位置検出誤差補正装置および位置検出誤差補正方法
【課題】比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、モータのトルクリプルが作用する場合でも、位置検出値の誤差を高精度に補正できるようにする。
【解決手段】位置検出誤差推定部８は、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた動作条件に基づいてモータを駆動した時の位置検出値θに基づいて位置検出誤差推定値θｅを算出し、補正パラメータ計算部９は、位置検出誤差推定値θｅに基づいて補正パラメータＰを計算し、位置検出誤差補正値計算部４は、位置検出値θに対応する補正関数である位置検出誤差補正値Ｃ（θ）を補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）から計算し、位置検出誤差補正部６は、位置検出値θと位置検出誤差補正値Ｃ（θ）との差分をとることで補正位置検出値θｃを計算する。
【解決手段】位置検出誤差推定部８は、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた動作条件に基づいてモータを駆動した時の位置検出値θに基づいて位置検出誤差推定値θｅを算出し、補正パラメータ計算部９は、位置検出誤差推定値θｅに基づいて補正パラメータＰを計算し、位置検出誤差補正値計算部４は、位置検出値θに対応する補正関数である位置検出誤差補正値Ｃ（θ）を補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）から計算し、位置検出誤差補正部６は、位置検出値θと位置検出誤差補正値Ｃ（θ）との差分をとることで補正位置検出値θｃを計算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置検出誤差補正装置および位置検出誤差補正方法に関し、特に、モータで駆動される機械等の位置を検出する位置検出器の位置検出誤差を補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位置検出誤差補正方法では、モータを定速回転させた時の一回転分の位置検出信号を微分した速度信号の変動を位置検出器の誤差としてメモリに記憶し、その速度信号の変動を位置検出器の誤差補正データとして用いることで、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出信号を補正する方法がある（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５４１１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、位置検出器の誤差補正データを算出する際に、モータのトルクリプルによる速度変動が考慮されておらず、トルクリプルによる速度変動が位置検出器の位置検出誤差として検出されるようになる。そのため、トルクリプルによる速度変動が誤差補正データに含まれるようになり、高精度な誤差補正が困難になるという問題があった。さらに、上記従来の技術によれば、一回転分の位置検出信号から誤差補正データが算出されるため、確率的な位置検出誤差の影響を受けやすく、高精度な誤差補正が困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、モータのトルクリプルによる速度変動を分離しつつ、位置検出誤差の補正を行うとともに、確率的な位置検出誤差の影響を排除することが可能な位置検出誤差補正装置および位置検出誤差補正方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件でモータを駆動した場合の位置検出誤差を、前記動作条件に依存する成分と前記動作条件に依存しない成分に分離した結果に基づいて、位置検出誤差補正値を計算する位置検出誤差補正値計算部と、前記位置検出誤差補正値に基づいて、前記位置検出誤差を補正する位置検出誤差補正部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、モータのトルクリプルによる速度変動を分離しつつ、位置検出誤差の補正を行うとともに、確率的な位置検出誤差の影響を排除することが可能という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明に係る位置検出誤差補正装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、位置検出誤差補正装置２には、不揮発性メモリ３、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６が設けられ、試験装置７には、位置検出誤差推定部８および補正パラメータ計算部９が設けられている。ここで、位置検出誤差推定部８は、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件でモータを駆動した場合の位置検出誤差を、動作条件に依存する成分と動作条件に依存しない成分に分離することで、位置検出誤差推定値θｅを計算することができる。