(57)【要約】【課題】  位置信号がアナログ信号の場合はダイナミックレンジが大きくノイズに強い速度信号を得ることができるとともに、位置信号がディジタル信号の場合はむだ時間の発生をなくした（時間遅れが小さい）速度信号を得ることができる速度演算器とそれを備えたモータ制御装置を提供する。【解決手段】  検出位置信号２と積分器５の出力信号とを減算する減算器３と、前記減算器３の出力信号を増幅する増幅器４と、前記増幅器４の出力信号を積分する前記積分器５と、を有する速度演算器１を備え、前記増幅器４の出力信号を速度信号６としモータ２００を制御する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出器の出力である検出位置信号に基づいて、速度信号を演算する速度演算器において、
前記検出位置信号と積分器の出力信号とを減算する減算器と、
前記減算器の出力信号を積分する前記積分器と、を備え、
前記減算器の出力信号を前記速度信号とし、前記検出位置信号との位相差が９０度になるようにしたことを特徴とする速度演算器。
【請求項２】
前記減算器と前記積分器との間に、前記減算器の出力信号を増幅する増幅器を備え、
前記積分器が、前記減算器の出力信号を積分する代わりに、前記増幅器の出力信号を積分し、
前記増幅器の出力信号を前記速度信号とすることを特徴とする請求項１記載の速度演算器。
【請求項３】
前記検出位置信号が正弦波状であって、かつ、アナログ信号またはディジタル信号であることを特徴とする請求項１記載の速度演算器。
【請求項４】
前記積分器が、積分時定数を有することを特徴とする請求項１記載の速度演算器。
【請求項５】
モータへの給電を制御するモータ制御装置であって、請求項１乃至４に記載の速度演算器を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
位置検出器の出力である検出位置信号に基づいて、速度信号を演算する速度演算方法において、
前記検出位置信号と積分処理結果の信号とを減算する減算処理をし、
前記減算処理結果の信号を積分する前記積分処理をし、
前記減算処理結果の信号を前記速度信号とすることを特徴とする速度演算方法。
【請求項７】
前記減算処理と前記積分処理との間に、前記減算処理結果の信号を増幅する増幅処理をし、
前記積分処理が、前記減算処理結果の信号を積分する代わりに、前記増幅処理結果の信号を積分し、
前記増幅処理結果の信号を前記速度信号とすることを特徴とする請求項６記載の速度演算方法。
【請求項８】
前記減算処理が、正弦波状であって、かつ、アナログ信号またはディジタル信号である前記検出位置信号を用いることを特徴とする請求項６記載の速度演算方法。
【請求項９】
モータへの給電を制御するモータ制御装置であって、請求項６乃至８に記載の速度演算方法を実施することを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンコーダまたはリニアスケール等のアナログまたはディジタルの位置検出器の検出位置信号に基づいて、速度信号を算出し出力する速度演算器とそれを備えたモータ制御装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来の第１の速度演算器は、検出位置信号がアナログ位置信号の場合、そのアナログ位置信号を近似微分回路に通すことにより速度信号を得ている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の第２の速度演算器は、検出位置信号がディジタル位置信号の場合、ディジタル位置信号の差分値を時間間隔で除することにより得ている（例えば、特許文献２参照）。
また、従来の速度演算器を備えたモータ制御装置は、検出位置信号がディジタル位置信号の場合、ディジタル位置信号の差分値を時間間隔で除することにより得ている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
図７は従来のアナログ位置信号処理をするアナログ近似微分回路である。図において、近似微分回路１００は、アナログ位置信号ｐを入力し速度信号ｖを出力するものである。ここで、Ｔは時定数、ｓはラプラス演算子である。
図８は従来のディジタル位置信号処理をするディジタル差分演算器である。図において、差分演算器２００は、ディジタル位置信号ｐ（ｉ）を入力し速度信号ｖ（ｉ）を出力するものである。ここで、Ｔｓは差分演算の時間間隔、ｚはＺ変換子、（１−ｚ−１）は現在値から一つ前のサンプル時刻での位置差分値の演算を意味する。
このように、従来の速度演算器は、近似微分回路や差分演算器を用いて速度信号を得るのである。
【特許文献１】特開２００３−３４６４４１号公報（第５−７頁、図３）
【特許文献２】特開平５−１５７７５１（第２−３頁、図１）
【特許文献３】特開２０００５−１１０３４４（第５−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の第１の速度演算器は、近似微分回路を用いていたので、大きな出力の速度信号が得られないという問題があった。また、アナログ位置信号にノイズが含まれている場合は近似微分回路でノイズが増幅されるという問題もあった。
また、従来の第２の速度演算器は、低速時に速度信号の波高値が大きくなるとともに、差分時間間隔の約１/２のむだ時間が発生するという問題もあった。
