(57)【要約】 【課題】  エンコーダからの信号に基づいて迅速に制御対象の駆動速度を得る信号処理装置を提供すること。【解決手段】モータの駆動位置に応じてセンサから出力される位置情報信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）を信号処理してモータの駆動速度を検出する。位置情報信号を信号処理してモータの駆動速度情報を算出する位置情報信号処理部４１０と、位置情報信号処理部４１０にて算出される最新の駆動速度情報ωｎを反映してモータの最新の推定位置を内部位置情報として生成する内部位置情報生成部４６０と、を備える。  位置情報信号処理部４１０は、センサからの位置情報信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）と内部位置情報生成部４６０にて生成される内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ、Ａｃｏｓθｎ）との差分に基づいてモータの駆動速度情報ωｎを算出する。【選択図】図３
2006201148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動体の駆動位置に応じてセンサから出力される位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度を検出する信号処理装置であって、
前記位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度情報を算出する位置情報信号処理部と、
前記位置情報信号処理部にて算出される最新の前記駆動速度情報を反映して前記駆動体の最新の推定位置を内部位置情報として生成する内部位置情報生成部と、を備え、
前記位置情報信号処理部は、前記センサからの前記位置情報信号と前記内部位置情報生成部にて生成される前記内部位置情報との差分に基づいて前記駆動体の駆動速度情報を算出する
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の信号処理装置において、
内部位置情報生成部は、前記位置情報信号処理部から出力される前記駆動速度情報を順次積算した積算値に基づいて前記内部位置情報を生成する
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の信号処理装置において、
前記位置情報信号処理部は、前記センサからの前記位置情報信号と前記内部位置情報生成部にて生成される内部位置情報との差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段からの前記差分に基づいて前記駆動体の駆動速度情報を算出する駆動速度算出手段と、を備える
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の信号処理装置において、
前記センサから出力される位置情報信号は、前記駆動体の駆動に応じて周期的に変化する周期関数信号であり、
前記位置情報信号処理部は、前記駆動体の駆動速度情報として前記周期関数信号の位相変化量を出力し、
前記内部位置情報生成手段は、前記位置情報信号処理部からの前記位相変化量を積算して前記駆動体の位置情報に相当する位相を算出する積算手段と、前記内部位置情報として前記積算手段で算出される前記位相に対応した周期関数値を算出する内部位置情報変換部と、を備える
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の信号処理装置において、
前記周期関数信号は互いに所定位相差を有する第１信号および第２信号からなる二相信号であり、
前記位置情報信号処理部は、前記第１信号を信号処理して前記駆動速度情報として前記第１信号の位相変化量を出力する第１信号処理部と、
前記第２信号を信号処理して前記駆動速度情報として前記第２信号の位相変化量を出力する第２信号処理部と、を備え、
前記位置情報信号処理部の後段側には、前記第１信号処理部からの出力信号と前記第２信号処理部からの出力信号とのうち位相変化量に対して前記周期関数信号の信号値変化量が大きい方の周期関数信号に基づいた出力信号を切替選択する信号切替部が設けられている
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の信号処理装置において、
前記周期関数信号は正弦波状信号であり、
前記信号切替部は、前記第１信号および前記第２信号のいずれか一方の信号値を所定閾値と比較して大小判断を行う判断部と、
前記判断部による判断結果に基づいて前記第１信号処理部からの出力信号と前記第２信号処理部からの出力信号とで切り替える切替手段と、を備えている
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の信号処理装置において、
前記位置情報信号処理部から出力される位相変化量の符号を前記駆動体の移動方向に応じた増減を示す符号に変換する符号変換部を備える
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項８】
請求項５から請求項７のいずれかに記載の信号処理装置において、
前記内部位置情報生成手段は、前記第１信号処理部から出力される前記第１信号の位相変化量を積算して前記駆動体の位置情報に相当する位相を算出する第１積算手段と、
前記第１積算手段にて算出される位相に基づいて前記第１信号の関数値を算出する第１内部位置情報変換部と、
前記第２信号処理部から出力される前記第２信号の位相変化量を積算して前記駆動体の位置情報に相当する位相を算出する第２積算手段と、
前記第２積算手段にて算出される位相に基づいて前記第２信号の関数値を算出する第２内部位置情報変換部と、を備える
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項９】
請求項４から請求項８のいずれかに記載の信号処理装置において、
前記駆動体は回転子を有するモータであって前記センサから出力される位置情報信号は前記モータの回転駆動に応じて周期的に変化する周期関数信号であり、
前記位置情報信号処理部は、前記モータの駆動速度情報として回転角速度を出力し、
積算手段は、前記位置情報信号処理部からの前記回転角速度を積算してモータの回転位相角を算出し、
前記内部位置情報変換部は、前記モータの回転位相角に基づいた周期関数値を算出する
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項１０】
駆動体の駆動位置に応じてセンサから出力される位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度を検出する信号処理方法であって、
前記位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度情報を算出する位置情報信号処理工程と、
前記位置情報信号処理工程にて算出される最新の前記駆動速度情報を反映して前記駆動体の最新の推定位置を内部位置情報として生成する内部位置情報生成工程と、を備え、
前記位置情報信号処理工程は、前記センサからの前記位置情報信号と前記内部位置情報生成工程にて生成される前記内部位置情報との差分に基づいて前記駆動体の駆動速度情報を算出する
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項１１】
駆動体の駆動位置に応じてセンサから出力される位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度を検出する信号処理装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータを、
前記位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度情報を算出する位置情報信号処理部と、
前記位置情報信号処理部にて算出される最新の前記駆動速度情報を反映して前記駆動体の最新の推定位置を内部位置情報として生成する内部位置情報生成部と、として機能させる信号処理プログラムであって、
前記位置情報信号処理部は、前記センサからの前記位置情報信号と前記内部位置情報生成部にて生成される前記内部位置情報との差分に基づいて前記駆動体の駆動速度情報を算出する
ことを特徴とするコンピュータ読取可能な信号処理プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の信号処理プログラムを記録したコンピュータ読出可能な記録媒体。
【請求項１３】
駆動体の駆動位置に応じた位置情報信号を出力するセンサと、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の信号処理装置と、を備える
