(57)【要約】    【課題】  角度センサを有するサーボシステムにおいて、演算器の負荷を軽減でき、低速時の速度演算の誤差を低減でき、速度制御性にも検出精度にも優れたシステムを提供すること。    【解決手段】  モータ速度検出構造１０は、モータ１の回転による角度情報を検知してモータ１の位置制御用として提供するための角度センサ２と、モータ１の回転による角速度情報を検知してモータ１の速度制御用として提供するための角速度センサ３とから構成する。角度センサ２としてはレゾルバ、角速度センサ３としてはジャイロスコープを用いることができる。ジャイロスコープはレゾルバのロータあるいはサーボの軸に取り付ければよい。【選択図】  図１
2011172388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ回転による角度情報を検知して該モータの位置制御用として提供するための角度センサと、該モータ回転による角速度情報を検知して該モータの速度制御用として提供するための角速度センサとからなる、モータ速度検出構造。
【請求項２】
前記角度センサがレゾルバであることを特徴とする、請求項１に記載のモータ速度検出構造。
【請求項３】
前記角速度センサはジャイロスコープを用いたものであることを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ速度検出構造。
【請求項４】
前記角度センサがレゾルバであり、前記角速度センサがジャイロスコープを用いたものであり、前記モータがＡＣサーボモータであることを特徴とする、請求項１に記載のモータ速度検出構造。
【請求項５】
前記角速度センサは、前記レゾルバのロータ部またはサーボの軸に組み込まれていることを特徴とする、請求項４に記載のモータ速度検出構造。
【請求項６】
モータ回転による角度情報を検知して該モータの位置制御用として提供するための角度センサであって、該角度センサのロータ部またはサーボの軸に、該モータ回転による角速度情報を検知して該モータの速度制御用として提供するための角速度センサが組み込まれていることを特徴とする、角速度センサ付き角度センサ。
【請求項７】
サーボモータと、該サーボモータに設けられたセンサ部と、該センサ部からの検知情報および制御指令に基づき該サーボモータを制御するサーボドライバとからなるサーボシステムであって、該センサ部は、角度情報を検知して該モータの位置制御用として提供する角度センサのロータ部またはサーボの軸に、該サーボモータ回転による角速度情報を検知するための角速度センサが組み込まれてなる角速度センサ付き角度センサであることを特徴とする、サーボシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ速度検出構造、角速度センサ付き角度センサおよびサーボシステムに係り、特に角度センサを有するサーボシステムにおいて、搭載システムの設定最適化ならびに劣化検出、およびサーボの演算容易化を可能とする、モータ速度検出構造、角速度センサ付き角度センサおよびサーボシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のＡ／Ｃサーボシステムの構成を示すブロック図である。図示するように従来のサーボシステムにおいては、モータ４１の動きをすべて角度センサ４２からのみ受取り、得られた角度情報に基づいて位置および速度の双方を演算していた。つまり、角度情報は速度演算部とカウンタの双方に送られ、前者においては、速度指令部からの速度指令に基づき、速度ループ部および電流アンプを介してモータ４１に対する速度制御がなされる。また後者においては、位置指令部からの位置指令に基づき、カウンタおよび位置ループ部を介してモータ４１に対する位置制御がなされる。
【０００３】
また図５は、角度センサとしてレゾルバを用いた場合の従来のＡ／Ｃサーボシステムの構成を示すブロック図である。ここでの信号（角度情報）処理の流れは基本的に図４に示すものと同じだが、角度センサとしてレゾルバ５２を用いた場合は、Ｒ／Ｄ変換器によって角度信号がデジタル信号化されて、以後の処理に供される点のみが異なる。
【０００４】
なお、サーボシステムに関してはこれまで多くの技術的提案がなされいる。たとえば、回路を簡潔にすることで動作クロックを容易に高め、全体としての電力消費低減かのうなサーボ制御用演算処理装置として、命令メモリ、プログラムカウンタ、インクリメンタ、セレクタ、ステータスレジスタ、条件設定レジスタ、比較器、論理積回路、命令デコーダ、条件判定回路、データパス部、レジスタ、演算器、セレクタを備えた演算装置などもその一つである（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８４１４０号公報「サーボ制御用演算処理装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、図４等で説明した従来のＡ／Ｃサーボシステムには、次のような問題点があった。