また、従来の第１または第２の速度演算器を備えたモータ制御装置は、前述のような問題点をもつ速度信号を用いてモータを制御するため、高応答・高精度・安定かつバラツキが少ないモータ制御を実現することができないという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、位置信号がアナログ信号の場合はダイナミックレンジが大きくノイズに強い速度信号を得ることができるとともに、位置信号がディジタル信号の場合はむだ時間の発生をなくした（時間遅れが小さい）速度信号を得ることができる速度演算器とそれを備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、位置検出器の出力である検出位置信号に基づいて、速度信号を演算する速度演算器において、前記検出位置信号と積分器の出力信号とを減算する減算器と、前記減算器の出力信号を積分する前記積分器と、を備え、前記減算器の出力信号を前記速度信号とし、前記検出位置信号との位相差が９０度になるようにしたものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記減算器と前記積分器との間に、前記減算器の出力信号を増幅する増幅器を備え、前記積分器が、前記減算器の出力信号を積分する代わりに、前記増幅器の出力信号を積分し、前記増幅器の出力信号を前記速度信号とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記検出位置信号が正弦波状であって、かつ、アナログ信号またはディジタル信号であるものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記積分器が、積分時定数を有するものである。
また、請求項５に記載の発明は、モータへの給電を制御するモータ制御装置であって、請求項１乃至４に記載の速度演算器を備えるものである。
請求項６に記載の発明は、位置検出器の出力である検出位置信号に基づいて、速度信号を演算する速度演算方法において、前記検出位置信号と積分処理結果の信号とを減算する減算処理をし、前記減算処理結果の信号を積分する前記積分処理をし、前記減算処理結果の信号を前記速度信号とするのである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６記載の発明における前記減算処理と前記積分処理との間に、前記減算処理結果の信号を増幅する増幅処理をし、前記積分処理が、前記減算処理結果の信号を積分する代わりに、前記増幅処理結果の信号を積分し、前記増幅処理結果の信号を前記速度信号とするのである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項６記載の発明における前記減算処理が、正弦波状であって、かつ、アナログ信号またはディジタル信号である前記検出位置信号を用いるのである。
また、請求項９に記載の発明は、モータへの給電を制御するモータ制御装置であって、請求項６乃至８に記載の速度演算方法を実施するのである。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１または３に記載の発明によると、位置信号がアナログ信号の場合はダイナミックレンジが大きくノイズに強い速度信号を得ることができるとともに、位置信号がディジタル信号の場合はむだ時間の発生をなくした（時間遅れが小さい）速度信号を得ることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、ゲインＫをもった増幅器を備えることにより、正弦波位置信号に対する速度信号の微調整が可能となり、速度信号の追従性を高めることができ、更に、速度演算器としての汎用性を高めることができる。
また、請求項４に記載の発明によると、積分器が積分時定数をもつことにより、正弦波位置信号に対する速度信号の微調整が可能となり、更に、速度演算器としての汎用性を高めることができる。
また、請求項５または９に記載の発明によると、高応答・高精度・安定かつバラツキが少ないモータ制御を実現することができる。
請求項６乃至８に記載の発明によると、位置信号がアナログ信号の場合はダイナミックレンジが大きくノイズに強い速度信号を得ることができるとともに、位置信号がディジタル信号の場合はむだ時間の発生をなくした（時間遅れが小さい）速度信号を得ることができる。また、ゲインＫをもった増幅処理をすることにより、正弦波位置信号に対する速度信号の微調整が可能となり、速度信号の追従性を高めることができ、更に、速度演算方法としての汎用性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明の速度演算器の構成を示すブロック図である。図において、１は速度演算器、２は正弦波位置信号、３は減算器、４は増幅器、５は積分器、６は速度信号である。速度演算器１は、エンコーダまたはリニアスケール等のアナログまたはディジタルの位置検出器の検出位置信号である正弦波位置信号２を入力し速度信号６を出力するのである。ここでは、正弦波位置信号２がアナログ信号の場合について説明する。