ことを特徴とする速度検出装置。
【請求項１４】
駆動体と、
前記駆動体の駆動位置に応じた位置情報信号を出力するセンサと、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の信号処理装置と、
前記信号処理装置にて検出される前記駆動体の駆動速度を外部から予め設定された所定目標速度と比較するとともに前記駆動体の駆動速度を前記所定目標速度に制御する中央制御部と、を備える
ことを特徴とするサーボ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置に関し、例えば、モータの回転角度を検出するエンコーダからの二相信号を処理してモータの駆動速度（回転角速度）を検出する信号処理装置、信号処理方法、信号処理プログラム、記録媒体、速度検出装置およびモータ駆動速度を制御するサーボ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの駆動速度（例えば回転速度）を制御するサーボ機構が知られている（例えば、特許文献１）。
従来のサーボ機構１は、図１２に示されるように、制御対象となるモータ１１と、モータ１１の回転位置（回転角度）を検出して位置データを出力するエンコーダ１２と、エンコーダ１２からの位置データに基づいてモータ回転速度を算出するとともに目標速度になるようにモータ１１への印加電流を制御する制御部１３と、を備えている。
エンコーダ１２は、モータ１１の回転位置（回転角度）を検出するとともにラッチして、モータ１１の回転位置の情報をアブソリュートコードで出力する。そして、エンコーダ１２と制御部１３とは、シリアル通信回線１４によって接続されている。
【０００３】
このような構成を備えるサーボ機構におけるモータ１１の回転速度制御のタイミングチャートを図１３に示す。
まず、制御部１３からエンコーダ１２に向けてシリアル通信回線１４を介して位置検出の指令Ｓ１が送信される。検出指令Ｓ１を受けるとエンコーダ１２は、モータ１１の回転位置（図１３中では、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２として示す）を検出するとともにこの検出値をラッチして制御部１３にモータ１１の位置データを出力する。
制御部１３は、モータ１１の回転位置データをエンコーダ１２から受信すると、モータ回転位置に基づいてモータ１１の速度制御を行う。すなわち、制御部１３は、受信したモータ回転位置を一周期前に受信したモータ回転位置と比較してモータ１１の回転速度を算出し、算出したモータ回転速度を目標速度に比較する。そして、モータ速度と目標速度との差に応じてモータ１１に印加する電流のデューティー比を算出するとともに、算出したデューティー比でモータ１１の速度制御を行う。
このような制御周期が繰り返されることにより、モータ１１の回転速度が目標速度になるように制御される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述のように、一定のサンプリング周期で検出されたモータ回転位置データを得てこれらの差分から算出されるモータ速度に基づく速度制御にあっては、算出して得られる速度データは、現在の制御周期における速度と一周期前の速度との平均速度データとなる。すると、速度制御には、サンプリング周期Ｔの１／２のムダ時間（時間遅れ）が生じていることになる。このようなムダ時間が存在するため、制御系の位相遅れが大きくなり、その結果、制御の安定性を損なうという問題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、エンコーダからの信号に基づいて迅速に制御対象の駆動速度を得る信号処理装置、信号処理方法、信号処理プログラム、速度検出装置およびモータ駆動速度を安定に制御するサーボ機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の信号処理装置は、駆動体の駆動位置に応じてセンサから出力される位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度を検出する信号処理装置であって、前記位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度情報を算出する位置情報信号処理部と、前記位置情報信号処理部にて算出される最新の前記駆動速度情報を反映して前記駆動体の最新の推定位置を内部位置情報として生成する内部位置情報生成部と、を備え、前記位置情報信号処理部は、前記センサからの前記位置情報信号と前記内部位置情報生成部にて生成される前記内部位置情報との差分に基づいて前記駆動体の駆動速度情報を算出することを特徴とする。
【０００８】
この構成において、内部位置情報生成部において駆動体の最新の駆動速度情報を反映した駆動体の位置情報が内部位置情報として生成されており、センサから駆動体の位置情報信号が入力されると即座に位置情報信号処理部においてセンサの位置情報信号と前記内部位置情報との差分が算出される。この差分に基づいて駆動体の駆動速度が算出されて出力される。この駆動速度は、例えば外部に設けられる制御手段に向けて駆動体の駆動速度情報として出力されると同時に、内部位置情報生成部に入力されて駆動体の最新位置の推定に用いられる。
【０００９】
ここで、内部位置情報生成部は、常に最新の駆動速度情報を反映した駆動体の位置情報を生成しているので推定可能な限り最新の駆動体の位置情報を保有している。したがって、この内部位置情報生成部で生成される内部位置情報とセンサから入力される位置情報信号とのタイムギャップ（Δｔ）を小さくすることができ、例えば極微小時間（Δｔ→０）とみなせば、センサからの位置情報信号と内部位置情報生成部にて生成される内部位置情報との差分は、すなわちセンサからの位置情報信号の微分値となり、そのまま駆動体の駆動速度となる。
【００１０】
内部位置情報生成部で駆動体の推定位置を内部位置情報として生成しておくので、センサから位置情報信号が入力されると即座に両者の差分が算出されて駆動体の駆動速度が得られる。そして、得られた駆動速度情報は、センサから入力された位置情報信号を即座に微分して得る駆動速度情報に略等しく、入力の位置情報に対して遅れのない速度情報が得られる。
【００１１】
従来は一定のサンプリング周期で得られる位置データを用いて現在の周期と一周期前の制御周期との位置の差を算出していたので二分の一周期遅れの平均速度を得るに過ぎなかったが、本発明では入力されたサンプリング信号（位置情報信号）のその時点での駆動速度を得ることができるので時間遅れは極めて微小であり、従来の時間遅れを画期的に改善できるという格別の効果を奏することができる。
したがって、例えば、この信号処理装置にて得られた駆動速度情報をフィードバック信号として駆動体の駆動制御が行われると、位相遅れがないため制御系を極めて安定させることができる。
【００１２】
本発明では、内部位置情報生成部は、前記位置情報信号処理部から出力される前記駆動速度情報を順次積算した積算値に基づいて前記内部位置情報を生成することが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、位置情報信号処理部から出力されるのは駆動体の時々刻々の駆動速度であるので、この駆動速度が内部位置情報生成部において順次積算されることによりこの速度情報に基づく駆動体の位置情報が得られる。そして、最新の駆動速度情報までが積算されることにより、前回の入力位置情報信号から次のタイミングまでに駆動体が駆動した駆動量も見込んで駆動体の位置を推定した内部位置情報が得られる。
このように内部位置情報生成部で駆動体の推定位置を内部位置情報として生成しておくので、センサから位置情報信号が入力されると即座に両者の差分が算出されて駆動体の駆動速度が得られる。
【００１４】
本発明では、前記位置情報信号処理部は、前記センサからの前記位置情報信号と前記内部位置情報生成部にて生成される内部位置情報との差分を算出する差分算出手段と、前記差分算出手段からの前記差分に基づいて前記駆動体の駆動速度情報を算出する駆動速度算出手段と、を備えることが好ましい。
【００１５】
ここで、駆動速度算出手段は、前記差分算出手段にて算出される前記差分に所定ゲインを乗算して前記駆動速度情報を算出することが例として挙げられる。
【００１６】
この構成により、差分算出手段にて算出される位置情報信号と内部位置情報との差分に例えば適切なゲインが乗算されて、駆動体の特性に応じた駆動速度情報が算出される。
例えば、駆動体の駆動位置に応じて周期的に変化する正弦波状の信号がセンサから入力される場合、位置情報信号は位相をパラメータとする三角関数値であり、駆動速度情報としては位相変化量を得たいところ、駆動速度算出手段によって三角関数値から位相変化量に変換されて駆動速度情報としての位相変化量が求められる。