（ア）モータの速度を検出する際、位置の微分演算が必要となり、演算器の負荷が大きくなる。
（イ）現状のＡ／Ｃサーボモータなどは、低速時は情報量が少ないために速度演算に誤差が生じやすく、制御性が悪化する。そのため、速度変動が増大する。
（ウ）振動の検出は演算器の負荷が大きく、検出精度も悪い。
かかる各問題点は、上記特許文献１開示技術も含め、従来のサーボシステム全般に該当することである。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点を除き、特に角度センサを有するサーボシステムにおいて、演算器の負荷を軽減でき、低速時の速度演算の誤差を低減でき、速度制御性にも検出精度にも優れたシステムを提供することである。すなわち、搭載システムの設定最適化ならびに劣化検出、およびサーボの演算容易化を実現できるモータ速度検出構造、角速度センサ付き角度センサおよびサーボシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は上記課題について検討した結果、レゾルバ回転軸にジャイロシステムを搭載することにより課題を解決できることに想到し、本発明に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
（１）  モータ回転による角度情報を検知して該モータの位置制御用として提供するための角度センサと、該モータ回転による角速度情報を検知して該モータの速度制御用として提供するための角速度センサとからなる、モータ速度検出構造。
（２）  前記角度センサがレゾルバであることを特徴とする、（１）に記載のモータ速度検出構造。
（３）  前記角速度センサはジャイロスコープを用いたものであることを特徴とする、（１）または（２）に記載のモータ速度検出構造。
（４）  前記角度センサがレゾルバであり、前記角速度センサがジャイロスコープを用いたものであり、前記モータがＡＣサーボモータであることを特徴とする、（１）に記載のモータ速度検出構造。
【０００９】
（５）  前記角速度センサは、前記レゾルバのロータ部またはサーボの軸に組み込まれていることを特徴とする、（４）に記載のモータ速度検出構造。
（６）  モータ回転による角度情報を検知して該モータの位置制御用として提供するための角度センサであって、該角度センサのロータ部またはサーボの軸に、該モータ回転による角速度情報を検知して該モータの速度制御用として提供するための角速度センサが組み込まれていることを特徴とする、角速度センサ付き角度センサ。
（７）  サーボモータと、該サーボモータに設けられたセンサ部と、該センサ部からの検知情報および制御指令に基づき該サーボモータを制御するサーボドライバとからなるサーボシステムであって、該センサ部は、角度情報を検知して該モータの位置制御用として提供する角度センサのロータ部またはサーボの軸に、該サーボモータ回転による角速度情報を検知するための角速度センサが組み込まれてなる角速度センサ付き角度センサであることを特徴とする、サーボシステム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のモータ速度検出構造、角速度センサ付き角度センサおよびサーボシステムは上述のように構成されるため、これによれば角度センサを有するサーボシステムにおいて、搭載システムの設定最適化ならびに劣化検出、およびサーボの演算容易化を実現することができる。
【００１１】
すなわち本発明によれば、モータの速度を検出する際に位置の微分演算をすることは不要となり、したがって演算器の負荷を軽減することができる。また、Ａ／Ｃサーボモータが低速時であっても、速度演算に誤差が生じにくくなり、低速時の制御性を向上させることができる。したがって、速度変動の増大を有効に防止することができる。さらに振動の検出においても演算器の負荷が増大することはないため、速度検出精度を向上させることができる。
【００１２】
なお本願出願人はかつて、空間安定台の姿勢制御方式の中にジャイロを使用し、そのジャイロの速度ループを主速度ループに帰還するという技術を提案した（特開２００１−１４２５３８号公報「空間安定台の姿勢制御方法」）。本願発明はジャイロを使用するという点で当該発明と構成が共通する点はあるが、角度センサ（レゾルバ）のロータ部もしくはサーボの軸にジャイロを組み込めるという構成が異なるなど、課題・構成・作用効果全般に亘り異なる発明である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るモータ速度検出構造の構成を示すブロック図である。
【図１−２】本発明に係るサーボシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明実施例に係る角速度センサ付き角度センサの構成を示す回路図である。