すなわち、位置検出誤差推定部８には、動作条件設定部８ａ、速度変動算出部８ｂ、位置変動算出部８ｃおよび動作条件依存性変動分分離部８ｄが設けられている。そして、動作条件設定部８ａは、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件を設定することができる。速度変動算出部８ｂは、動作条件設定部８ａにて設定された複数の動作条件にてモータが駆動された時の位置検出値に対する速度変動を算出することができる。位置変動算出部８ｃは、速度変動算出部８ｂにて算出された速度変動に基づいて位置変動を算出することができる。動作条件依存性変動分分離部８ｄは、位置変動算出部８ｃにて算出された位置変動から動作条件に依存して変動する成分を分離することで、位置検出誤差推定値θｅを算出することができる。
【００１０】
また、補正パラメータ計算部９は、位置検出誤差推定部８にて計算された位置検出誤差推定値θｅに基づいて、位置検出誤差推定値θｅを周期性関数の級数で近似した補正関数を特定する補正パラメータＰを計算することができる。また、不揮発性メモリ３は、補正パラメータ計算部９にて計算された補正パラメータＰを記憶することができる。位置検出誤差補正値計算部４は、位置検出誤差推定値θｅに基づいて位置検出誤差補正値Ｃを計算することができ、この位置検出誤差補正値Ｃを計算するに当たっては補正パラメータＰを用いることができる。ランダムアクセスメモリ５は、位置検出誤差補正値計算部４にて計算された位置検出誤差補正値Ｃを記憶することができる。位置検出誤差補正部６は、位置検出誤差補正値Ｃに基づいて、位置検出器１の位置検出誤差を補正することで、補正位置検出値θｃを出力することができる。
【００１１】
そして、位置検出器１にて検出された位置検出値θは、位置検出誤差推定部８および位置検出誤差補正部６に入力される。そして、位置検出誤差推定部８は、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた動作条件に基づいてモータを駆動した時の位置検出値θに基づいて位置検出誤差推定値θｅを算出し、補正パラメータ計算部９に出力する。そして、補正パラメータ計算部９は、位置検出誤差推定部８にて計算された位置検出誤差推定値θｅに基づいて補正パラメータＰを計算し、不揮発性メモリ３に記憶する。そして、不揮発性メモリ３は、この補正パラメータＰを起動時に読み出して、位置検出誤差補正値計算部４に出力する。そして、位置検出誤差補正値計算部４は、例えば、以下の（１）式を用いることで、位置検出値θに対応する補正関数である位置検出誤差補正値Ｃ（θ）を補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）から計算し、ランダムアクセスメモリ５に記憶する。
【００１２】
【数１】
ただし、周期性関数Ｇ（θ）は、θのベキ関数、すなわち、θｍ（ｍは正の整数）の関数で表現する。また、Ａｎは周期性関数Ｇ（θ）の振幅成分、Ｂｎは周期性関数Ｇの位相成分、Ｄはオフセットである。また、ｎは、周期性関数Ｇ（θ）の級数を構成する各項の次数である。ここで、ｍ＝１、すなわち、周期性関数Ｇ（θ）をθの１次関数で表した場合を（２）式に示す。
【００１３】
【数２】
ただし、θｍは、θを基本周期Ｌで割った余りである。例えば、位置検出器１が回転位置を検出する場合は、位置検出誤差は１回転の周期で発生するので、１回転分の検出範囲を基本周期Ｌとすることができる。位置検出器１が直線位置を検出する場合には、全検出範囲を基本周期Ｌとすることができる。
【００１４】
図２は、図１の位置検出値θの一次関数で表わされた周期性関数G（θ）を示す図である。図２において、周期性関数Ｇ（θ）をθの１次関数で表した場合には、周期性関数Ｇ（θ）はのこぎり波状となる。そして、図１の位置検出誤差補正部６は、位置検出器１から位置検出値θが入力される毎に、位置検出値θに対応する位置検出誤差補正値Ｃ（θ）をランダムアクセスメモリ５から読み出す。そして、以下の（３）式に示すように、位置検出値θと位置検出誤差補正値Ｃ（θ）との差分をとることで補正位置検出値θｃを計算し、モータを制御するコントローラやサーボアンプに出力する。
【００１５】
【数３】
【００１６】
なお、図１の例では、位置検出器１、位置検出誤差補正装置２および試験装置７を別個に設ける方法について説明したが、位置検出誤差補正装置２内に位置検出器１または試験装置７のいずれか一方を設けるようにしてもよいし、位置検出誤差補正装置２内に位置検出器１および試験装置７の双方を設けるようにしてもよい。あるいは、位置検出誤差補正装置２内には、位置検出誤差推定部８および補正パラメータ計算部９の双方を設けるようにしてもよいし、位置検出誤差推定部８のみを設けるようにしてもよい。また、位置検出誤差補正装置２は、位置検出器１の内部に設けるようにしてもよいし、モータを制御するコントローラやサーボアンプに設けるようにしてもよい。
【００１７】