【００１７】
本発明では、前記センサから出力される位置情報信号は、前記駆動体の駆動に応じて周期的に変化する周期関数信号であり、前記位置情報信号処理部は、前記駆動体の駆動速度情報として前記周期関数信号の位相変化量を出力し、前記内部位置情報生成手段は、前記位置情報信号処理部からの前記位相変化量を積算して前記駆動体の位置情報に相当する位相を算出する積算手段と、前記内部位置情報として前記積算手段で算出される前記位相に対応した周期関数値を算出する内部位置情報変換部と、を備えることが好ましい。
【００１８】
このような構成において、センサから入力される周期関数の位置情報信号に対して駆動速度情報としては位相変化量が算出される。そして、この位相変化量である駆動速度情報を積算して位相が算出され、さらに、この位相に対応する周期関数値が内部位置情報として算出される。
入力されるのが周期関数値であるので入力される位置情報信号と内部位置情報との差分を求めるためには内部位置情報としても関数値を保有することが必要になるところ、積算手段で算出された位相に基づいて内部位置情報変換手段によりこの位相に対応する関数値が算出される。これにより、入力された位置情報信号と内部位置情報との差分が即座に算出されて、入力の位置情報に対して遅れのない速度情報が得られる。
【００１９】
また、位相をパラメータとする所定関数値を算出する内部位置情報変換部を有することにより、センサから入力される位置情報信号は位相情報そのものでなくても正弦波状信号等でもよく、そのため、一般的にセンサとして利用されているエンコーダ（光電式、磁気式、静電容量式等）をそのままセンサとして利用することができ、本発明の信号処理装置にのみ適応する特殊な設計変更は必要ないので簡便であるとともにコストアップを回避することができる。
【００２０】
本発明では、前記周期関数信号は互いに所定位相差を有する第１信号および第２信号からなる二相信号であり、前記位置情報信号処理部は、前記第１信号を信号処理して前記駆動速度情報として前記第１信号の位相変化量を出力する第１信号処理部と、前記第２信号を信号処理して前記駆動速度情報として前記第２信号の位相変化量を出力する第２信号処理部と、を備え、前記位置情報信号処理部の後段側には、前記第１信号処理部からの出力信号と前記第２信号処理部からの出力信号とのうち位相変化量に対して前記周期関数信号の信号値変化量が大きい方の周期関数信号に基づいた出力信号を切替選択する信号切替部が設けられていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、二相信号のうち位相変化量に対して信号値変化が大きい方に基づいて算出された位相変化量（駆動速度情報）が信号切替部によって選択されるので、精度よく駆動速度情報としての位相変化量を得ることができる。
センサから出力される位置情報信号が周期関数であると、位相の変化に対して関数値の変化率が小さくなる領域が存在するので、この周期関数値から内部位置情報を減算しても精度よく位相の変化量を求められない恐れもあるが、位相差を有する二相信号を切り替えて、位相変化に対して信号変化量が大きいほうの信号（第１信号か第２信号か）を用いれば、総ての範囲にわたって精度よく位相変化量を得ることができる。
【００２２】
ここで、例えば、周期関数信号は、９０度位相差を有する三角関数信号であって第１信号が正弦波信号（Ａｓｉｎθ）であって第２信号が余弦波信号（Ａｃｏｓθ）であってもよく、または、第１信号がｔａｎθであって第２信号が１／ｔａｎθであってもよい。
さらに、センサから出力される二相信号が正弦波信号（Ａｓｉｎθ）および余弦波信号（Ａｃｏｓθ）であった場合でも、ｔａｎθ（＝Ａｓｉｎθ／Ａｃｏｓθ）と１／ｔａｎθ＝（Ａｃｏｓθ／Ａｓｉｎθ）とに変換した二相信号に基づく信号処理によって駆動体の駆動速度検出を行ってもよい。このように二つの信号の比をとれば、信号の振幅の変動に影響されない入力信号を得ることができる。
【００２３】
本発明では、前記周期関数信号は正弦波状信号であり、前記信号切替部は、前記第１信号および前記第２信号のいずれか一方の信号値を所定閾値と比較して大小判断を行う判断部と、前記判断部による判断結果に基づいて前記第１信号処理部からの出力信号と前記第２信号処理部からの出力信号とで切り替える切替手段と、を備えていることが好ましい。
【００２４】
例えば、一方の信号値の絶対値が閾値よりも小さければ、この一方側の信号値を使えばよく、一方の信号値の絶対値が閾値よりも高ければ、他方の信号値を使えばよい。
このような構成によれば、正弦波状信号は絶対値が大きいと位相に対する変化率が小さくなるところ、所定閾値との大小判断により位相に対する変化率が大きい方の信号が選択される。これにより、総ての範囲にわたって精度よく位相変化量を得ることができる。そして、位相変化に対する信号変化量の大きい方を判断するにあたって複雑な演算処理は必要なく、一方の信号値を閾値と比較して大小判断するだけでよいので簡便である。
【００２５】
本発明では、前記位置情報信号処理部から出力される位相変化量の符号を前記駆動体の移動方向に応じた増減を示す符号に変換する符号変換部を備えることが好ましい。
【００２６】
センサからの位置情報信号が周期的に増減する周期関数であると、駆動体が正方向に変位して位相が増大する場合であっても、位置情報信号の信号値としては減少する領域が生じる。このように減少する信号値から内部位置情報を単純に減算すると、駆動体が正方向に変位しており位相が増大しているにも関わらず、位相変化量としてはマイナスになってしまうことになる。この点、本発明では、符号変換部を備えているので、仮に駆動体が正方向に変位している場合に位相変化量がマイナスに算出されたとしても駆動体の移動方向に応じた増減方向に位相変化量の符号が変換されて増減方向の正しい駆動速度（位相変化量）が得られ、また、この増減方向の正しい駆動速度（位相変化量）に基づいて内部位置情報が生成される。
【００２７】
そして、一般的に、センサとしてのエンコーダでは、周期的に変化する正弦波状の信号をセンサ出力として出力するところ、本発明の信号処理装置では符号変換部を備えることにより一般的なセンサからのセンサ信号を適切に処理して制御対象の駆動速度を得ることができ、本発明の信号処理装置にのみ適応する特殊な設計変更は必要ないので簡便であるとともにコストアップを回避することができる。
【００２８】
本発明では、前記内部位置情報生成手段は、前記第１信号処理部から出力される前記第１信号の位相変化量を積算して前記駆動体の位置情報に相当する位相を算出する第１積算手段と、前記第１積算手段にて算出される位相に基づいて前記第１信号の関数値を算出する第１内部位置情報変換部と、前記第２信号処理部から出力される前記第２信号の位相変化量を積算して前記駆動体の位置情報に相当する位相を算出する第２積算手段と、前記第２積算手段にて算出される位相に基づいて前記第２信号の関数値を算出する第２内部位置情報変換部と、を備えることが好ましい。
【００２９】
このような構成において、センサから二相信号として第１信号と第２信号とが出力され、第１信号は第１信号処理部にて処理されて第１信号の位相変化量が出力され、第２信号は第２信号処理部にて処理されて第２信号の位相変化量が出力される。第１信号処理部から出力される第１信号の位相変化量は第１積算手段にて順次積算され、第１信号の最新の位相が算出される。第１積算手段にて算出された位相は第１内部位置情報変換部に入力され、第１内部位置情報変換部にて駆動体の最新の推定位置として第１信号の関数値が算出される。第１信号処理部において、第１内部位置情報変換部にて算出された第１信号の関数値とセンサから入力される第１信号との差分が算出され、この差分により駆動体の駆動速度が算出される。
【００３０】
第２信号処理部から出力される第２信号の位相変化量は第２積算手段にて順次積算され、第２信号の最新の位相が算出される。第２積算手段にて算出された位相は第２内部位置情報変換部に入力され、第２内部位置情報変換部にて駆動体の最新の推定位置として第２信号の関数値が算出される。第２信号処理部において、第２内部位置情報変換部にて算出された第２信号の関数値とセンサから入力される第２信号との差分が算出され、この差分により駆動体の駆動速度が算出される。
そして、第１信号処理部からの出力信号と第２信号処理部からの出力信号とのうち信号切替部により選択された信号が駆動体の駆動速度として出力される。
【００３１】
このような構成によれば、センサから第１信号と第２信号との二相信号が出力されるところ、第１信号を処理する第１信号処理部に対応して第１積算手段と第１内部位置情報変換部とを備え、第２信号を処理する第２信号処理部に対応して第２積算手段と第２内部位置情報変換部とを備えている。よって、第１信号に基づく駆動体の駆動速度を算出するにあたっては、第１信号に基づく位相変化量をフィードバック情報とする第１積算手段および第１内部位置情報変換部によるループにおいて第１信号にのみ基づく演算処理により駆動速度情報を算出することができる。
