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発明の名称 アブソリュートエンコーダ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−17385(P2007−17385A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−201509(P2005−201509)
出願日 平成17年7月11日(2005.7.11)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 増田 隆宏 / 岸部 太郎 / 田澤 徹
要約 課題
精度の高い異常検出するだけでなく異常値の補正も行うことで、位置データの高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを提供する。

解決手段
サーボアンプ18と通信するアブソリュートエンコーダにおいて、位置データ13aの異常を判定する異常検出部30と、位置データ13aの異常値を補正する位置データ補正部31とを備え、異常検出部30が、位置データ13aから演算される加速度データ22aと、最大トルクとロータイナーシャ14bから演算される最大加速度23aとを比較し、加速度データ22aが最大加速度23aより大きくなった時の位置データ13aを異常値と判定したとき、位置データ補正部31は、サーボアンプ18から受信したトルク指令及びイナーシャ情報19aと最大トルク及びロータイナーシャ14bをもとに演算した推定位置データ27aを補正値として出力する。
特許請求の範囲
【請求項1】
サーボアンプと通信するアブソリュートエンコーダにおいて、位置データの異常を判定する異常検出部と、前記位置データの異常値を補正する位置データ補正部とを備え、前記異常検出部が、前記位置データから演算される加速度データと、最大トルクとロータイナーシャから演算される最大加速度とを比較し、前記加速度データが前記最大加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定したとき、前記位置データ補正部は、前記サーボアンプから受信したトルク指令及びイナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算した推定位置データを補正値として出力することを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
【請求項2】
異常検出部において、前記加速度データと、前記サーボアンプから受信した前記トルク指令及び前記イナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算される許容加速度を比較し、前記加速度データが前記許容加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定することを特徴とする請求項1のアブソリュートエンコーダ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ制御に使用されるアブソリュートエンコーダに関する。
【背景技術】
【0002】
一般にアブソリュートエンコーダ内部では、一定周期のサンプリングで位置データを演算・更新する方式が一般的である。このような方式のアブソリュートエンコーダでは、ノイズなどの影響によるモータの位置データの信頼性低下が、モータ制御系の制御精度に悪影響を出していた。
【0003】
従来、位置データの異常を検出するために、前回の位置データと今回のサンプリングデータとを常時比較し、その差分を絶対値として求め、この絶対値と予め設定された最大ビット数とを比較し、絶対値が最大ビット数より大である時に異常とする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平11−148843号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来の方法では、サンプリングの1周期間でデータが最大ビット数より大きな値に飛んだ場合は異常を検出することができるが、最大ビット数以下のデータ飛びが連続して発生した場合は異常を検出することができない。
【0005】
通常、位置データを演算するために使用する信号には入力フィルタを挿入する。よって、入力フィルタにより信号に印加されたノイズ成分の振幅は小さくなり、ノイズ成分の影響で数周期に亘って位置データが異常値となる。つまり、印加されたノイズにより異常値となっている時に次のノイズが印加されると、サンプリング間でのデータ飛びは最大ビット数以下であっても、正常な位置データからは最大ビット数より大きなデータ飛びとなる場合があり、従来の方法では異常を検出できない課題があった。
【0006】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、より精度の高い異常検出をするだけでなく異常値の補正も行うことで、位置データの高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダ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】
【0007】
