JPS62260574A - モ−タの回転速度検出方法 - 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〕 この発明はモータの回転速度検出方法、特にモータの瞬
間的な回転速度を高ＮＫに検出する方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、モータの回転数をディジタル的に測定するために
は、モータ軸の回転に対して等分化された所定のパルス
を発生する光学式又は磁気式のエンコーダをモータ軸に
取り付けて、所定時間に前記エンコーダから出力される
パルスを周波数カウンタ等で計数するモータ回転速度検
出方法が提案されている。

このモータ回転数のディジタル計測方法は、第１図のブ
ロック図に示すモータ回転数検出装置を用いて行なって
おり、同図において、１は例えばインバータ（交流モー
タの場Ｑ）％サイリスタレオナード装置又はチョッパー
電源（何れもＩ流モータの場合）等の起動電源回路、２
はこの起動電源回路１により回転駆動されるモータ、乙
にこのモータ２の回転軸に取付けら几、回転軸の回転に
応じて所定パルスを発生する光学式又は磁気式のエンコ
ーダ、４ばこのエンコーダろのパルスを入力する入力イ
ンターフェース回路、５にこの入力インターフェース回
路４から分離さｎて比刀される正転パルスが入力される
アンドゲート、６は同じく逆転パルスが入力されるアン
ドゲート、７セ前記アンドゲート５，６からの出力パル
スを計数するカウンタ、８にこのカウンタ７の計数内容
を入力して演算処理するラッチデコーダ、９に前記アン
ドゲート５．６にゲート信号を送出すると共に、カウン
タ７に対してはリセット信号を、またラッチデコーダ８
に対してはラッチ信号を夫々送出する例えば水晶発振器
等より成るタイマ、１０は前記ラッチデコーダ８で演算
処理し友モータ２の回転数を表示する例えば発光ダイオ
ード（ＬＥＤ　−ｌｉｇｈｔ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉ
ｏｄｅ　−）又は液晶表示装置ｊｔ１．　（Ｌ　ＣＤ　
−１ｉｑｕｉｄ　−ｃｒｙｓｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｙ−
）等より取る表示装置である。

上記モータ回転数検出装置を用いてモータ２の回転数を
ディジタル的に検出する方法について、第４図及びパル
ス波形特性を示す第５図を用いて説明する。まず、モー
タ２の回転軸に取付けられたエンコーダ６は、この回転
を検出して、第５図（ａｌ　、　（ｂ）に示すように、
９０°位相のずれた２つのパルス）’、、Ｐ、を生じ、
エンコーダ６に、この位相ずし状態のパルスＰ、、Ｐ２
を入力インターフェース回路４に送出する。入力インタ
ーフェース回路４では、位相ずれパルスＰ、　、　Ｐ、
を正転パルスＰ８、逆転パルスＰ４に分離すると同時に
、位相ずれパルスＰ１、Ｐ、の各位相の立上り、立下り
を微分して、４倍のパルス列を得ている。正転パルスＰ
Ｓ　（！：　逆転パルスＰ４の論理式は、 Ｐ、＝　Ｐ、　−Ｐ、−７Ｐ、＋　Ｐ、−Ｐ２−ΔＦ、
＋　Ｐ、　−Ｐ、−ｉＰ。

＋　Ｐ、・Ｐ２・ΔＰ、　・・・・・・（１）ｐ、＝Ｐ
、　　・　　ｐ、　　＠　Δ　Ｐ、−）−Ｐ、　　・　
　Ｐ２　・　Δ　ｐ２＋　　Ｐ、　　嗜　　Ｐ２　噛　
Δ　Ｐ。

＋　ｐ、　＊　ｐ、・ΔＰ、　・・・・・・（２）とな
り、＋１１　、　＋２１式中、Δに立上り微分パルスを
、Ｐｌ、）’２は夫々ｐ、　、　Ｐ２の反転信号（例え
ばＮ　Ｏ７回路を通したもの）である。従って、ΔＰｒ
ｕパルス列Ｐ、の論理的反転信号Ｐ１の立上り微分信号
である。

以上の論理を有する入力インターフェース回路４から出
力されたパルス列Ｐｓ−Ｐ＜ｎアンドゲート５．６がタ
イマ９からのゲート信号Ｇの論理Ｈにより開いている間
にカウンタ７に入力される。通常、ゲート信号Ｇは表示
装置１０のデコーダ８の構成を簡略化するために、０．
１秒、１秒、１０秒といったような計数を行い易い明確
な時間に設定されることが多く、例えば水晶発振器等に
より作られたパルス列を分周して作られる。