また、同様に、第２信号に基づく駆動体の駆動速度を算出するにあたっては、第２信号に基づく位相変化量をフィードバック情報とする第２積算手段および第２内部位置情報変換部によるループにおいて第２信号にのみ基づく演算処理によって駆動速度情報を算出することができる。
【００３２】
従って、例えば、第１信号と第２信号とで振幅が異なる場合であっても、それぞれの位置情報処理部（第１信号処理部、第２信号処理部）からのそれぞれの速度情報は第１信号と第２信号との振幅差の影響を受けることがない。よって、第１信号と第２信号との振幅差の影響が抑制され、信号切替部にて第１信号処理部と第２信号処理部とからの駆動速度情報を切り替えて出力する場合でも、出力される駆動速度情報が滑らかに連続する。
【００３３】
本発明では、前記駆動体は回転子を有するモータであって前記センサから出力される位置情報信号は前記モータの回転駆動に応じて周期的に変化する周期関数信号であり、前記位置情報信号処理部は、前記モータの駆動速度情報として回転角速度を出力し、積算手段は、前記位置情報信号処理部からの前記回転角速度を積算してモータの回転位相角を算出し、前記内部位置情報変換部は、前記モータの回転位相角に基づいた周期関数値を算出することが好ましい。
【００３４】
この構成によれば、モータの回転駆動に応じてセンサから出力される周期関数信号に基づいて、モータの駆動速度として回転角速度を得ることができる。
【００３５】
本発明の信号処理方法は、駆動体の駆動位置に応じてセンサから出力される位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度を検出する信号処理方法であって、前記位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度情報を算出する位置情報信号処理工程と、前記位置情報信号処理工程にて算出される最新の前記駆動速度情報を反映して前記駆動体の最新の推定位置を内部位置情報として生成する内部位置情報生成工程と、を備え、前記位置情報信号処理工程は、前記センサからの前記位置情報信号と前記内部位置情報生成工程にて生成される前記内部位置情報との差分に基づいて前記駆動体の駆動速度情報を算出することを特徴とする。
【００３６】
このような構成によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。
【００３７】
本発明の信号処理プログラムは、駆動体の駆動位置に応じてセンサから出力される位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度を検出する信号処理装置にコンピュータを組み込んで、このコンピュータを、前記位置情報信号を信号処理して前記駆動体の駆動速度情報を算出する位置情報信号処理部と、前記位置情報信号処理部にて算出される最新の前記駆動速度情報を反映して前記駆動体の最新の推定位置を内部位置情報として生成する内部位置情報生成部と、として機能させる信号処理プログラムであって、前記位置情報信号処理部は、前記センサからの前記位置情報信号と前記内部位置情報生成部にて生成される前記内部位置情報との差分に基づいて前記駆動体の駆動速度情報を算出することを特徴とする。
【００３８】
本発明の記録媒体は、上記信号処理プログラムを記録していることを特徴とする。
【００３９】
このように信号処理プログラムをコンピュータにインストールしてこのコンピュータを各機能部として機能させれば、各種のパラメータの変更などを容易に行うことができる。
【００４０】
なお、この信号処理プログラムをインストールするには、信号処理装置にメモリカードやＣＤ−ＲＯＭ等を直接差し込んで行ってもよいし、これらの記憶媒体を読み取る機器を外付けで信号処理装置に接続してもよい。さらには、ＬＡＮケーブル、電話線等を信号処理装置に接続して通信によって信号処理プログラムを供給しインストールしてもよいし、無線によって信号処理プログラムを供給してインストールしてもよい。
【００４１】
本発明の速度検出装置は、駆動体の駆動位置に応じた位置情報信号を出力するセンサと、上記信号処理装置と、を備えることを特徴とする。
【００４２】
この構成によれば、センサからの位置情報信号を信号処理装置によって処理して駆動体の駆動速度を迅速に得る速度検出装置とすることができる。
【００４３】
本発明のサーボ機構は、駆動体と、前記駆動体の駆動位置に応じた位置情報信号を出力するセンサと、前記信号処理装置と、前記信号処理装置にて検出される前記駆動体の駆動速度を外部から予め設定された所定目標速度と比較するとともに前記駆動体の駆動速度を前記所定目標速度に制御する中央制御部と、を備えることを特徴とする。
【００４４】
このような構成によれば、信号処理装置にて得られた駆動速度情報をフィードバック信号として中央制御部により駆動体の駆動制御が行われる。すると、位相遅れがないため制御系を極めて安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明のサーボ機構に係る第１実施形態について説明する。
図１に、サーボ機構のブロック図を示す。
このサーボ機構１００は、制御対象であるモータ（駆動体）１１０と、モータ１１０の回転駆動に応じて正弦波（Ａｓｉｎθ）および余弦波（Ａｃｏｓθ）の位置情報信号（周期関数信号）を出力するセンサとしてのエンコーダ１２０と、エンコーダ１２０からの位置情報信号に基づいてモータ回転速度（駆動速度情報）を算出するとともにモータ回転速度を外部から入力される目標速度に応じて制御する制御部３００と、を備えている。
【００４６】
エンコーダ１２０は、従来知られたロータリーエンコーダ１２０であり、詳細は割愛するが、モータ１１０の回転子と一体回転するロータを有し、このロータの回転に伴って周期的に変化する周期関数である位置情報信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）を出力する。この位置情報信号は、図２に示されるように、互いに９０度位相差を有する正弦波（Ａｓｉｎθ）および余弦波（Ａｃｏｓθ）の二相信号である。このようなロータリーエンコーダ１２０としては、光電式エンコーダ、静電容量式エンコーダ、磁気式エンコーダなどが利用できる。
【００４７】
制御部３００は、エンコーダ１２０からの位置情報信号を信号処理してモータ回転速度を算出する信号処理装置としての速度算出部４００と、速度算出部４００にて算出されたモータ回転速度を外部から入力される目標速度に比較してモータ回転速度を目標速度に制御する中央制御部としてのＣＰＵ３１０と、を備えている。
【００４８】
速度算出部４００の構成について説明する。
図３は、速度算出部４００の構成を示すブロック図である。
速度算出部４００は、エンコーダ１２０から出力される二相信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）を信号処理してモータ回転速度（ωｎ）を算出する位置情報信号処理部４１０と、所定条件に対比して二相信号のいずれか一方の信号に基づくモータ回転速度情報を切替選択する信号切替部４５０と、位置情報信号処理部４１０からのモータ回転速度（ωｎ）に基づいて最新のモータ回転速度を反映したモータ駆動位置情報（θｎ）を内部位置情報として生成する内部位置情報生成部４６０と、モータ１１０の回転速度情報（ωｎ）およびモータ駆動位置情報（θｎ）を出力する出力部４７０と、を備える。
【００４９】
位置情報信号処理部４１０は、エンコーダ１２０から出力される二相信号のうちの正弦波信号（Ａｓｉｎθ）について信号処理しモータ１１０の回転変化量（Δθ１）を算出する正弦信号処理部（第１信号処理部）４２０と、エンコーダ１２０から出力される二相信号のうちの余弦波信号（Ａｃｏｓθ）について信号処理しモータ１１０の回転変化量（Δθ２）を算出する余弦信号処理部（第２信号処理部）４３０と、正弦信号処理部４２０および余弦信号処理部４３０からの回転変化量（Δθ１、Δθ２）を正転方向に合わせてモータ１１０の回転角速度（ω１、ω２（rad/s））にする符号変換部４４０と、を備える
。
【００５０】
正弦信号処理部４２０は、内部位置情報生成部４６０で生成される内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ）をエンコーダ１２０より入力される正弦波信号（Ａｓｉｎθ）から減算して差分信号を出力する第１減算手段（差分算出手段）４２１と、第１減算手段４２１から出力される差分信号に所定ゲイン（Ｋ）を乗算してモータ回転変化量（Δθ１）を算出する第１ゲイン乗算部（駆動速度算出手段）４２２と、を備える。