【図３】図２に示すセンサを用いた本発明実施例Ａ／Ｃサーボシステムの構成を示すブロック図である。
【図４】従来のＡ／Ｃサーボシステムの構成を示すブロック図である。
【図５】レゾルバを用いた場合の従来のＡ／Ｃサーボシステムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るモータ速度検出構造の構成を示すブロック図である。図示するように本モータ速度検出構造１０は、モータ１の回転による角度情報を検知してモータ１の位置制御用として提供するための角度センサ２と、モータ１の回転による角速度情報を検知してモータ１の速度制御用として提供するための角速度センサ３とからなることを、主たる構成とする。
【００１５】
かかる構成によりモータ速度検出構造１０においては、モータ１の回転による角度情報が角度センサ２によって検知され、これがモータ１の位置制御用としてサーボドライバ側に提供されて処理され、一方、モータ１の回転による角速度情報が角速度センサ３によって検知され、これがモータ１の速度制御用としてサーボドライバ側に提供されて処理される。その結果、従来のような角度情報に基づいて速度演算処理を施す機能が不要となり、角度情報に基づいて位置制御、速度制御を、角速度情報に基づいて速度制御を、それぞれ行うことができる。
【００１６】
つまり、モータ１から角度センサ２により検知された角度情報は、従来のような速度演算処理がなされる必要がなく、サーボドライバ側のカウンタのみに送られるものとすることが可能である。カウンタに供された角度情報と位置指令部からの位置指令に基づき、カウンタおよび位置ループ部、さらに電流アンプを介してモータ１に対する位置制御がなされる。
【００１７】
一方、モータ１から角速度センサ３により検知された角速度情報は、従来のような速度演算処理がなされる必要はもちろんなくそのままサーボドライバ側に送られる。そしてこれと速度指令部からの速度指令に基づき、速度ループ部および電流アンプを介してモータ１に対する速度制御がなされる。
【００１８】
すなわち本モータ速度検出構造１０は、角度検出器に角速度検出器を組み合わせた構成、つまり角速度センサ付き角度センサという構成により、角度情報に加えて角速度情報を得ることができるセンサが構成されることとなり、モータ１の速度制御および位置制御における演算負荷低減および速度検出精度向上等が実現される。
【００１９】
なお本発明において、角度センサ２にはレゾルバが、角速度センサ３にはジャイロスコープが、またモータ１としてはＡＣサーボモータがそれぞれ含まれる。もちろんそれ以外の角度センサ、角速度センサ、モータであっても本発明の範囲から除外されないが、特にＡＣサーボモータのサーボシステムに本発明を適用す場合、角度センサ２としてレゾルバ、角速度センサ３としてジャイロスコープの利用は、サーボシステムとしての高い性能を得られる組合せとして望ましい。
【００２０】
また、角度センサ２としてレゾルバを用いる場合、角速度センサ３はレゾルバのロータ部またはサーボの軸に組み込まれた位置構成とすればよい。
【００２１】
図１−２は、本発明に係るサーボシステムの構成を示すブロック図である。図示するように本発明サーボシステム３００は、サーボモータ２１と、サーボモータ２１に設けられたセンサ部２１０と、センサ部２１０からの検知情報および制御指令に基づきサーボモータ２１を制御するサーボドライバ５０とからなる。
【００２２】
そしてセンサ部２１０は、サーボモータ２１の回転による角度情報を検知してサーボモータ２１の位置制御用として提供する角度センサ２２を備え、さらにそのロータ部またはサーボの軸に、サーボモータ２１の回転による角速度情報を検知するための角速度センサ２３が組み込まれている。つまりセンサ部２１は角速度センサ付き角度センサである。本発明サーボシステム３００は、以上を主たる構成とするものである。
【００２３】
かかる構成により本サーボシステム３００では、そのセンサ部２１０（角速度センサ付き角度センサ）において、これを構成する角速度センサ２３によってサーボモータ２１の回転による角速度情報が検知され、これがサーボモータ２１の速度制御用としてサーボドライバ５０に提供されて処理される。一方、同じくセンサ部２１０を構成する角度センサ２２によってサーボモータ２１の回転による角度情報が検知される、これがサーボモータ２１の位置制御用としてサーボドライバ５０に提供されて処理される。その結果、従来のような角度情報に基づいて速度演算処理を施す機能が不要となり、角度情報に基づいて位置制御を、角速度情報に基づいて速度制御を、それぞれ行うことができる。
【００２４】
つまり、モータ２１から角度センサ２２により検知された角度情報は、従来のような速度演算処理がなされる必要がなく、サーボドライバ５０のカウンタ５６のみに送られるものとすることが可能である。カウンタ５６に供された角度情報と位置指令部５７からの位置指令に基づき、カウンタ５６および位置ループ部５５、さらに電流アンプ５１を介してモータ２１に対する位置制御がなされる。