以下、試験装置７における補正パラメータＰの算出方法について詳細に説明する。図３は、図１の試験装置７による補正パラメータＰの計算方法を示すフローチャートである。図３において、図１の動作条件設定部８ａは、速度と移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の位置検出値θを保存する（ステップＳ１）。この時、位置検出器１の固有の誤差がフィードバックされてモータの実際の（物理的な）位置に影響することがないようにするため、サーボゲイン（フィードバックゲイン）を十分小さく設定するようにしてもよいし、オープンループ制御を行うようにしてもよい。
【００１８】
次に、位置検出器１にて検出された位置検出値θに対し、（線形）最小２乗法などを用いることで、モータの平均速度ωｒとオフセット位置θｒ０を計算する（ステップＳ２）。次に、図１の速度変動算出部８ｂは、平均速度ωｒおよびオフセット位置θｒ０から理想的な位置θｒを計算し、位置検出値θと理想的な位置θｒとの差分をとることで、速度変動ωｅ０を計算する（ステップＳ３）。
【００１９】
図４は、図１の位置検出値θ、理想的な位置θｒ、平均速度ωｒ、オフセット位置θｒ０、速度変動ωｅ０の関係を示す図である。図４において、位置検出値θは理想的な位置θｒに対して変動し、速度変動ωｅ０が発生していることがわかる。ここで、この速度変動ωｅ０には、位置検出器１の固有の誤差だけでなく、動作条件に依存して変動するトルクリプルによる変動分を含んでいる。次に、速度変動ωｅ０を理想的な位置θｒの関数であるとみなし、以下の（４）式に示すように、一回転（直線移動の場合は全検出範囲）を基本周期Ｌとするフーリエ級数で近似することで、速度変動展開値ωｅ０（θｒ）を算出する（ステップＳ４）。
【００２０】
【数４】
ただし、ｎは級数の次数であり、例えばｎ＝１、２、・・・、８（Ｎ＝８）のように、近似前のデータと近似後のデータが、必要な精度で一致するように設定することができる。Ｐｎはｎ次の振幅、ψｎはｎ次の位相（オフセット）である。
【００２１】
次に、図１の位置変動算出部８ｃは、以下の（５）式に示すように、振幅Ｐｎを（次数ｎ×平均速度ωｒ）で除することにより、速度変動展開値ωｅ０（θｒ）を位置変動展開値θｅ０（θｒ）に変換する（ステップＳ５）。
【００２２】
【数５】
ただし、Ｑｎは速度変動のｎ次振幅成分である。
【００２３】
次に、図１の動作条件依存性変動分分離部８ｄは、複数の動作条件（速度および方向）でモータを駆動した場合の位置変動展開値θｅ０（θｒ）の周期成分（振幅Ｑｎ・位相ψｎ）を、周期（＝次数ｎ）毎に局座標系にプロットする（ステップＳ６）。ここで、この局座標系では、Ｘ軸（実軸）としてＱｎｃｏｓ（ψｎ）を、Ｙ軸（虚軸）としてＱｎｓｉｎ（ψｎ）を用いる。次に、動作条件数だけ存在する点群の近似円の中心座標（Ｒｎ・φｎ）を求める（ステップＳ７）。
【００２４】
図５は、図３の補正パラメータＰの計算における動作条件ごとの位置変動周期成分（振幅・位相）の抽出方法を示す図である。図５において、制御対象が誘導モータである場合には、トルクリプルの主要因は固定子（巻線）の組み立て誤差と考えられるが、駆動時には、モータの物理的な位置（角度）と固定子通電電流の位置（角度）に差（すべり角）が存在する。そのため、速度および移動方向を変えた複数の動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇを設定すると、それに応じてすべり角が変化し、モータの物理的な位置に対するトルクリプルの発生位置（角度）も変化する。また、トルクリプルの大きさはモータの駆動力（トルク）に比例すると考えられるが、等速駆動中は摩擦に等しいと考えられ、摩擦は速度や移動方向などの動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇを変えてもほとんど変化しない。
【００２５】
このため、速度および移動方向を変えた複数の動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇを設定すると、トルクリプルが生じる角度（＝位相）のみ変化し、大きさ（＝振幅）はほぼ一定となる。ただし、速度および移動方向などの動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇにより変化しない位置検出誤差は、常に同じ振幅と位相を持つため、動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇにより変化しない位置検出誤差にトルクリプルによる変動分を合成した合成位置変動は、速度および移動方向などの動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇを変えることにより円を描くものと考えられる。従って、この近似円の中心座標を計算することにより、動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇにより変化する位置検出誤差を速度変動ωｅ０から分離することができ、トルクリプルによる変動分を速度変動ωｅ０から除去することができる。ここで、近似円の中心座標の計算方法としては、例えば、最急降下法などの数値探索手法を用いることで、以下の（６）式の評価関数を最小とする値を求めることができる。