【００５１】
第１減算手段４２１は、エンコーダ１２０より入力される正弦波信号（Ａｓｉｎθ）から内部位置情報生成部４６０で生成されるモータ駆動位置情報（内部位置情報Ａｓｉｎθｎ）を減算する。
そして、第１減算手段４２１で算出される差分は関数値の差（Ａｓｉｎθ−Ａｓｉｎθｎ）になっているところ、第１ゲイン乗算部４２２において第１減算手段４２１から出力される差分信号に所定ゲイン（Ｋ）が乗算されてモータ１１０の回転変化量（Δθ１）が出力される。
【００５２】
余弦信号処理部４３０は、エンコーダ１２０より入力される余弦波信号（Ａｃｏｓθ）を内部位置情報生成部４６０で生成される内部位置情報（Ａｃｏｓθｎ）から減算して差分信号を出力する第２減算手段（差分算出手段）４３１と、
第２減算手段４３１から出力される差分信号に所定ゲイン（Ｋ）を乗算してモータ回転変化量（Δθ２）を算出する第２ゲイン乗算部（駆動速度算出手段）４３２と、を備える。
【００５３】
符号変換部４４０は、正弦信号処理部４２０から出力されるモータ回転変化量（Δθ１）を余弦波信号（Ａｃｏｓθ）の符号に基づいて変換する第１符号変換部４４１と、余弦信号処理部４３０から出力されるモータ回転変化量（Δθ２）を正弦波信号（Ａｓｉｎθ）の符号に基づいて変換する第２符号変換部４４２と、を備える。
【００５４】
第１符号変換部４４１は、余弦波信号（Ａｃｏｓθ）がマイナス（負の値）である場合には第１ゲイン乗算部４２２からのモータ回転変化量（Δθ１）に−１（マイナス１）を乗算し、余弦波信号（Ａｃｏｓθ）がプラス（正の値）である場合には第１ゲイン乗算部４２２からのモータ回転変化量（Δθ１）に＋１（プラス１）を乗算する。
同様に、第２符号変換部４４２は、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）がマイナス（負の値）である場合には、第２ゲイン乗算部からのモータ回転変化量（Δθ２）に−１（マイナス１）を乗算し、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）がプラス（正の値）である場合には第２ゲイン乗算部からのモータ回転変化量（Δθ２）に＋１（プラス１）を乗算する。
【００５５】
エンコーダ１２０から入力される正弦波信号（Ａｓｉｎθ）は、図２に示されるように、モータ１１０の回転に応じて周期的に増減を繰り返すところ、モータ１１０が回転して回転位相角が増加する場合でも正弦波信号（Ａｓｉｎθ）が減少する領域が存在することになるので、入力される正弦波信号（Ａｓｉｎθ）から内部位置情報生成部４６０にて生成される内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ）を単純に減算すると、モータ１１０が正転して位相が増加しているにも関わらず、モータ１１０の回転変化量がマイナスになってしまう場合がある。そこで、第１符号変換部４４１において、エンコーダ１２０から入力される他方の位相信号である余弦波信号（Ａｃｏｓθ）の符号に基づいてモータ１１０の回転変化量（Δθ１）が増加する方向に第１ゲイン乗算部４２２からの出力信号の符号を変換する。これにより、第１ゲイン乗算部４２２から出力されるモータ回転変化量（Δθ１）が常に増加方向へ変換されモータ１１０の回転角速度（ω１）が得られる。
【００５６】
同様に、第２符号変換部４４２において、エンコーダ１２０から入力される他方の位相信号である正弦波信号（Ａｓｉｎθ）の符号に基づいてモータ１１０の回転変化量（Δθ２）が増加する方向に第２ゲイン乗算部４３２からの出力信号の符号を変換する。これにより、第２ゲイン乗算部４３２から出力されるモータ回転変化量（Δθ２）が常に増加方向へ変換されモータ１１０の回転角速度（ω２）が得られる。
【００５７】
信号切替部４５０は、エンコーダ１２０から入力される正弦波信号（Ａｓｉｎθ）を所定閾値と比較して正弦波信号と閾値との大小判断を行う判断部４５１と、判断部４５１による大小判断に基づいて出力部および内部位置情報生成部４６０への入力を正弦信号処理部４２０からの出力信号と余弦信号処理部４３０からの出力信号とで切り替える切替手段４５２と、を備えている。
【００５８】
エンコーダ１２０から入力される位置情報信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）はモータ１１０の回転に伴って周期的に増減するところ、例えば図２に示されるように、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）では位相が９０°（π／２）や２７０°（３π／２）の付近では位相（θ）の変化量に対する信号値の変化量が小さくなるなど、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）でも余弦波信号（Ａｃｏｓθ）でも位相変化量に対する信号値変化が小さい領域が存在する。
そこで、信号切替部４５０は、位相変化量に対して信号値の変化が大きい領域を利用するべく正弦波信号（Ａｓｉｎθ）と余弦波信号（Ａｃｏｓθ）とを切り替える。
【００５９】
判断部４５１は、正弦波信号の絶対値｜Ａｓｉｎθ｜を所定閾値である０．７Ａと比較して、両者の大小を判断する。ここで、±０．７は、およそ±√２／２に相当し、正弦波信号を例にすると４５°（π／４）、１３５°（３π／４）、２２５°（５π／４）、３１５°（９π／４）の位相に相当する。
【００６０】
切替手段４５２は、正弦信号処理部４２０からの信号が入力される正弦側端子４５３と、余弦信号処理部４３０からの信号が入力される余弦側端子４５４と、を有し、内部位置情報生成部４６０および出力部４７０への入力を正弦側端子４５３と余弦側端子４５４とで切り替えるスイッチング手段で構成されている。
そして、信号切替部４５０は、判断部４５１での大小判断に基づいて｜Ａｓｉｎθ｜が０．７Ａよりも小さいときは（｜Ａｓｉｎθ｜＜０．７Ａ）、正弦側端子４５３を選択し、｜Ａｓｉｎθ｜が０．７Ａ以上であるときは（｜Ａｓｉｎθ｜≧０．７Ａ）、余弦側端子４５４を選択する。
これにより、図２に示されるように、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）および余弦波信号（Ａｃｏｓθ）において信号値変化の大きい領域が順次切り替えて利用される。
【００６１】
内部位置情報生成部４６０は、位置情報信号処理部４１０からのモータ回転角速度（ω１、ω２）を積算してモータ１１０の回転位相（θｎ）を算出する積算手段４６１と、積算手段４６１で算出されるモータ１１０の回転位相（θｎ）をパラメータとする三角関数値に変換して内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ、Ａｃｏｓθｎ）を算出する内部位置情報変換部４６２と、を備える。
【００６２】
積算手段４６１は、切替手段４５２により選択された出力信号であるモータ回転角速度（ω１かω２か）を積算してモータ１１０の回転位相（θｎ）を算出する。すなわち、最新のモータ回転角速度（ω１、ω２）を反映したモータ回転位相（θｎ）を算出する。そして、算出したモータ回転位相（θｎ）を内部位置情報変換部４６２に出力する。
【００６３】
内部位置情報変換部４６２は、正弦信号処理部４２０の第１減算手段４２１に向けて内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ）を出力する第１内部位置情報変換部４６３と、余弦信号処理部４３０の第２減算手段４３１に向けて内部位置情報（Ａｃｏｓθｎ）を出力する第２内部位置情報変換部４６４と、を備える。
第１内部位置情報変換部４６３は、エンコーダ１２０から入力される位置情報信号である正弦波信号（Ａｓｉｎθ）に対応して、積算手段４６１で算出される位相（θｎ）をパラメータとする正弦関数値（Ａｓｉｎθｎ）を算出して内部位置情報とする。
また、第２内部位置情報変換部４６４は、エンコーダ１２０から入力される位置情報信号である余弦波信号（Ａｃｏｓθｎ）に対応して、積算手段４６１で算出される位相（θｎ）をパラメータとする余弦関数値（Ａｃｏｓθｎ）を算出して内部位置情報とする。
【００６４】
ここで、積算手段４６１は、位置情報信号処理部４１０から出力されるモータ回転角速度（ω１、ω２）を積算してモータ１１０の回転位相（θｎ）を算出するところ、位置情報信号処理部４１０から出力される最新のモータ回転角速度（ω１、ω２）までを順次積算することにより、推定可能な限り最新のモータ回転位相（θｎ）を算出する。
そして、第１および第２内部位置情報変換部４６３、４６４は、積算手段４６１で算出される最新のモータ回転位相（θｎ）の三角関数値（Ａｓｉｎθｎ、Ａｃｏｓθｎ）を算出するので、図４に示されるように、推定可能な限り最新のモータ回転位相（θｎ）についての三角関数値（Ａｓｉｎθｎ、Ａｃｏｓθｎ）を保有することになる。
