(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置において、
前記速度検出器は、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度と、により算出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段を有することを特徴とするモータ速度制御装置。
【請求項２】
モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置において、
モータの一定速度運転を行う一定運転手段と、エンコーダ出力パルス信号から求めた速度検出値の回転に同期して変動する変動量と位相角とにより、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度を計算する計算手段と、を有することを特徴とするモータ速度制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のモータ速度制御装置において、
上記速度検出器は、上記計算手段で計算したエンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度により算出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段を有することを特徴とするモータ速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ速度制御装置であり、特に、２相パルス出力及び原点位置を示すパルス出力を持つロータリエンコーダの信号を用いてモータの速度を検出することでモータの速度を制御することが可能なモータ速度制御装置におけるエンコーダの速度検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
速度フィードバックを持つモータ速度制御装置は、従来から知られている。このモータ制御制御装置１は、図１に示すように、速度検出器２と、比較器３と、速度制御器４と、電流アンプ５と、を具備している。そして、制御対象のモータ６のモータ軸又はモータ軸によって駆動させる軸に速度検出センサ７を直接取り付けており、この速度検出センサ７の出力信号は、速度検出器２により速度検出信号に変換され、次に、比較器３で速度検出信号とモータ速度制御装置に与えられた速度指令信号Ｎｒｅｆとの差をとり、その偏差を速度制御器４に与える。速度制御器４は速度の偏差を０とすべく電流アンプ５に電流指令を与え、これにより電流アンプ５はモータ駆動電流を出力する。こうしてモータ６は自動的に速度指令信号にて与えられた速度で回転するようになっている。そして、速度検出センサ７としてはアナログ出力のタコジェネレータなどが用いられることもあるが、速度制御装置のディジタル化に伴い、高精度な速度検出が可能な２相パルス出力のロータリエンコーダを用いることが多くなってきた。
【０００３】
このロータリエンコーダのうち、たとえば光学式ロータリエンコーダの場合、内部に円周上で精密に等間隔に並んだスリットが付いた円板と、この円板を挟んで発光素子と受光素子が配置されており、スリット部分から受光素子に光があたるようになっている。従って円板が回転するとスリットの間隔で受光素子に光があたり、回転角度に同期した周期的信号が受光素子より出力される。この受光素子の出力信号はアナログ信号であるが、オン、オフのデューティが５０％になるように適当な閾値を設けて波形整形し、パルス信号として出力する。一般のロータリエンコーダでは２個の受光素子がスリット間隔の１／４の間隔をもって配置されており、それぞれの出力が波形整形されてパルスとして出力された結果、２つの出力パルスは１／４周期の位相差を持つことになる。なお、エンコーダによっては１／４周期のずれをもった２種類のスリットを設け、回転に対して同じ位置にある２個の受光素子でそれぞれのスリットを通した光を受けて位相差パルスを出力しているものもある。
【０００４】
以上のような２相パルス出力の光学式ロータリエンコーダは、軸の一定速回転に対して図４に示すようなＡ相、Ｂ相のパルスを出力するわけであるが、この信号を用いて回転速度の検出を行う方法について、以下に説明する。まずディジタル方式の速度制御装置では一般に速度制御を一定時間間隔毎に行うようになっており、速度の検出もこの一定時間間隔の制御周期に同期して行われる。この速度検出ではまずエンコーダパルス数が必要となるが、これはＡ相、Ｂ相のエンコーダ信号の立ち上がり、立ち下がりでカウントするようになっている。図４を用いて説明すると、Ｂ相が０の時にＡ相の立ち上がりが発生したところでパルス数０としており、次のＢ相の立ち上がりでパルス数１、その次のＡ相の立ち下がりでパルス数２というように、各パルスのエッジでカウントアップする。また逆に回転した場合はＡ相、Ｂ相のパルスエッジでカウントダウンする。すなわち、一方のパルス信号の変化ともう一方のパルス信号の状態との組み合わせでパルス数をアップ／ダウンするようになっている。本方式によれば実際のエンコーダパルス数の４倍のパルス数となるが、速度検出の分解能を上げる意味から広く用いられている方式である。