上記の課題を解決するために本発明は、位置データの異常を判定する異常検出部と、前記位置データの異常値を補正する位置データ補正部とを備え、前記異常検出部が、前記位置データから演算される加速度データと、最大トルクとロータイナーシャから演算される最大加速度とを比較し、前記加速度データが前記最大加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定したとき、前記位置データ補正部は、前記サーボアンプから受信したトルク指令及びイナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算した推定位置データを補正値として出力することで、高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを得ることができる。
【0008】
また、異常検出部において、前記加速度データと、前記サーボアンプから受信した前記トルク指令及び前記イナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算される許容加速度を比較し、前記加速度データが前記許容加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定することで、より高い信頼性を有するアブソリュートエンコーダを得ることができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明のアブソリュートエンコーダによれば、異常検出の判定値に最大トルクとロータイナーシャから演算するモータ制御で発生する最大の加速度を使用することで精度の高い異常検出を行い、異常発生時にはサーボアンプから受信した指令トルクとイナーシャ情報からモータ制御周期内で発生する加速度を推定演算し、推定速度及び推定位置を演算することで位置データの信頼性を向上させることができる。
【0010】
また、異常検出の判定値に指令トルクとイナーシャ情報から演算するモータ制御周期内で発生する加速度を使用することで、異常判定の精度を向上させ、より高い信頼性の位置データを得ることができる。
【0011】
したがって、ノイズ等により位置データが異常値となった場合でも、信頼性の高い位置データを得ることができ、モータ制御系の制御精度に悪影響を及ぼすことなく制御を行えるアブソリュートエンコーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
サーボアンプと通信するアブソリュートエンコーダにおいて、位置データの異常を判定する異常検出部と、前記位置データの異常値を補正する位置データ補正部とを備え、前記異常検出部が、前記位置データから演算される加速度データと、最大トルクとロータイナーシャから演算される最大加速度とを比較し、前記加速度データが前記最大加速度より大きくなった時の位置データを異常値と判定したとき、前記位置データ補正部は、前記サーボアンプから受信したトルク指令及びイナーシャ情報と前記最大トルク及び前記ロータイナーシャをもとに演算した推定位置データを補正値として出力する。
【実施例1】
【0013】
本発明の実施例1におけるアブソリュートエンコーダについて説明する。
【0014】
図1において、アブソリュートエンコーダは原信号生成部10、アナログ検出部11、パルス検出部12、位置データ生成部13、メモリ制御部14、不揮発性メモリ15、パラレルシリアル変換部16、通信手段17、異常検出部30と位置データ補正部31により構成され、例えばRS485などの通信手段17によって、サーボアンプ18と双方向のシリアル通信を行う。
【0015】
原信号生成部10は、モータの回転位置に応じたアナログ信号10aとパルス信号10bを出力する。アナログ検出部11は、アナログ信号10aをサンプリング後、位置データ13aの下位を演算するための形式へ変換し、アナログデータ11aを出力する。
【0016】
パルス検出部12は、パルス信号10bをサンプリング後、位置データ13aの上位を演算するための形式へ変換し、パルスデータ12aを出力する。位置データ生成部13は、アナログデータ11aとパルスデータ12aをもとに、演算パラメータ14aに従って合成演算することで、可動子の絶対位置を示す位置データ13aをサンプリング周期ごとに出力する。
【0017】
メモリ制御部14は、ロータイナーシャと最大トルク14b含むモータパラメータや演算パラメータ14aなどのメモリデータ19bを、EEPROMなどの不揮発性メモリ15へ書き込み、また、データの読み出しも行う。一般にメモリデータ19bは、予め不揮発性メモリ15内に書き込み、位置データ演算中に必要に応じて読み出される。
【0018】
パラレルシリアル変換部16は、サーボアンプ18から通信手段17を介して受信され
るシリアル受信データ17aをパラレルデータに変換して、指令トルクと負荷イナーシャ情報19aとメモリデータ19bを出力し、また位置データ補正部31の出力データ28aをシリアル送信データ16aに変換して出力する。
【0019】
異常検出部30は、速度演算部21、加速度演算部22、最大加速度演算部23と比較手段24から構成される。速度演算部21は、サンプリング周期ごとに得られる位置データ13aと前回位置データから速度21aを演算する。
【0020】
ここで、前回位置データが異常値であった場合は、推定位置27aを前回位置データとして使用する。サンプリング周期をTS[s]、位置データをθn[rad]、前回位置データをθn-1[rad]、速度21aをωn[rad/s]とすると、ωn[rad/s]は、式1で求められる。
【0021】
【数1】