図４は、エンコーダから入力される正弦波信号（Ａｓｉｎθ）と内部位置情報生成部で生成される内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ）との関係を示す図である。
【００６５】
出力部４７０は、切替手段４５２により選択された出力信号であるモータ回転角速度を中央制御部としてのＣＰＵ３１０に向けてフィルタ４７１を介して出力する。なお、このようなフィルタ４７１としてはローパスフィルタなどが例として挙げられる。
さらに、出力部４７０は、積算手段４６１によって算出されるモータ回転位相（θｎ）をモータ駆動位置情報として出力する。
【００６６】
中央制御部としてのＣＰＵ３１０は、速度算出部４００からのモータ回転角速度を外部から入力される目標速度と比較してモータ回転角速度（ω）を目標速度にするためにモータ１１０に印加する電流（ｉ）のデューティー比を算出するとともにモータ１１０をＰＷＭ制御する。
【００６７】
このような構成を備えるサーボ機構の動作について説明する。
モータ１１０が回転駆動すると、このモータ１１０の回転がエンコーダ１２０によって検出され、エンコーダ１２０からモータ１１０の回転に伴って周期的に変化する二相信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）が出力される。
【００６８】
エンコーダ１２０からの二相信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）は、それぞれ正弦信号処理部４２０と余弦信号処理部４３０とに入力される。以後、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）の処理と余弦波信号（Ａｃｏｓθ）の処理とは略共通であるので、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）の処理を例に以後の動作を説明する。
正弦信号処理部４２０に入力された正弦波信号（Ａｓｉｎθ）は、第１減算手段４２１において第１内部位置情報変換部４６３で生成された内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ）と比較されて、第１減算手段４２１から両者の差分が第１ゲイン乗算部４２２に向けて出力される。
【００６９】
第１ゲイン乗算部４２２において第１減算手段４２１からの差分信号に所定ゲイン（Ｋ）が乗算されてモータ回転量（Δθ１）が出力される。
そして、二相信号の他方である余弦波信号（Ａｃｏｓθ）の符号に基づいて第１符号変換部４４１によって第１ゲイン乗算部４２２からのモータ回転変化量（Δθ１）に＋１あるいは−１が乗算されてモータ回転変化量（Δθ１）が増加する方向に変換され、モータ回転角速度（ω１）が生成される。
同様に、余弦信号処理部４３０に入力される余弦波信号（Ａｃｏｓθ）に基づくモータ回転角速度（ω２）が生成される。
【００７０】
そして、正弦信号処理部４２０からのモータ回転角速度（ω１）と余弦信号処理部４３０からのモータ回転角速度（ω２）とが生成されるところ、判断部４５１における正弦波（Ａｓｉｎθ）と所定閾値０．７Ａとの大小判断により、切替手段４５２で切り替えられて正弦波信号および余弦波信号において信号値変化の大きい領域に基づくモータ回転角速度（ω１かω２か）が選択される。
【００７１】
そして、切替手段４５２からのモータ回転角速度（ωｎ）は二つに分岐されて、一方は、積算手段４６１に入力されて、積算手段４６１による積算によりモータ回転位相（θｎ）が算出され、最新のモータ回転角速度（ωｎ）を反映してモータ１１０の回転位相（θｎ）が更新される。積算手段４６１で算出されたモータ回転位相（θｎ）は、正弦信号処理部４２０および余弦信号処理部４３０の内部位置情報変換部４６３、４６４に出力されて、内部位置情報変換部４６２によりモータ回転位相（θｎ）をパラメータとする正弦関数値（Ａｓｉｎθｎ）あるいは余弦関数値（Ａｃｏｓθｎ）がそれぞれ生成される。
また、分岐された他方のモータ回転角速度（ωｎ）は、出力部４７０からフィルタ４７１を通してＣＰＵ３１０に出力される。
【００７２】
速度算出部４００からのモータ回転角速度（ωｎ）はＣＰＵ３１０において目標速度と比較され、モータ回転角速度（ω）を目標値にするためにモータ１１０に印加する電流（ｉ）のデューティー比が算出される。そして、このデューティー比によりモータ１１０がＰＷＭ制御されて、モータ１１０が所定目標速度で回転駆動制御される。
【００７３】
このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）内部位置情報生成部４６０は、常に最新のモータ速度情報（ωｎ）を反映したモータ１１０の位置情報（Ａｓｉｎθｎ、Ａｃｏｓθｎ）を生成しているので推定可能な限り最新のモータ１１０の位置情報を保有している。したがって、エンコーダ１２０からの位置情報信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）と内部位置情報生成部４６０にて生成される内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ、Ａｃｏｓθｎ）との差分は、すなわちエンコーダ１２０からの位置情報信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）の微分値となり、そのままモータ１１０の駆動速度（ω）となる。よって、エンコーダ１２０から位置情報信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）が入力されると即座に両者の差分が算出されてモータの駆動速度（ω）が得られ、従来の時間遅れを画期的に改善できるという格別の効果を奏することができる。
【００７４】
（２）速度算出部４００により時間遅れがないモータ駆動速度（ωｎ）が得られるので、このモータ駆動速度情報（ωｎ）をフィードバック信号として中央制御部（ＣＰＵ）３１０によりモータ１１０の駆動制御が行われることで、位相遅れがない極めて安定した制御系とすることができる。
【００７５】
（３）位相をパラメータとする関数値を算出する内部位置情報変換部４６３、４６４を有することにより、エンコーダ１２０から入力される位置情報信号は位相情報そのものでなくても正弦波状信号等でもよく、そのため、一般的にセンサとして利用されているエンコーダ（光電式、磁気式、静電容量式等）１２０をそのままセンサとして利用することができ、本実施形態のサーボ機構１００にのみ適応する特殊な設計変更は必要ないので簡便であるとともにコストアップを回避することができる。
【００７６】
（４）エンコーダ１２０からの二相信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）のうち位相変化量に対して信号値変化が大きい方に基づいて算出された位相変化量（駆動速度情報）が信号切替部４５０によって選択されるので、総ての範囲にわたって精度よくモータ速度情報としての位相変化量（ω）を得ることができる。そして、位相変化に対する信号変化量の大きい方を判断するにあたって複雑な演算処理は必要なく、一方の信号値（正弦波信号）を閾値（０．７Ａ）と比較して大小判断するだけでよいので簡便である。
【００７７】
（５）符号変換部４４０を備えているので、仮にモータ１１０が正方向に変位している場合に位相変化量がマイナスに算出されたとしてもモータの回転方向に応じた増減方向に位相変化量（Δθ）の符号を変換して増減方向の正しい駆動速度（位相変化量ω）を得ることができる。
【００７８】
（第２実施形態）
次に、本発明のサーボ機構に係る第２実施形態について図５を参照して説明する。
第２実施形態の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、第２実施形態は、エンコーダ１２０から出力される二相信号の比を入力信号とする点に特徴を有する。
図５は、第２実施形態の速度算出部（信号処理部）の構成を示す図である。
図５において、速度算出部５００は、センサ１２０からの二相信号である正弦波信号（Ａｓｉｎθ）と余弦波信号（Ａｃｏｓθ）との比に基づく二相信号（図６参照）を生成するセンサ信号変換部６００を備える。
センサ信号変換部６００は、Ａｓｉｎθ／Ａｃｏｓθを算出して第１信号としての正接信号（ｔａｎθ）を出力する第１信号変換部６１０と、Ａｃｏｓθ／Ａｓｉｎθを算出して第２信号としての余接信号（１／ｔａｎθ）を算出する第２信号変換部６２０と、を備える。
【００７９】
