(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路によって制御されるモータの回転位置を検出するエンコーダからの信号のノイズを除去するデジタルフィルタと、このデジタルフィルタからの信号に基づいて前記モータへ駆動指令を出力する制御回路と、この制御回路からの駆動指令に基づいて前記インバータ回路にスイッチング指令を出力するベースドライブ回路と、前記スイッチング指令に基づき前記モータに電力を供給するインバータ回路とを備え、前記デジタルフィルタはクロック周期毎に入力される前記エンコーダ信号の信号レベルを複数のDフリップフロップでHレベルとLレベルに判定し、前記複数段のDフリップフロップで判定されたHレベルの数に応じて出力を決定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記複数段のDフリップフロップの出力をHレベルであるかLレベルであるか判定し、HレベルとLレベルの判定数を比較し、Hレベルの数がLレベルの数よりもはるかに多い場合はHレベルを出力し、Lレベルの数がHレベルの数よりもはるかに多い場合はLレベルを出力し、Hレベルの数とLレベルの数が等しい、あるいは近い場合にはデジタルフィルタへの入力と同じレベルを出力することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記複数段のDフリップフロップの出力をHレベルであるかLレベルであるか判定し、HレベルとLレベルの判定数を比較し、Hレベルの数がLレベルの数よりも予め定めた所定数以上に多い場合はHレベルを出力し、Lレベルの数がHレベルの数よりも予め定めた所定数以上に多い場合はLレベルを出力し、Hレベルの数とLレベルの数が等しい、あるいは、前記所定数より近い場合にはデジタルフィルタへの入力と同じレベルを出力することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記複数段のDフリップフロップは偶数段であり、Hレベルの数がLレベルの数よりも多い場合はHレベルを出力し、Lレベルの数がHレベルの数よりも多い場合はLレベルを出力し、Hレベルの数とLレベルの数が等しい場合にはデジタルフィルタへの入力と同じレベルを出力することを特徴とする請求項2又は3記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記複数段のDフリップフロップは奇数段であり、Hレベルの数がLレベルの数よりも多い場合はHレベルを出力し、Lレベルの数がHレベルの数よりも多い場合はLレベルを出力することを特徴とする請求項2又は3記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開平11-163679号公報（特許文献１）がある。この公報には、「複数段のDフリップフロップから構成されており、各Dフリップフロップの出力信号の論理積を演算することでノイズを除去する。また、通過させる信号成分の周波数や信号長の設定を容易に行えるデジタルフィルタ」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平11-163679号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献1のデジタルフィルタでは、ノイズを除去し正常な信号が出力されるまでに、入力信号が全てのDフリップフロップを通過するまでの時間が必要となる。このデジタルフィルタでは特許文献1の請求項9のようにエンコーダの出力信号に用いた場合、エンコーダの分解能が高くなり出力信号が高速となった時に誤動作を起こす場合がある。
【０００５】
そこで本発明は、ノイズを除去するだけでなく入力がノイズから復帰した後に素早く正常なフィルタ出力を出力し、さらに入力信号の早い変化にも対応できるデジタルフィルタを備えたモータ制御装置を提供する。例えばエンコーダの分解能が高くなり、エンコーダから出力されたデジタル信号の周波数が高くなったときにも、信号の変化に追従できずに誤動作が起きることを防ぐことができるモータ制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「複数段のDフリップフロップから構成されており、各Dフリップフロップの出力のHレベルの数に応じて出力を決定しノイズを除去することができるデジタルフィルタを備えたモータ制御装置。」を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ノイズを確実に除去することに加え、入力信号の早い変化にも対応できるデジタルフィルタを備えたモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】モータ制御装置の構成図の例である。