【００２５】
一方、モータ２１から角速度センサ２３により検知された角速度情報は、従来のような速度演算処理がなされる必要はもちろんなくそのままサーボドライバ５０に送られる。そしてこれと速度指令部５８からの速度指令に基づき、速度ループ部５４および電流アンプ５１を介してモータ２１に対する速度制御がなされる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
＜実施例  Ａ／Ｃサーボシステム＞
図２は、本発明実施例に係る角速度センサ付き角度センサの構成を示す回路図である。また、
図３は、図２に示すセンサを用いた本発明実施例Ａ／Ｃサーボシステムの構成を示すブロック図である。図２に示すように本実施例では、角度センサとしてレゾルバを用い、これに角速度センサとしてジャイロスコープを複合させた。
【００２７】
励磁側電圧（Ｒ１、Ｒ２）の給電により、レゾルバの励磁およびジャイロスコープの給電が行われ、ジャイロスコープ（図では、回転慣性検出器／ジャイロセンサ）により検出されたロータ回転に基づく情報はＶ−ｆ変換回路を経て、出力側において角速度として出力（Ｇ１、Ｇ２）される。一方、レゾルバの出力側においては角度出力（Ｓ１、Ｓ２など）がなされる。
【００２８】
このように、レゾルバ３２２にジャイロスコープ３２３を複合させたセンサをＡ／Ｃサーボモータ３２１に搭載し、これにサーボドライバ３５０を組み合わせることによって、図３に示すサーボシステム３３００を構成した。
【００２９】
本サーボシステム３３００では、上記複合させたセンサ（角速度センサ付き角度センサ）において、これを構成するジャイロスコープ３２３によってＡ／Ｃサーボモータ３２１の回転による角速度情報が検知され、これがＡ／Ｃサーボモータ３２１の速度制御用としてサーボドライバ３５０に提供されて処理される。一方、同じく角速度センサ付き角度センサを構成するレゾルバ３２２によってＡ／Ｃサーボモータ３２１の回転による角度情報が検知される、これがＡ／Ｃサーボモータ３２１の位置制御用としてサーボドライバ３５０に提供されて処理される。その結果、角度情報に基づいて速度演算処理を施す機能なしで、角度情報に基づいて位置制御を、角速度情報に基づいて速度制御を、それぞれ行うことができる。
【００３０】
つまり、Ａ／Ｃサーボモータ３２１からレゾルバ３２２により検知された角度情報は、従来のような速度演算処理がなされる必要がなく、サーボドライバ３５０のカウンタ３５６のみに送られ、これと位置指令部３５７からの位置指令に基づいて、カウンタ３５６および位置ループ部３５５、さらに最終的には電流アンプ３５１を介して、Ａ／Ｃサーボモータ３２１に対する位置制御がなされる。
【００３１】
一方、Ａ／Ｃサーボモータ３２１からジャイロスコープ３２３により検知された角速度情報は、従来のような速度演算処理がなされる必要はもちろんなくそのままサーボドライバ３５０に送られ、これと速度指令部３５８からの速度指令に基づいて、速度ループ部３５４および電流アンプ３５１を介して、Ａ／Ｃサーボモータ３２１に対する速度制御がなされる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のモータ速度検出構造、角速度センサ付き角度センサおよびサーボシステムによれば、演算器の負荷軽減、低速時の制御性向上、速度変動の増大防止、さらに速度検出精度向上を実現することができる。つまり、サーボシステムの設定最適化、劣化検出容易化およびサーボの演算容易化が可能となるため、関連する産業分野において利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…モータ速度検出構造
１…モータ
２…角度センサ
３…角速度センサ
３００…サーボシステム
２１…サーボモータ
２１０…センサ部
２２…角度センサ
２３…角速度センサ
５０…サーボドライバ
５１…電流アンプ
５４…速度ループ部
５５…位置ループ部
５６…カウンタ
５７…位置指令部
５８…速度指令部
【００３４】
３３００…サーボシステム
３２１…Ａ／Ｃサーボモータ、  ３２２…レゾルバ、  ３２３…ジャイロスコープ、  ３３０…モータ部、  ３５０…サーボドライバ、  ３５１…電流アンプ、  ３５４…速度ループ部、  ３５５…位置ループ部、  ３５６…カウンタ、  ３５７…位置指令部、  ３５８…速度指令部
４１、５１…モータ、  ４２、５２…角度センサ、  ４３０、５３０…モータ部
【図１】
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【図１−２】
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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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