正弦波位置信号２から積分器５の出力信号を減算器３で減算してゲインＫの増幅器４に入力し、増幅器４の出力信号は積分器５へ入力されると同時に、速度信号６として出力される。増幅器４におけるゲインＫが大きいほど、追従速度が増大するとともに、速度信号の振幅が大きくなる。なお、ゲインＫ＝１、すなわち、増幅器４を備えない場合においても、ある程度追従速度維持した制御ができるため、ゲインＫ＝１として調整の簡略化を図ってもよい。
【０００９】
図２は、速度演算器１におけるシミュレーションブロック図である。図において、図１と同符号が付されている構成は図１の構成と同じものである。また、１０は正弦波位置信号２と速度信号６との時間応答を計測する計測器１、１１は正弦波位置信号２と速度信号６とのＸＹ図を計測する計測器２である。
図３は、正弦波位置信号２と速度信号６との時間応答シミュレーション結果である。図において、上段が正弦波位置信号２、下段が速度信号６であり、正弦波位置信号２との位相差が９０度である理想的な速度信号６が得られることが分かる。
図４は、正弦波位置信号２と速度信号６とのＸＹ図シミュレーション結果である。図において、Ｘ軸が正弦波位置信号２、Ｙ軸が速度信号６であり、初期状態であるＸＹ座標（０，０）から過渡応答を経た後、楕円波形になっている。この楕円波形は、正弦波位置信号２の２サイクル分の表示であり、二回りして完全に重なっており、再現性がよいことを表している。また、正弦波位置信号２と速度信号６のＸＹ図形が楕円であることは、位相差が９０度であることを示しており、 速度信号６が正弦波位置信号２の微分になっていることが分かる。  
【００１０】
なお、正弦波位置信号２がディジタル信号である場合は、図１における符号を参照すると、正弦波位置信号２であるディジタル信号をＰ（ｉ）、積分器５の出力である積算演算信号をＳ（ｉ）、速度信号６をＶ（ｉ）、増幅器４における比例ゲインをＫ、減算器３の出力をＤ（ｉ）とするとき、式（１）乃至式（３）の演算を行なえばよい。ただし、iはサンプリング時刻を表す。
Ｄ（ｉ）＝Ｐ（ｉ）−Ｓ（ｉ−１）          ・・・  （１）
Ｖ（ｉ）＝Ｋ×Ｄ（ｉ）                    ・・・  （２）
Ｓ（ｉ）＝Ｓ（ｉ−１）＋Ｖ（ｉ）          ・・・  （３）
これらの演算により正弦波位置信号２がアナログ信号の場合と同じ作用が、ディジタル演算で得ることができる。
【００１１】
また、図５は、本発明の他の速度演算器の構成を示すブロック図である。図１における積分器５の代わりに、積分時定数Ｔｉをもつ積分器７を備えた点が図1の構成と異なる部分である。積分時定数Ｔｉをもつ積分器７を備えることにより、正弦波位置信号２に対する速度信号６の微調整が可能となり、速度演算器としての汎用性を高めることができる。
また、正弦波位置信号２がディジタル信号である場合は、式（３）の代わりに式（４）の演算を行なえばよい。
Ｓ（ｉ）＝Ｓ（ｉ−１）＋Ｔｉ×Ｖ（ｉ）    ・・・  （４）
【００１２】
図６は、本発明の速度演算器を備えたモータ制御装置のブロック図である。図において、１００はモータ制御装置、２００は電動機（モータ）、３００はエンコーダ等の位置検出器、１０１は位置または速度制御部、１０２は電流制御部、１０３はインバータ部、１０４は検出位置信号処理部である。また、図１と同符号が付されている構成は図１の構成と同じものである。
本発明の速度演算器１を備えることにより、正弦波位置信号２に基づいて、位置信号がアナログ信号の場合はダイナミックレンジが大きくノイズに強い速度信号を得ることができるとともに、位置信号がディジタル信号の場合はむだ時間の発生をなくした（時間遅れが小さい）速度信号を得ることができ、この速度信号を速度フィードバックとして用いるモータ制御装置では、高応答・高精度・安定かつバラツキが少ないモータ制御を実現することができる。
なお、位置指令または速度指令を入力し、その指令と位置信号または速度信号６に応じて電動機２を駆動する構成は、周知技術で得られる構成であるため詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の速度演算器の構成を示すブロック図
【図２】本発明の速度演算器１におけるシミュレーションブロック図
【図３】本発明における正弦波位置信号２と速度信号６との時間応答シミュレーション結果
【図４】本発明における正弦波位置信号２と速度信号６とのＸＹ図シミュレーション結果
【図５】本発明の他の速度演算器の構成を示すブロック図
【図６】本発明の速度演算器を備えたモータ制御装置のブロック図
【図７】従来のアナログ信号処理をする近似微分回路
【図８】従来のディジタル信号処理をする差分演算器
【符号の説明】
【００１４】
１  速度演算器
２  正弦波位置信号
３  減算器
４  増幅器
５、７  積分器
６  速度信号
１０  計測器１
１１  計測器２
１００  モータ制御装置
１０１  位置または速度制御部
１０２  電流制御部
１０３  インバータ部
１０４  検出位置信号処理部
２００  モータ
３００  位置検出器
５００  アナログ近似微分回路
６００  ディジタル差分演算器
【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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