【０００５】
図４において、速度検出のサンプリングがＳ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の時点で行われたとすると、各サンプリングにおけるパルス数は、それぞれ０、２、４、７となる。サンプリングの時間間隔は一定であるから、１回のサンプリング間隔におけるパルス数の増加値をサンプリング時間で除算して速度検出値とする方法もあるが、速度検出値の分解能が非常に粗くなるため、通常はパルス数が変化した時間も使って速度を算出するようになっている。すなわち、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のパルスエッジが入力された時間もサンプリングして各時間差分値ｔ１、ｔ２、ｔ３を求め、パルス数の差分値をこの時間差分値で除算すれば正確な速度が求まることになる。図４の例では、パルスの間隔（周期）がきちんと所定の値になっていれば、パルス差分値をそれぞれの時間差分値で除算することにより、いずれのサンプリングにおいても正確な回転速度が得られることになる。
【０００６】
しかし、従来のような速度検出方式は、エンコーダのスリット間隔がいかなる回転角度でも正確に一定の間隔となっていることを前提にしたものであり、そのため、エンコーダのスリットの間隔が不均衡であったり、スリットの円周の中心軸と実際の回転中心軸がずれて取り付けられたような場合には、回転角度によってスリット検出間隔が変動し、速度検出値に誤差を生じてしまう。実際のエンコーダについて見ると、スリットの加工は超微細加工で行われているため、スリット間隔の不均衡が発生することはほとんどない。しかし、エンコーダのスリット円板の回転軸への取り付けは機械的なものであり、スリット中心軸と回転中心軸にずれが生じることはさけられない。
【０００７】
この影響について、図２を用いて以下に説明する。図２はスリット７１を表したものであり、スリット中心軸７２を中心として等間隔で並んでいる。このスリット７１を検出するのはスリット中心軸７２からＲの距離を持った点であり、この円周上ではスリット間隔は当然のことながら一定である。ところが、回転の中心軸がスリット中心軸７２から距離ｒだけずれた点７３にあったとすると、ここからＲの距離を持った円がスリットの検出点となり、これは円７６となる。この円７６上ではスリット間隔は不均一となり、例えばスリット中心７２に対する回中心軸のずれ軸７５の方向でのスリット間隔は正規の間隔に対して（１＋ｒ／Ｒ）倍となってしまう。この誤差は速度検出値にもそのまま現れてきて、このような速度検出値で制御すると、回転に同期したトルクリップルや速度リップルとなり、高性能な速度制御ができなくなる。このような問題に対して、従来は、速度制御ゲインを下げて安定な制御ができるところで使用してきたが、高い速度制御応答を要求されるような用途では、高いエンコーダの取り付け精度を確保する以外になかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題を解決し、より高い応答をもった制御を可能にするようなモータ速度制御装置におけるエンコーダの速度検出装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置において、前記速度検出器は、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度と、により算出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段を有するモータ速度制御装置である。
【００１０】
また、本発明は、モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器と、前記偏差に基づいて電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備するモータ速度制御装置において、モータの一定速度運転を行う一定運転手段と、エンコーダ出力パルス信号から求めた速度検出値の回転に同期して変動する変動量と位相角とにより、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度を計算する計算手段と、を有するモータ速度制御装置である。