【００２６】
【数６】
【００２７】
次に、図１の動作条件依存性変動分分離部８ｄは、以下の（７）式に示すように、各周期の近似円の中心座標（Ｒｎ・φｎ）を統合することで、動作条件に依存して変動するトルクリプルの影響を除去した位置検出誤差推定値θｅ（位置検出器１に固有の誤差）を計算し（ステップＳ８）、補正パラメータ計算部９に出力する。
【００２８】
【数７】
【００２９】
次に、図１の補正パラメータ計算部９は、レヴェンバーグ＝マーカート法などの非線形最小２乗法を用いることで、以下の（８）式の評価関数Ｅが最小となるように補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）を計算し（ステップＳ９）、補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）を不揮発性メモリ３に記憶する（ステップＳ１０）。
【００３０】
【数８】
ただし、θｋは位置検出値θの中でｋ番目の計測値に対応する理想的な位置θｒを表し、Ｋは全計測データ数を表す。
【００３１】
図６は、図１の位置検出誤差補正値計算部４において起動時に生成される位置検出誤差補正値の計算方法を示すフローチャートである。図６において、図１の位置検出誤差補正値計算部４は、不揮発性メモリ３から位置検出誤差の補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）を読み出す（ステップＳ１１）。そして、以下の（９）式を用いることで、位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）から計算し（ステップＳ１２）、ランダムアクセスメモリ５に記憶する（ステップＳ１３）。
【００３２】
【数９】
ただし、θｊは、位置検出範囲を等間隔で分割した代表位置である。例えば、１６ｂｉｔ＝６５５３６ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖの分解能を持つ角度検出器において１２８点の位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を用意する場合には、６５５３６／１２８＝５１２ｐｕｌｓｅ毎に位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を計算すればよい。
【００３３】
図７は、図１の位置検出誤差補正部６における位置検出値θの補正方法を示すフローチャートである。図７において、図１の位置検出誤差補正部６は、位置検出器１から位置検出値θが入力されると（ステップＳ２１）、基本周期Ｌで割った剰余θｍを計算する（ステップＳ２２）。次に、以下の（１０）式を用いることで、基本周期Ｌの剰余θｍに最も近い位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）の代表位置θｊを計算する（ステップＳ２３）。
【００３４】
【数１０】
ただし、Δは位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）の代表位置θｊの間隔（例えば、５１２ｐｕｌｓｅ）、ｆｌｏｏｒ（）は、引数を超えない最大の整数を返す関数である。なお、（１０）式では、位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）が一定間隔の代表位置θｊでしか用意されていないため、位置検出値θの剰余θｍに最も近い代表位置θｊを求めることで、任意の検出位置に最も近い代表位置θｊを求めることができる。
【００３５】
図８は、ｆｌｏｏｒ（）関数を用いることで任意の検出位置に最も近い代表位置θｊを求める方法を示す図である。図８において、例えば、Δ＝１０、θｊ＝０，１０，２０，３０、・・・、θｍ＝１７の場合、Δｆｌｏｏｒ｛（θｍ＋０．５Δ）／Δ｝＝１０ｆｌｏｏｒ｛（１７＋５）／１０｝＝１０ｆｌｏｏｒ｛２．２｝＝２０となり、θｍ＝１７に最も近い代表位置θｊとして２０という値を求めることができる。なお、Δが２のベキ数であれば、（１０）式での割り算は、高速なビットシフト演算で可能である。
【００３６】
次に、図１の位置検出誤差補正部６は、ランダムアクセスメモリ５から代表位置θｊに対応する位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を読み出す（ステップＳ２４）。そして、（３）式に示すように、位置検出値θから位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を減算することで補正位置検出値θｃを計算し（ステップＳ２５）、補正位置検出値θｃを外部に出力する（ステップＳ２６）。