【図２】比較例のデジタルフィルタの回路図である。
【図３】比較例のデジタルフィルタに正常なエンコーダ信号が入力された場合の動作を説明するためのタイミング図である。
【図４】比較例のデジタルフィルタにノイズにより乱れたエンコーダ信号が入力された場合の動作を説明するためのタイミング図である。
【図５】本実施例のデジタルフィルタを示す回路図の例である。
【図６】本実施例のデジタルフィルタの動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】本実施例のデジタルフィルタに正常なエンコーダ信号が入力された場合の動作を説明するためのタイミング図である。
【図８】本実施例のデジタルフィルタにノイズにより乱れたエンコーダ信号が入力された場合の動作を説明するためのタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【００１０】
本実施例では、インバータ回路によって制御されるモータの回転位置を検出するエンコーダからの信号に使用することができるデジタルフィルタを備えたモータ制御装置の例を説明する。すなわち、このエンコーダからの信号のノイズを除去するデジタルフィルタと、このデジタルフィルタからの信号に基づいてモータへ駆動指令を出力する制御回路と、この制御回路からの駆動指令に基づいてインバータ回路にスイッチング指令を出力するベースドライブ回路と、スイッチング指令に基づきモータに電力を供給するインバータ回路とを備えたモータの制御装置を前提としている。以下、図面を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図1は、本実施例のデジタルフィルタを備えたモータ制御装置の構成図の例である。この図において11はインバータ回路で6個のスイッチング素子Q1〜Q6と、同じく6個のフライホイールダイオードD1〜D6からなる3相交流インバータ回路で構成されている。
【００１２】
そして、このインバータ回路11は制御回路13からベースドライブ回路12を介して供給されるゲート駆動信号によりスイッチング動作し、PL線とNL線の間の直流電圧を3相交流電力に変換し、UL線とVL線、WL線の間に3相交流電圧を出力する働きをする。このため、ベースドライブ回路12と制御回路13は線路CS1を介して相互に所定の信号の授受が得られるように構成されている。
【００１３】
15はサーボモータで、図示していないトルク伝達系を介して、同じく図示していない被駆動部に連結され、インバータ回路11から供給される3相交流電力に応じて所定の方向に、所定のトルクで、所定の回転速度で回転し、加工製造ラインなどの駆動機構を所定の速度と所定の力で動かし、位置決めする働きをする。
【００１４】
このとき、サーボモータ15の回転速度と回転位置はサーボモータ内蔵のエンコーダ16により検出され、線路CS3を介してデジタルフィルタ14に入力され、ノイズを除去してから線路CS2を介して制御回路13へフィードバッグされる。
【００１５】
本実施例で用いるデジタルフィルタの説明に先立ち、比較例として特許文献1のデジタルフィルタの動作を説明する。図2は比較例のデジタルフィルタの回路図である。詳細な動作については特許文献1に記載されているため省略するが、このデジタルフィルタは5個のDフリップフロップから構成され、クロック周波数及びデジタルフィルタの段数を設定により選ぶことができるものである。
【００１６】
比較例のデジタルフィルタの動作例を図3、図4のタイミング図を用いて説明する。後述する本実施例のデジタルフィルタが4段のDフリップフロップから構成されているため、対比の関係上、比較例のデジタルフィルタも4段を選択したものとして説明する。図3は正常な信号がデジタルフィルタに入力された場合の動作を説明するためのタイミング図であり、デジタルフィルタへの入力信号、各Dフリップフロップの出力信号Q21〜Q24、デジタルフィルタからの出力信号、デジタルフィルタを動作させるクロックの波形を示している。
【００１７】
エンコーダ16からは基準レベルと、モータが所定の回転位置にあるときに出力されるレベルの2つのレベルの信号が入力される。これらの信号から、サーボモータ15の回転位置を検出することができる。以下の説明では前者のレベルをLレベル、後者のレベルをHレベルと称することとする。
【００１８】
比較例のデジタルフィルタでは各Dフリップフロップの出力のアンドで出力が決定する。つまり図3に示すように、入力信号がLレベルからHレベルへ変化してから、約4クロック後に全てのDフリップフロップの出力がHレベルとなり、デジタルフィルタの出力がHレベルに変化する。逆に入力信号がHレベルからLレベルへ変化したときは、次のクロックの立ち上がりでデジタルフィルタの出力はHレベルからLレベルとなる。つまり、従来技術のデジタルフィルタはHレベルからLレベルへの変化に関してはでフィルタの機能を持っていない。