【００１１】
そして、本発明は、上記速度検出器は、上記計算手段で計算したエンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度により算出する修正値を用いて回転速度検出値を修正する修正手段を有するモータ速度制御装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の発明の実施の形態を説明する。
以下、本発明のモータ速度制御装置についての実施例を、図１〜図４を用いて説明する。図１は、速度制御装置の全体の制御ブロックの説明図である。図２は、エンコーダ回転軸のずれがパルス検出に及ぼす影響の説明図である。図３は、実施例のモータ速度制御装置の速度検出装置の一例の説明図である。図４は、エンコーダパルスと速度検出方法の説明図である。
【００１３】
実施例１を説明する。本実施例のモータ速度制御装置１は、図１に示すように、速度検出器２と、比較器３と、速度制御器４と、電流アンプ５と、を具備している。速度検出器２は、従来例とは相違するため、後述する。比較器３、速度制御器４、電流アンプ５は、従来例と同様である。比較器３は、速度検出器２からの回転速度検出値と入力された速度指令値とを比較して偏差を算出する。速度制御器４は、比較器３からの偏差を０とするよう電流指令を出力する。電流アンプ５は、速度制御器４からの電流指令によりモータ駆動電流を出力する。このモータ駆動電流により、モータ６は、入力された速度指令値の回転速度で回転することとなる。
【００１４】
本実施例のモータ速度制御装置１における速度検出器２について、説明する。速度検出器２は、モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロータリエンコーダ７からの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める。本実施例の速度検出器２は、得られた回転速度検出値を暫定値とし、この暫定値を修正する。即ち、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度と、により算出する修正値を用いて暫定回転速度検出値を修正する修正手段を有している。エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度は、あらかじめ設定されている。設定値の求める方法としては、機械的な測定で求めることができるが、実施例２で説明する方法でも求めることができる。
【００１５】
修正量の算出について、図２を用いて具体的に説明する。図２には、エンコーダのスリット７１及びその中心軸７２、実際の回転中心軸７３を示している。スリット中心軸７２と実際の回転中心軸７３との距離（軸ずれの誤差距離）をｒとする。エンコーダの回転の原点としては通常一回転に１パルス出力されるＺ相信号を用いるが、このＺ相が存在する軸をエンコーダ原点軸７４とする。このエンコーダ原点軸７４に対して、スリット中心軸７２から回転中心軸７３を通過するずれ軸７５をとり、これの原点軸７４に対する角度（軸ずれ方向の角度）をδとする。このようなエンコーダでスリットの検出点が通過する円周７６は、回転中心軸７３から距離Ｒ離れており、この円周上で原点軸から角度θの速度検出点７７について説明する。この検出点７７ではスリットの幅Ｌ（θ）は、正規のスリット幅をＬｏとして、つぎの式で表される幅となる。
Ｌ（θ）＝Ｌｏ・（１＋ｒ／Ｒ・ｃｏｓ（θ−δ））
このため、速度検出値Ｎｄ（θ）は、角度θの値により軸ずれの影響が異なり、実際の回転速度Ｎｏに対して
0003860324.tif 000002
となる。したがって、速度検出値の補正には、速度検出値Ｎｄ（θ）に対して、以下のようなΔＮ（θ）を加えて修正することが必要になる。
ΔＮ（θ）＝Ｎｄ（θ）・ｒ／Ｒ・ｃｏｓ（θ−δ）
【００１６】
この修正手段を有する速度検出器２の回路の一例について、図３を用いて説明する。まずエンコーダ７からのＡ相、Ｂ相のパルス信号はパルス加工部２１に入る。このパルス加工部２１ではパルス数をカウントするためのＵＰ信号、ＤＯＷＮ信号、パルスの変化点を示すパルスエッジ信号を出力する。このうち、パルスエッジ信号により時間カウンタ２２の値をラッチ２３でラッチする。また、ＵＰ信号、ＤＯＷＮ信号はパルスカウンタ２４でカウントされ、現在角度データとなる。ラッチ２３の時間ラッチデータおよびパルスカウンタ２４のパルスカウントデータは、それぞれ差分演算する演算器２５ａ、２５ｂに入り、ここでサンプリングクロックφs毎の差分データΔＴとΔＰになって出力される。そして除算演算する演算器２５ｃでΔＰ／ΔＴが演算されて暫定速度検出値Ｎｄ（θ）が得られる。