ここで、エンコーダろの出力パルス列を１回転Ｎパルス
（４倍回路を通った後）とし、ゲート時間を例えば１秒
としたときのカウンタ７の入力パルス数がＮｐであつ友
場合、モータ２の回転数はＮｐハ（ｒｐｓ）となり、こ
れを１分間に換算すれば、Ｎｐ／Ｎ　Ｘ　６０　（ｒＰ
ｍ）　　となる。また、ゲート時間を１分間としたとき
のカウンタ７の入力パルス数をＮｐｔとすれば、モータ
２の回転数ｕ　Ｎｐｓ／Ｎ　（ｒｌ）ｍ）となる。

このようにしてカウンタ７の計数した計数値を、ラッチ
デコーダ８に転送して上記のように演算処理して得られ
た回転数は、表示装置１０に信号出力されてＬＥＤ５１
はＬ　（’、　Ｄ等によりディジタル表示される。なお
、カウンタ７には時間を追って時々刻々とパルス信号が
入力されており、カウンタ７はラッチデコーダ８に情報
を送出した後、リセットされて再度アンドゲート５，６
からのパルス信号に基いて計数を開始し、上述したもの
と同様の過程を経てその時々のモータ２の回転数を表示
装置１０にディジタル表示することとなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のモータの回転速度検出方法に以上のようにしてモ
ータの回転数を計数しているので、この回転数はあくま
でもゲート時間における平均回転数として計数しなけれ
ばならず、このためゲート時間内における瞬間的な回転
速度の変動を検出することは全く不可能であった。特に
、モータ回転数検出方法により検出したモータ回転数の
データを用いてモータやこれに連動する周辺機器等の制
御を行う場合には、このような平均回転数に基くデータ
では制御に対する応答性が極めて悪く、使用に耐え得な
いものとなってしまうという問題点があった。

上記問題点の解決策とじてに、ゲート時間を可及的短時
間に設定して、このゲート時間内の平均回転数を計数す
ることにより対処することも考えられるが、このように
対応したとしても、結局はゲート時間内の平均回転数を
計数することに変わりになく、また、ゲート時間を短く
するということに、カウンタにて計数するパルス数が少
なくなるということから、計数８度が悪化するという問
題点かあジ、このためゲート時間を短時間とするにも限
界が生じるという問題点もあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ゲート時間（以下、サンプリング時間という
）内の平均速度と、前回のサンプリング時間内の速度デ
ータとから、次回のサンプリング時の予測データを直線
近似又は曲線近似により推定するようにして、モータの
回転速度の変動等を素早く、かつ高精度に検出できるモ
ータの回転速度検出方法を得ることを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るモータの回転速度検出方法は、位置変化
検出手段によりモータの回転に基く位置変化量を検出し
た後、回転速度算出手段によって一定の測定周期におけ
る変化量を算出してモータの回転速度とする方法におい
て、回転速度算出手段により、ある測定周期の算出値を
記憶させて、この算出値とその次の測定周期における算
出値とに基いて、一定の予測変化に従い、その次に続く
測定周期の開始瞬間における予測値を算出し、この予測
値により特定の瞬間におけるモータの回転速度として検
出するようにしたものである。

〔作用〕

この発明は以上のような検出過程を経てモータの回転速
度を検出しており、測定周期としての例えばサンプリン
グ時間ΔＬは、通常、制御等に際してのモータの応答時
間に比べて極めて短い時間が設定されることから、Δを
間のモータ速度変化は単調、増加、減少又は平坦の何れ
かのモードで一足しており、変曲点に発生しない。そこ
で、第１の測定周期の算出値と、連続する第２の測定周
期の算出値とから次の第３の測定周期開始の瞬間のモー
タ回転速度を予測算出すれば、特定の瞬間におけるモー
タの回転速度が横比できることとなる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図にこの発明に係る検出方法をサンプリング制御方法を
用いて実施した場合を示す、時間とモータ回転速度との
変化特性図であり、同図において、Ａ〜Ｉ［実際のモー
タの回転速度で図示曲線のような線形で変化している。