位置情報信号処理部５１０は、第１信号（ｔａｎθ）を信号処理してモータ回転角速度を算出する第１信号処理部５２０と、第２信号（１／ｔａｎθ）を信号処理してモータ回転角速度算出する第２信号処理部５３０と、を備える。
そして、第１信号処理部５２０において、第１信号（ｔａｎθ）から内部位置情報生成部５５０にて生成される内部位置情報が第１減算手段５２１により減算されて差分信号が出力され、この差分信号に第１ゲイン乗算手段５２２によって所定ゲインが乗算されてモータ回転角速度（ω１）が出力される。
また、第２信号処理部５３０において、内部位置情報生成部５５０にて生成される内部位置情報から第２信号（１／ｔａｎθ）が第２減算手段５３１により減算されて差分信号が出力され、この差分信号に第２ゲイン乗算手段５３２によって所定ゲインが乗算されてモータ回転角速度（ω２）が出力される。
【００８０】
信号切替部５４０において、判断部５４１は、第１信号（ｔａｎθ）と１との大小比較を行い、信号切替部５４０は判断部５４１による大小判断に基づいて、第１信号（ｔａｎθ）が１以下である場合には第１信号に基づくモータ回転角速度（ω１）を選択し、第１信号（ｔａｎθ）が１より大きい場合には第２信号に基づくモータ回転角速度（ω２）を選択する。
すなわち、図６に示されるように、第１信号（ｔａｎθ）および第２信号（１／ｔａｎθ）は不連続な領域を有するところ、第１信号（ｔａｎθ）および第２信号（１／ｔａｎθ）の連続領域を交互に切り替えて利用する。
【００８１】
内部位置情報生成部５５０は、積算手段５５１において位置情報信号処理部５１０からのモータ回転角速度（ω１、ω２）を積算してモータ回転位相（θｎ）を算出し、このモータ回転位相（θｎ）が内部位置情報変換部５５２においてモータ回転位相（θｎ）をパラメータとする三角関数値に変換される。
ここで、第１内部位置情報変換部５５３は、モータ回転位相（θｎ）をパラメータとする正接関数値（ｔａｎθｎ）を算出して第１減算手段５２１に出力する。
また、第２内部位置情報変換部５５４は、モータ回転位相（θｎ）をパラメータとする余接関数値（１／ｔａｎθｎ）を算出して第２減算手段５３１に出力する。
【００８２】
なお、第１実施形態においては、符号変換部４４０が設けられ、モータ回転の方向にあわせてゲイン乗算部４２２、４３２からの出力信号を増加方向へ変換していたが、第２実施形態では、モータ１１０が正転方向に変化する限りにおいて第１信号（ｔａｎθ）の利用部分（ｔａｎθ≦１）では単調増加であり、また、第２信号（１／ｔａｎθ）の利用部分（ｔａｎθ＞１）では単調減少であるので、例えば第２減算手段５３１では内部位置情報から第２信号（１／ｔａｎθ）を減算するなど、減算の方向を決めておけば常に適切な増減方向を示すモータ回転角速度が得られる。よって、第２実施形態では符号変換部を備える必要はない。
【００８３】
このような構成を備える第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
さらに、センサ信号変換部６００によってエンコーダ１２０からの二相信号である正弦波信号（Ａｓｉｎθ）と余弦波信号（Ａｃｏｓθ）との比に基づく二相信号（ｔａｎθ、１／ｔａｎθ）を生成するので、エンコーダ１２０からの二相信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）の振幅Ａの変動に除去することができる。よって、安定した位置情報信号（ｔａｎθ、１／ｔａｎθ）に基づく速度検出を行うことができる。
【００８４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７から図９を参照して説明する。
第３実施形態の基本的構成は第１実施形態に同様であるが、第３実施形態では、内部位置情報生成部の構成に特徴を有する。
図７は、第３実施形態において、速度算出部の構成を示すブロック図である。
図７において、内部位置情報生成部４６０が、正弦信号処理部４２０に対応して第１内部位置情報変換部４６３を有し、余弦信号処理部４３０に対応して第２内部位置情報変換部４６４を有する点は第１実施形態に同様である。
【００８５】
ここで、第１実施形態（図３）においては積算手段４６１が一つであった。そして、正弦信号処理部４２０と余弦信号処理部４３０とからモータ回転角速度（ω１、ω２）がそれぞれ出力されるところ、信号切替部４５０により選択されたモータ回転角速度（ω１かω２）が積算手段４６１に入力されて、積算手段４６１はこのモータ回転角速度（ω１かω２か）を積算してモータ回転位相を算出していた。この積算手段４６１にて算出されたモータ回転位相（θｎ）は第１内部位置情報変換部４６３と第２内部位置情報変換部４６４とに出力され、それぞれの内部位置情報変換部にて内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ、Ａｃｏｓθｎ）が算出されていた。
【００８６】
この点、第３実施形態においては、積算手段として第１積算手段４６１Ａと第２積算手段４６１Ｂとが設けられている。すなわち、図７において、正弦波信号に基づいて正弦信号処理部４２０から出力されるモータ回転変化量（Δθ１）を積算して正弦波信号に基づくモータ回転位相（θ１）を算出する第１積算手段４６１Ａと、余弦波信号に基づいて余弦信号処理部４３０から出力されるモータ回転変化量（Δθ２）を積算して余弦波信号に基づくモータ回転位相（θ２）を算出する第２積算手段４６１Ｂと、が設けられている。
【００８７】
第１積算手段４６１Ａは、第１ゲイン乗算部４２２から出力されるモータ１１の回転変化量（Δθ１）を積算してモータ回転位相（θ１）を算出する。そして、第１積算手段４６１Ａは、算出したモータ回転位相（θ１）を第１内部位置情報変換部４６３に出力する。
第２積算手段４６１Ｂは、第２ゲイン乗算部４３２から出力されるモータ１１の回転変化量（Δθ２）を積算してモータ回転位相（θ２）を算出する。そして、第２積算手段４６１Ｂは、算出したモータ回転位相（θ２）を第２内部位置情報変換部４６４に出力する。
【００８８】
信号切替部４５０は、判断部４５１と、切替手段４５２と、を備え、切替手段４５２が正弦側端子４５３と余弦側端子４５４とをスイッチング手段で切り替える点は第１実施形態に同様であるが、ここで、切替手段としては、速度情報出力用の第１切替手段４５２Ａと、位置情報出力用の第２切替手段４５２Ｂと、を備えている。
第１切替手段４５２Ａの構成は第１実施形態で説明した切替手段の構成に同様であり、判断部４５１における判断に基づいて正弦側端子４５３と余弦側端子４５４とを切り替えてモータ回転角速度ωｎを出力する。このモータ回転角速度ωｎ（ω１かω２）は、フィルタ４７１を介して中央制御部としてのＣＰＵ３１０に出力される。
【００８９】
なお、第１実施形態では、切替手段４５２からの出力信号ωｎ（モータ回転角速度ω１、ω２）が積算手段４６１に入力されていたが、第３実施形態においては、第１切替手段４５２Ａからの出力信号ωｎが積算手段（４６１Ａ、４６１Ｂ）に入力されない。
【００９０】
第２切替手段４５２Ｂは、判断部４５１における判断に基づいて正弦側端子４５３と余弦側端子４５４とをスイッチング手段にて切り替える。
ここで、第１積算手段４６１Ａにて算出されたモータ回転位相（θ１）を第１符号変換部４４１にて符号変換した信号が正弦側端子４５３に入力されている。また、第２積算手段４６１Ｂにて算出されたモータ回転位相（θ２）を第２符号変換部４４２にて符号変換した信号が余弦側端子４５４に入力されている。そして、第２切替手段４５２Ｂからの出力はフィルタを介して位置情報θｎ（θ１かθ２）として出力される。
【００９１】
このような構成を備える第３実施形態によれば第１実施形態の効果に加えて次の効果を奏することができる。
エンコーダ１２から正弦波信号と余弦波信号との二相信号が出力されるところ、第３実施形態の速度算出部４００では、正弦波信号を処理する正弦信号処理部４２０に対応して第１積算手段４６１Ａと第１内部位置情報変換部４６３とを備え、余弦波信号を処理する余弦信号処理部４３０に対応して第２積算手段４６１Ｂと第２内部位置情報変換部４６４とを備えている。よって、正弦波信号に基づくモータ回転角速度ω１を算出するにあたっては、正弦波信号に基づくモータ回転変化量Δθ１をフィードバック情報とする第１積算手段４６１Ａおよび第１内部位置情報変換部４６３によるループにおいて正弦波信号にのみ基づく演算処理によりモータ回転角速度ω１を算出することができる。また、同様に、余弦波信号に基づくモータ回転角速度ω２を算出するにあたっては、余弦波信号に基づくモータ回転変化量Δθ２をフィードバック情報とする第２積算手段４６１Ｂおよび第２内部位置情報変換部４６４によるループにおいて余弦波信号にのみ基づく演算処理によってモータ回転角速度ω２を算出することができる。
【００９２】