しかし、この暫定速度検出値Ｎｄ（θ）は、前述したような回転軸ずれによる誤差を含むものであり、以下、その補正について説明する。まずθ−δであるが、これはパルスカウンタ２４をエンコーダ７の原点信号であるＺ相信号が入力される毎に、メモリ２６ａにあらかじめ設定されている軸ずれ方向角−δで初期化してやることにより作ることができる。このθ−δのデータはｃｏｓ関数演算器２５ｄでｃｏｓ（θ−δ）となる。ここでｃｏｓ関数演算器２５ｄはデータテーブルを用いてもよいし、既知の演算方法を用いてもよい。次に、この結果は、乗算演算する演算器２５ｅで速度検出値Ｎｄ（θ）とあらかじめ設定されているメモリ２６ｂの軸ずれ率ｒ／Ｒと乗算される。こうして、速度補正値ΔＮ（θ）を作り、最後に加算演算する演算器２５ｆで速度検出値Ｎｄ（θ）との和をとって、補正後の速度検出値Ｎｄｅｔができる。この例では、ｃｏｓ関数演算器２５ｄ、乗算演算器２５ｅ、加算演算器２５ｆ、メモリ２６ａ、２６ｂが回転速度検出値を修正する修正手段である。
【００１７】
このように、本実施例によれば、エンコーダ中心とエンコーダ回転中心とのずれの誤差距離と、エンコーダ原点軸に対するずれ方向の角度と、を用いることにより、軸のずれを考慮して修正した正確な回転速度検出値を得ることができるため、軸への取付けにずれが生じていても、モータの回転速度を正確に速度指令値とするモータ速度制御装置とすることができる。
【００１８】
実施例２を説明する。本実施例２のモータ速度制御装置は、モータ軸又はモータ軸によって駆動される軸に取り付けられ、かつ、２相パルスを出力するロータリエンコーダからの出力パルス数及びパルス検出時間から回転速度検出値を求める速度検出器と、前記回転速度検出値と速度指令値とを比較して偏差を算出する比較器３、前記偏差を０とするよう電流指令を出力する速度制御器と、電流指令によりモータ駆動電流を出力する電流アンプと、を具備し、更に、モータの一定速度運転を行う一定運転手段と、エンコーダ出力パルス信号から求めた速度検出値の回転に同期して変動する変動量と位相角とにより、エンコーダ中心軸とエンコーダ回転中心軸とのずれの誤差距離及びエンコーダ原点軸に対する軸ずれ方向の角度を計算する計算手段と、を有している。
【００１９】
このモータ速度制御装置を使用すると、実施例１において必要な、軸ずれの誤差距離ｒ及び軸ずれ方向の角度δを算出することができる。すなわち、本実施例のモータ速度制御装置によって、モータを一定速度Ｎｏで回転させて、回転速度検出値Ｎｄ（θ）を得、そして、得られた回転速度検出値Ｎｄ（θ）とｓｉｎθと又はｃｏｓθとで、相関をとることで実現できる。まず、
Ｎｄ（θ）＝Ｎｏ・（１−ｒ／Ｒ・ｃｏｓ（θ−δ））
であるから、ｓｉｎθと相関をとると、
【数１】
0003860324.tif 000003
同様に、ｃｏｓθと相関をとると、
【数２】
0003860324.tif 000004
となる。ここで求めたＳとＣとにより、ｒ／Ｒとδが計算でき、軸ずれの誤差距離ｒと軸ずれ方向の角度δとを求めることができる。なお、積分処理は、十分に短い時間でＮｄ（θ）をサンプリングすることで容易に実行可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、エンコーダ回転軸ずれの影響を受けた速度検出値を補正して正しい速度を検出することができるようになり、その結果として、高い速度制御応答を持ったモータの速度制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】速度制御装置の全体の制御ブロックの説明図。
【図２】エンコーダ回転軸のずれがパルス検出に及ぼす影響の説明図。
【図３】実施例のモータ速度制御装置の速度検出装置の一例の説明図。
【図４】エンコーダパルスと速度検出方法の説明図。
【符号の説明】
１  速度制御装置
２  速度検出器
２１  パルス加工部
２２  時間カウンタ
２３  時間データラッチ
２４  パルスカウンタ
２５ａ  時間カウンタ差分器
２５ｂ  パルス入力カウンタ差分器
２５ｃ  除算器
２５ｄ  ｃｏｓ演算器
２５ｅ  乗算器
２５ｆ  加算器
２６ａ  回転軸ずれ方向角度
２６ｂ  回転軸ずれ率
３  速度差分の減算器
４  速度制御器
５  電流アンプ
６  モータ
７  速度センサ
７１  スリット
７２  エンコーダスリット中心軸
７３  エンコーダ回転中心軸
７４  エンコーダ原点軸
７５  エンコーダ回転中心ずれ軸
７６  スリット検出線
７７  スリット検出点
【図１】
0003860324.tif 000005
【図２】
0003860324.tif 000006
【図３】
0003860324.tif 000007
【図４】
0003860324.tif 000008