一定の時間周期に区分された測定周期としてのサンプリ
ング周期Δｔは、瞬間的な時間ｔ、〜ｔｎの隣接する２
点間のものであり、例えば第１の周期Δｔは時間ｔ。と
１、との間、第２の周期Δｔａ時間ｔ１とｔ２との間と
いうように、例えばゲート信号等によりモータの回転数
すなわち回転位置変化量が検出される。ここで、時間ｔ
２における瞬間の回転速度の予測値Ｖ、２Ｈ１ｍｌのサ
ンプリング周期１．−１．の算出値ｖｏと、第２のサン
プリング周期１．−１２の算出値Ｖ１から以下の演算式
より予測される。また、時間ｔ３における瞬間速度に第
２周期１．−１．と第３周期ｔ２−１．の夫々の算出値
から予測値ｖａｉであることが予測され、瞬時における
モータの回転速度を検出できる。このときの演算式に、 ｖα（ｎ＋１）＝ｖａｎ＋２（Ｖｎ−ｖａｎ）＝２Ｖｎ
−Ｖａ、　　　　　　　　−・・・・・・・・＋１１と
いう関係式に基いて行なわれ、このときの予測瞬間値Ｖ
α（ｎ＋＝）が、ディジタル表示装置等により示される
ことになる。

次に、上記方法をより具体的に実施するためのモータ回
転速度検出装置について、第２図、第３図を用いて説明
する。

第２図はこの発明を実施するための速度検出装置を応用
しｆｃＤ（、：サーボモータ速度制御装置の回路図であ
り、同図において、１１は又流電源、１２は電源１１の
父流を直流に平滑するダイオードスタック、１６にコン
デンサ、１４ｔａＤＣサーボモータ２を制御するチョッ
パー回路、１５，１６１ｄモータ２が正転のときチョッ
パーコントロールされるトランジスタ、１７　、１８［
モータ２が逆転のときコントロールされるトランジスタ
、２０に速度検出器としてのディジタル式のバルスエン
コ−ダ６の検出したパルス列を速度に変換する変換器と
してのＦＶコンバータ、２１は速度指令人力ＶＩＬＥＰ
　（！：前記Ｆ■コンバータ２０）：ｅ介してエンコー
ダ３からのフィードバック指令Ｖ□との偏差を増幅する
速度アンプＶ−ＡＭＰ％２２は速度アンプ２１の電流（
トルク）指令へ。、とモータ２駆動指令電流のフィード
バック電流Ｉ□との偏差を増幅する増幅器、２６はその
フィードバック電流ＩＦＢを検出する検波器、２４は増
幅器２２の出力と比較される三角波を出力するキャリヤ
発振器、２５は両者を比較するコンパレータで、このコ
ンパレータ２５の出力により前記トランジスタ１５〜１
８にパルス幅変調ｐｗｎ制御されて前記モータ２の回転
速度を制御している。

次に、エンコーダ６で検出したパルス列を速度に変換す
るＦＶコンバータ２０における具体的な演算過程及び表
示装！！１０への指令過程について第３図を用いて説明
する。ＦＶコンバータ２０にコンピュータシステム化さ
れており、第４図に示した従来の回転速度検出装置にお
けるラッチデコーダ８に代えて第３図に示すコンピータ
システムが搭載されている。同図において、６１は制御
装置と演算装置とを備えた中央処理装置（以下、ＣＰＵ
という）、３２ｕ読み出し専用半導体記憶素子（以下、
ＲＯＭという）、３ろは省き込み、読み出し可能な半導
体記憶素子（以下、ルＡＭという）、６４に第２図を用
いて説明した制御系にフィトバック指令ＶＶＵを出力す
るディジタル・アナログ変換器（以下、Ｄ／Ａ変換器と
いう）、６５にディジタル表示装置１０に表示内容を出
力するディジタル出力手段である。

以上の構成を有するＦＶコンバータ２０の演算過程につ
いて説明する。まず、サンプリング周期に設足されたタ
イマ９は、第２図のタイムチャートで説明したように、
タイマ出力彼形を有する信号を発生させてｅｐｕｓｉに
割込みをかける。このタイマ出力信号によりタイマ９か
らはゲート信号Ｇがアンドゲート５，６に出力され、ア
ントゲ−）５．６ではエンコーダ６で検出されて入力イ
ンターフェース回路４において４倍されて出力されたパ
ルス列がゲート時間内にカウンタ７に取込まれる。この
カウンタ４に取込１れた回転速度の算出値が第１図に示
すｖｎであり、前回のサンプリング値Ｖ、ｎｕ、ＲＡＭ
５３に記憶されているため、この両者をＣＰＵ３１によ
り処理して、前述した演算式１すなわち「ｖｏ（ｎ＋、
）＝２ｖｎ−ｖ、工。」　によ９次のサンプリング測足
値としての予測値Ｖα（ｎ＋＋）を演算することができ
る。この予測値Ｖα（ｎ＋１）はＲＡ　Ｍ　３３に格納
されて、ディジタル８力回路６５を介して例えばＬＣＤ
等のディジタル表示装置１０に表示され、また、上述し
た制御系に送出するためにアナログ信号が必要ならば、
Ｄ／Ａ変換器６４を介してフィードバック指令ＶＰＢが
出力される。