【0022】
加速度演算部22は、速度21aと前回速度から加速度22aを演算する。ここで、前回位置データが異常値であった場合は、推定速度26aを前回速度として使用する。前回速度をωn-1[rad/s]とすると、加速度an[rad/s2]は、式2で求められる。
【0023】
【数2】


【0024】
最大加速度演算部23は、ロータイナーシャと最大トルク14bから最大加速度23aを演算する。最大トルクをτmax[N・m]、ロータイナーシャをJm[kg・m2]とすると、最大加速度amax[rad/s2]は、式3で求められる。
【0025】
【数3】


【0026】
比較手段24は、加速度22aの絶対値と最大加速度23aを比較し、加速度22aの絶対値が最大加速度23aより大きい場合に異常信号24aを出力する。
【0027】
位置データ補正部31は、推定加速度演算部25、推定速度演算部26、推定位置演算部27と出力選択手段28から構成される。推定加速度演算部25は、ロータイナーシャ、指令トルクと負荷イナーシャ情報から推定加速度25aを演算する。
【0028】
指令トルクをτc[N・m]、負荷イナーシャをJL[kg・m2]とすると、推定加速度[rad/s2]は、式4で求められる。
【0029】
【数4】


【0030】
推定速度演算部26は、速度21aと推定加速度25aから推定速度26aを演算する。推定速度[rad/s]は、式5で求められる。
【0031】
【数5】


【0032】
推定位置演算部27は、位置データ13aと推定速度26aから推定位置27aを演算する。ここで、前回位置データが異常値であった場合は、前回の推定位置を位置データとして使用する。推定位置[rad]は、式6で求められる。
【0033】
【数6】


【0034】
出力選択手段28は、異常信号24aにより、異常時には推定位置27aを選択し、正常時には位置データ13aを選択して、パラレルシリアル変換部16に出力データ28aとして出力する。
【0035】
これにより、ノイズによりデータ飛びが発生しても信頼性の高い位置データを得ることができる。
【実施例2】
【0036】
本発明の実施例2におけるアブソリュートエンコーダについて説明する。実施例1とは、異常検出部30の比較手段24における比較対象が異なる点であり、その点について説明する。
【0037】
図2において、実施例1と同様に加速度演算部22は、速度21aと前回速度から加速度22aを演算し、比較手段24に入力する。一方の比較対象には、実施例1における式4から導出される推定加速度25aを許容加速度として用い、比較手段24に入力する。
【0038】
比較手段24では、加速度22aと許容加速度としての推定加速度25aとを比較して、加速度の絶対値が許容加速度より大きい場合に異常信号24aを出力選択手段28に出力する。以降の処理は、実施例1と同じであり、説明を省略する。
【0039】
これにより、異常検出の判定精度を向上させることができ、より信頼性の高い位置データを得ることができる。
【0040】
なお、本発明はイナーシャを質量、トルクを推力とすることでリニアモータに対しても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明のアブソリュートエンコーダは、ノイズの多い環境下でも高性能な制御が要求される産業用途などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の実施例1におけるアブソリュートエンコーダの構成図
【図2】本発明の実施例2におけるアブソリュートエンコーダの構成図
【符号の説明】
【0043】
10 原信号生成部
10a アナログ信号
10b パルス信号
11 アナログ検出部
11a アナログデータ
12 パルス検出部
12a パルスデータ
13 位置データ生成部
13a 位置データ
14 メモリ制御部
14a 演算パラメータ
14b ロータイナーシャと最大トルク
15 不揮発性メモリ
16 パラレルシリアル変換部
16a シリアル送信データ
17 通信手段
17a シリアル受信データ
18 サーボアンプ
21 速度演算部
21a 速度
22 加速度演算部
22a 加速度
23 最大化速度演算部
23a 最大化速度
24 比較手段
24a 異常信号
25 推定加速度演算部
25a 推定加速度
26 推定速度演算部
26a 推定速度
27 推定位置演算部
27a 推定位置
28 出力選択手段
28a 出力データ
30 異常検出部
31 位置データ補正部




 

 


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