【００１９】
次に図4を用いて、ノイズにより乱れた信号が入力された場合の比較例によるデジタルフィルタの動作について説明する。図4のようにノイズによって乱れた信号がデジタルフィルタに入力された場合、時間t3のときクロックの立ち上がりとノイズによって信号が乱れるタイミングが一致する。このとき、Q21の出力はHレベル、Lレベルのどちらにもなる可能性があるが、Lレベルとなった場合のタイミング図を示している。
【００２０】
その結果、各Dフリップフロップの出力及びデジタルフィルタの出力は図4のようになる。このように従来技術のデジタルフィルタではノイズによって信号が乱れた場合、図3と4の出力信号波形を比べると、2クロック分の時間立ち上がりが遅れてしまう。このようなデジタルフィルタを本実施例のようなモータ制御装置のエンコーダ信号に使用した場合、ノイズを除去してもデジタルフィルタの出力信号が正常な状態に戻るまでに時間がかかり、誤動作を起こしてしまう可能性がある。また、エンコーダの分解能が上がり、エンコーダ信号の周波数が高くなると信号の変化に追従できずに誤動作を起こす可能性がある。
【００２１】
そこで本実施例ではノイズを除去し、その後素早く正常な信号を出力するデジタルフィルタ、あるいはエンコーダ信号の周波数が高くなっても対応できるデジタルフィルタを提供する。以下、本実施例のデジタルフィルタについて説明する。本実施例のデジタルフィルタはクロック周期毎に入力されるエンコーダ信号の信号レベルを複数のDフリップフロップでHレベルとLレベルに判定し、複数段のDフリップフロップで判定されたHレベルの数に応じて出力を決定するものとなっている。
【００２２】
図5は本実施例のモータ制御装置に使用するデジタルフィルタの例である。このデジタルフィルタは4段のDフリップフロップ51〜54と、各Dフリップフロップの出力をもとに出力を決定する出力判定回路55から構成されている。各Dフリップフロップの作用は比較例と同様であり、Dフリップフロップに入力された信号をラッチし、Dフリップフロップに入力された信号の変化を1クロック分遅らせて出力する。
【００２３】
出力判定回路の動作を図6のフローチャートを用いて説明する。まず、処理ステップS61では出力判定回路の動作を開始させる。次に処理ステップS62で図5の各Dフリップフロップ51〜54の出力を取得し、処理ステップS63に進み、取得したデータに何個Hレベルの信号があるか計算を行う。
【００２４】
そして、処理ステップS64でHレベルの信号が0または1個であったか判定を行う。判定がYES、つまりHレベルの信号が0個または1個であった場合、処理ステップS65へ進みLを出力し、処理ステップS61へ戻る。判定がNO、つまりHレベルの信号が0または1個でなかった場合、処理ステップS66へ進む。
【００２５】
処理ステップS66ではHレベルの信号の2個であったか判定を行う。判定がYES、つまりHレベルの信号が2個であった場合、処理ステップS67へ進み前回と同じ値を出力し、処理ステップS61へ戻る。判定がNO、つまりHレベルの信号が2個でなく、3個または4個であった場合、処理ステップS68へ進みHを出力し処理ステップS61へ戻る。
【００２６】
本実施例のデジタルフィルタの動作例を図7、図8のタイミング図を用いて説明する。図7は正常な信号がデジタルフィルタに入力された場合の動作を説明するためのタイミング図であり、デジタルフィルタへの入力信号、各Dフリップフロップの出力信号Q51〜Q54、デジタルフィルタからの出力信号、デジタルフィルタを動作させるクロックの波形を示している。
【００２７】
図7のような入力信号がデジタルフィルタに入力されたとすると、入力信号がLレベルからHレベルへ変化した次のクロックの立ち上がりで、1段目のDフリップフロップの出力はLレベルからHレベルへ変化する。その1クロック後、2段目のDフリップフロップの出力がLレベルからHレベルへ変化する。このように、各Dフリップフロップは前段のDフリップフロップの出力がLレベルからHレベルに変化してから、1クロック後にLレベルからHレベルに変化する。入力信号がHレベルからLレベルへ変化した場合も同様の動作である。
【００２８】
図7には各時間にQ51〜Q54の中に何個Hレベルの信号があるかを示している。時間t0〜t2まではHレベルの数が0または1個なので出力はLレベルとなる。時間t3においてはHレベルの数が2個なので前回と同じ値、つまりLレベルを出力する。時間t4〜t12まではHレベルの数が3または4個なので出力はHレベルとなる。時間t13においてはHレベルの数が2個なので前回と同じ値、つまりHレベルを出力する。時間t14〜t16はHレベルの数が0または1個なので出力はLレベルとなる。