以上のようにマイクロコンピュータを用いることにより
、この発明のアルゴリズムに容易に実施することができ
る。

なお、上述した実施例においては、ディジタル式のＦＶ
コンバータ２０等の変換器を備えた回転速度検出装置を
用いて、モータの回転速度を検出する方法を実施するも
のとして説明したが、この発明はこれに限定されず公知
のＲＣ槓分回路を用いたＦＶコンバータ等によりアナロ
グ式に＠号を処理して表示又は制御系に出力してもよい
。これに伴い、ディジタルフィルタのエンコーダ６を用
いてモータの回転による位置変化を検出していたのに代
えて、例えばタコジェネレータ等のアナログ出力の位置
変化検出手段を用いるようにしてもよい。

また、モータ回転速度制御装置は、アナログ式の速度ア
ンプ２１．増幅器２２及びコンパレータ２５で構成する
ものとして説明したが、制御Ｖｃ置を構成する各ｓＶｃ
ついてもマイクロコンピュータ等のＣＰＵ３１にょクデ
ィジタル制御するようにしてもよい。

〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、モータの回転位置変
化量を一時時間の測定周期で演尊しで連続的にモータ回
転速度を検出する方法において、測定周期開始の瞬間に
おける予測値を、前の測定周期における算出値と、記憶
されたその前の算出値とに基いて、一定の予測変化に従
い算出し、この予測値をモータの回転速度として検出す
るようにしたので、従来のように測定周期における算出
値のみを算出してモータ回転速度としていたのに比べて
回転速度の変動を即座に検出でき、素早い応答性でモー
タの回転速度を検出できるという効果がある。

また、従来のように回転速度検出の応答性、精度等を向
上させるために測定周期を短くすることなく一定時間の
測定周期にて回転速度の検出を行なっているので、計数
する測定値を少なくしなくて済み、これによって高精度
でもってモータの回転速度を検出できるという効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るサンプリング法によ
るモータの回転速度検出方法を示す特性図％第２図に同
じくこの発明を実施するためのモータ回転速度検出装置
を組込んだモータ制御装置の一例を示す回路図、第３図
は同じくモータ回転速度検出装置を示すブロック図、第
４図は従来の方法によるモータ回転速度検出装置の一例
を示すブロック図、第５図に第４図の検出装置の回路の
各パルス彼形を示すタイムチャートである。 図において、２はモータ、６は位置変化検出手段（エン
コーダ）、２０は回転速度算出手段（ＦＶコンバータ）
、Δｔは６１１１足周期（サンプリング時間）、ｔ＋ｅ
ｔ鵞＊・・・翰＋１は測定周期開始の瞬間、Ｖｏ　＊　
Ｖｔ　＊　”’　ｖｎＨ回転速度Ｉｎａｔ値、ｖ（！Ｏ
ｅ　ｖ（Ｘｉ　”’Ｖα（ｎ＋１）は回転速度予測値。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 特許出願人　　三菱電機株式会社 、？“−〕 代理人　弁理士　　　１）　澤　　博　　昭、　　　゛
ニア　　　　ｔ （外２名） 第１図 第２図 手続補正器（自発） （９・２５ 昭和　　　゛　月　　日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 位置変化検出手段によりモータの回転位置変化量を検出
   した後、回転速度算出手段によつて一定の測定周期にお
   ける変化量を算出してモータの回転速度としたモータの
   回転速度検出方法において、前記回転速度算出手段によ
   り、ある測定周期における算出値を記憶し、その算出値
   と、その次の測定周期における算出値とに基いて、一定
   の予測変化に従い、その次に続く測定周期の開始瞬間に
   おける予測値を算出し、この予測値をモータの回転速度
   としたことを特徴とするモータの回転速度検出方法。