ここで、例えば、第１実施形態のように、正弦信号処理部４２０と余弦信号処理部４３０とからのモータ回転角速度（ω１、ω２）を信号切替部４５０にて切替選択して積算手段４６１に入力し、積算手段４６１にてモータの回転位相（θｎ）を算出してもよい。
しかし、エンコーダ１２０から出力される正弦波と余弦波とで振幅が異なる場合には、正弦信号処理部４２０からのモータ回転角速度ω１と余弦信号処理部４３０からのモータ回転角速度ω２とには差が生じる。つまり、正弦信号処理部４２０および余弦信号処理部４３０のそれぞれの減算手段４２１、４３１において、Ａ（ｓｉｎθ−ｓｉｎθ１）とＡ´（ｃｏｓθ−ｃｏｓθ２）とをそれぞれ算出し、この差分に基づいてモータ回転角速度ω１、ω２が算出されるので、正弦波と余弦波とで振幅（Ａ、Ａ´）が異なるとモータ回転角速度ω１、ω２も異なってくる。さらには、信号切替部４５０において、正弦波信号と余弦波信号とで位相変化に対して関数値の変化が大きい方に基づくモータ回転角速度（ω１とω２）を選択するので、正弦波信号と余弦波信号との振幅の違いが顕著に現れやすく、このように顕著に異なるモータ回転角速度ω１、ω２が切り替えられて積算手段４６１にて順次積算されると、切り替わった際の位相の積算で誤差が大きく生じやすい。
【００９３】
例えば、図８は、第１実施形態において、正弦波信号Ａｓｉｎθと余弦波信号Ａ´ｃｏｓθとで振幅が５％異なる場合に出力されるモータ回転角速度ωの例である。図８において、信号の切替タイミングで大きな誤差が生じていることが分かる。
【００９４】
この点、第３実施形態では、正弦波信号についての内部位置情報は、正弦信号処理部４２０にて算出されたモータ回転変化量Δθ１に基づいて第１積算手段４６１Ａおよび第１内部位置情報変換部４６３にて算出され、余弦波信号についての内部位置情報は、余弦信号処理部４３０にて算出されたモータ回転変化量Δθ２に基づいて第２積算手段４６１Ｂおよび第２内部位置情報変換部４６４にて算出されるので、それぞれの位置情報処理部（正弦信号処理部４２０、余弦信号処理部４３０）からのモータ回転角速度ω１、ω２は正弦波信号と余弦波信号との振幅差の影響を受けることがない。
【００９５】
ここで、図９は、第３実施形態の構成において、正弦波信号Ａｓｉｎθと余弦波信号Ａ´ｃｏｓθとで振幅が５％異なる場合に出力されるモータ回転角速度ωの例である。図９に示されるように、第３実施形態によれば、正弦波信号と余弦波信号との振幅差の影響が第１実施形態（図８）に比べて抑制され、モータ回転角速度ωが比較的滑らかに連続する。
【００９６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１０を参照して説明する。
第４実施形態の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、第４実施形態では、エンコーダ１２０からの信号をＡ／Ｄコンバーターによって変換したディジタル信号に基づいてモータ回転速度を得る点に特徴を有する。
すなわち、図１０において、エンコーダ１２０からの正弦波信号をＡ／Ｄ変換する第１Ａ／Ｄコンバーター７１０と、エンコーダ１２０からの余弦波信号をＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄコンバーター７２０と、が設けられている。
そして、速度算出部（信号処理部）４００は、位置情報信号処理部、信号切替部、内部位置情報生成部等の機能を備えるが、これらの機能は所定の信号処理プログラムにより実現されている。
【００９７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、第１実施形態では、エンコーダ１２０から出力される二相信号（Ａｓｉｎθ、Ａｃｏｓθ）をそれぞれ処理する正弦信号処理部４２０と余弦信号処理部４３０とを備え、正弦信号処理部４２０からの出力信号と余弦信号処理部４３０からの出力信号とを切り替えて利用する場合を例にして説明したが、図１１に示すように、位置情報信号処理部４１０としては正弦波信号（Ａｓｉｎθ）を信号処理する正弦信号処理部４２０のみを備え、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）にのみ基づくモータ回転速度（ω１）を出力してもよい。なお、正弦波信号（Ａｓｉｎθ）は、周期的に増減するところ、モータ１１０の回転方向に応じてモータ１１０の位相変化量の符号を変換する符号変換部４４０は必要である。
【００９８】
駆動制御対象は回転子を有するモータ１１０であって、エンコーダ１２０からの二相信号に基づいて速度算出部（信号処理部）４００がモータ１１０の回転速度（回転位相）を算出する場合を例にして説明したが、駆動体としては、回転子を有するモータに限らず、例えば、リニアモータなどであってもよい。特に、リニアモータの制御では、時間遅れが制御性能を大きく左右するところ、本発明の信号処理装置（速度算出部）により迅速に駆動速度を算出して、この算出された駆動速度に基づいて速度制御が行われれば、位相遅れがなく制御を安定させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、モータの駆動速度を算出する速度検出装置、および、モータの駆動制御を行うサーボ機構に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明のサーボ機構に係る第１実施形態のブロック図を示す図。
【図２】前記第１実施形態において、エンコーダから出力される二相信号の例を示す図。
【図３】前記第１実施形態において、速度算出部の構成を示すブロック図。
【図４】前記第１実施形態において、エンコーダから入力される正弦波信号（Ａｓｉｎθ）と内部位置情報生成部で生成される内部位置情報（Ａｓｉｎθｎ）との関係を示す図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る信号処理装置としての速度算出部の構成を示す図。
【図６】第２実施形態において、エンコーダからの二相信号の比に基づいて生成される正接信号（ｔａｎθ）と余接信号（１/ｔａｎθ）との例を示す図。
【図７】第３実施形態において、速度算出部の構成を示すブロック図である。
【図８】第１実施形態の構成において、正弦波信号と余弦波信号とで振幅が５％異なる場合に出力されるモータ回転角速度ωの例を示す図。
【図９】第３実施形態の構成において、正弦波信号と余弦波信号とで振幅が５％異なる場合に出力されるモータ回転角速度ωの例を示す図。
【図１０】第４実施形態の構成を示す図。
【図１１】本発明の変形例を示す図。
【図１２】従来のサーボ機構の構成を示す図。
【図１３】従来のサーボ機構におけるモータの回転速度制御のタイミングチャート。
【符号の説明】
【０１０１】
１…サーボ機構、１１…モータ、１２…エンコーダ、１３…制御部、１４…シリアル通信回線、１００…サーボ機構、１１０…モータ（駆動体）、１２０…エンコーダ（センサ）、３００…制御部、３１０…ＣＰＵ（中央制御部）、４００…速度算出部（信号処理装置）、４１０…位置情報信号処理部、４２０…正弦信号処理部、４２１…第１減算手段（差分算出手段）、４２２…第１ゲイン乗算部、４３０…余弦信号処理部、４３１…第２減算手段（差分算出手段）、４３２…第２ゲイン乗算部、４４０…符号変換部、４４１…第１符号変換部、４４２…第２符号変換部、４５０…信号切替部、４５１…判断部、４５２…切替手段、４５２Ａ…第１切替手段、４５２Ｂ…第２切替手段、４５３…正弦側端子、４５４…余弦側端子、４６０…内部位置情報生成部、４６１…積算手段、４６１Ａ…第１積算手段、４６１Ｂ…第２積算手段、４６２…内部位置情報変換部、４６３…第１内部位置情報変換部、４６４…第２内部位置情報変換部、４７０…出力部、４７１…フィルタ、５００…速度算出部（信号処理装置）、５１０…位置情報信号処理部、５２０…第１信号処理部、５２１…第１減算手段、５２２…第１ゲイン乗算手段、５３０…第２信号処理部、５３１…第２減算手段、５３２…第２ゲイン乗算手段、５４０…信号切替部、５４１…判断部、５５０…内部位置情報生成部、５５１…積算手段、５５２…内部位置情報変換部、５５３…第１内部位置情報変換部、５５４…第２内部位置情報変換部、６００…センサ信号変換部、６１０…第１信号変換部、６２０…第２信号変換部、７１０…第１Ａ／Ｄコンバーター、７２０…第２Ａ／Ｄコンバーター。
【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】
2006201148.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006201148.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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