【００２９】
次に図8を用いて、ノイズにより乱れた信号が入力された場合のデジタルフィルタの動作について説明する。図8のようにノイズによって乱れた信号がデジタルフィルタに入力された場合、時間t3のときクロックの立ち上がりとノイズによって信号が乱れるタイミングが一致する。このとき、Q51の出力はHレベル、Lレベルのどちらにもなる可能性があるが、Lレベルとなった場合のタイミング図を示している。
【００３０】
その結果、各Dフリップフロップの出力は図8のようになり、時間t0〜t3まではHレベルの数が0または1個なので出力はLレベルとなる。時間t4においてはHレベルの数が2個なので前回と同じ値、つまりLレベルを出力する。時間t5〜t12まではHレベルの数が3または4個なので出力はHレベルとなる。時間t13においてはHレベルの数が2個なので前回と同じ値、つまりHレベルを出力する。時間t14〜t16はHレベルの数が0または1個なので出力はLレベルとなる。
【００３１】
ここで、比較例のデジタルフィルタと本実施例のデジタルフィルタの比較を行う。正常な信号が入力された場合のタイミング図である、図3と図7を比較すると、本実施例のデジタルフィルタの方が1クロック分の時間出力信号の立ち上がりが早く、入力信号に対して応答が早いといえる。また、ノイズにより乱れた信号が入力された場合のタイミング図である、図4と図8を比較すると、本実施例のデジタルフィルタの方が2クロック分の時間出力信号の立ち上がりが早く、ノイズから復帰した際に早く出力信号を正常な状態に戻すことができることがわかる。
【００３２】
尚、本実施例ではDフリップフロップを4個使用した4段のデジタルフィルタとしているが、Dフリップフロップの数を変更しデジタルフィルタの段数を変更しても問題ない。本実施例の要旨は、上述のように、複数のDフリップフロップでHレベルとLレベルに判定し、複数段のDフリップフロップで判定されたHレベルの数に応じて出力を決定することにある。したがって、デジタルフィルタの段数の多寡によってこれと異なる判断手法を用いる必要はない。
【００３３】
上記の例では、（１）HレベルとLレベルの判定数を比較し、（２）Hレベルの数がLレベルの数よりも多い場合はHレベルを出力し、（３）Lレベルの数がHレベルの数よりも多い場合はLレベルを出力し、（４）Hレベルの数とLレベルの数が等しい場合にはデジタルフィルタへの入力と同じレベルを出力することとして説明した。
【００３４】
しかし、上述の4段のデジタルフィルタであれば、HレベルとLレベルとが2個ずつと同数になり得るが、奇数段の場合には同数とならないため、単純のHレベルとLレベルの大小関係で判断しても差し支えない。また、段数が多い場合には、Hレベルの数とLレベルの数が同数だけではなく、数が近い場合（例えば、8段の場合においては、Hレベルが5個でLレベルが3個の場合、あるいは、Hレベルが3個でLレベルが5個の場合）にも、入力と同レベルを出力するようにしても良い。
【００３５】
換言すれば、Hレベルの判定数とLレベルの判定数とを対比し、Hレベルの判定数の方がLレベルの判定数よりはるかに多い場合、例えば、予め定めた所定数以上に多い場合（第一の場合）と、Lレベルの判定数の方がHレベルの判定数よりはるかに多い場合、例えば、予め定めた所定数以上に多い場合（第二の場合）とで、異なる出力を行うこととし、それに加えて、必要に応じて、第一の場合の条件と第二の場合の条件とをともに満たさない場合（第三の場合）を設けておく。これらの所定数は、モータ駆動システムの使用態様に応じて適宜設定すれば良く、本技術思想の範囲で多様なバリエーションが可能である。
【００３６】
したがって、上述の説明では、4個のDフリップフロップの出力にHレベルの信号が0または1個のときはLレベルを出力、2個のときは前回値を出力、3または4個のときはHレベルを出力するようにしたが、この割合を変えても問題ない。
【００３７】
以上説明した実施例は、上述した具体的形態の説明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
11 インバータ回路
12 ベースドライブ回路
13 制御回路
14 エンコーダ信号用デジタルフィルタ
15 サーボモータ
16 エンコーダ
51 1段目のDフリップフロップ
52 2段目のDフリップフロップ
53 3段目のDフリップフロップ
54 4段目のDフリップフロップ
55 判定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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