのデューティ
    不均衡量および前記2相パルス相互の所定位相差からの
    定常位相誤差量に対応する補正値を演算する手段と、前
    記補正値に基づいて前記2相パルスを補正する手段を備
    えたことを特徴とするモータ速度制御装置。
  14. 【請求項14】前記補正演算を指令する手段は、手動切
    換手段に応答して指令が発生する手段であることを特徴
    とする請求項13記載のモータ速度制御装置。
  15. 【請求項15】前記補正演算を指令する手段は、モータ
    速度制御装置内部で自動的に指令を発生する手段である
    ことを特徴とする請求項13記載のモータ速度制御装
    置。
JP24958096A 1996-09-20 1996-09-20 速度検出装置、回転角度検出装置、およびモータ速度制御装置 Pending JPH1090293A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110763864A (zh) * 2019-11-08 2020-02-07 上海朗瀚机电科技有限公司 一种零点实时刷新的转动实时计量检测系统

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