【００３７】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出器１の位置検出誤差を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値θの誤差を高精度に補正することができるという効果を奏する。
【００３８】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る基本周期内の位置検出データの数を等価的に増加させる方法を示す図である。図９において、一定時間間隔で１周期分の位置検出値θを収録した場合、高速駆動時には収録点数が少なくなる。例えば、回転速度１０００ｒｐｍで駆動中の位置検出値θを１ｍｓｅｃ（＝０．００１ｓｅｃ）間隔で収録する場合には、１周期中に６０÷１０００÷０．００１＝６０点分の計測点しか含まれず、高精度な誤差推定が困難となる。このため、複数周期（回転）分の位置検出値θを収録し、それらの収録点を基本周期Ｌを基準に折り返して重ね合わせることにより、基本周期Ｌ内の収録点数を等価的に増加させることができ、誤差推定精度を向上させることが可能となる。
【００３９】
ここで、収録点の重ね合わせを行う際には、複数回転での収録点の位置が重ならないように移動速度を調整することが好ましい。例えば、回転速度が１０００ｒｐｍの場合、複数周期分の収録点の位置が毎回一致するが、例えば、回転速度を１１００ｒｐｍにすれば、１１回転目までは収録点の位置が重なることはなく、多様な位置検出値θを収録することが可能となる。
【００４０】
以上のように、この発明の実施の形態２においては、複数回転分の位置検出値θから位置検出誤差推定値θｅを算出することができ、一回転分の位置検出値θから位置検出誤差推定値θｅを算出する方法に比べて、きめ細かい位置検出誤差推定が可能となるとともに、確率的な誤差の影響を除くことが可能となり、高精度な補正を実現することができるという効果を奏する。
【００４１】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１０において、位置検出器１ａには、位置検出部１０が設けられるとともに、位置検出誤差補正装置２ａおよび試験装置７ａが設けられている。ここで、位置検出部１０、位置検出誤差補正装置２ａおよび試験装置７ａの機能的な構成および動作は、図１の位置検出器１、位置検出誤差補正装置２および試験装置７と同様である。
【００４２】
この実施の形態３によれば、位置検出器１ａを用意するだけで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出器１の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００４３】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１１において、位置検出器１ｂには、位置検出部１０が設けられるとともに、位置検出誤差補正装置２ｂが設けられ、位置検出誤差補正装置２ｂと試験装置７とは制御装置１１を介して接続されている。なお、制御装置１１としては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出部１０および位置検出誤差補正装置２ｂの機能的な構成および動作は、図１の位置検出器１および位置検出誤差補正装置２と同様である。だたし、位置検出部１０にて検出された位置検出値θは、制御装置１１を介して位置検出誤差推定部８に入力され、補正パラメータ計算部９にて計算された補正パラメータＰは、制御装置１１を介して不揮発性メモリ３に記憶される。
【００４４】
この実施の形態４によれば、位置検出誤差補正装置２ｂおよび試験装置７とを直接接続することなく、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出部１０の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、装置全体のコンパクト化を図りつつ、位置検出誤差補正装置２ｂと試験装置７との動作タイミングを容易に調整することができるという効果を奏する。
【００４５】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１２において、制御装置１１ａには試験装置７ｂが設けられ、試験装置７ｂは位置検出誤差補正装置２ｂと接続されている。なお、制御装置１１ａとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、試験装置７ｂの機能的な構成および動作は、図１１の試験装置７と同様である。
【００４６】
この実施の形態５によれば、位置検出器１ｂおよび制御装置１１ａを用意するだけで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出部１０の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、試験装置７ｂを制御装置１１ａ上で実現することが可能となり、試験装置７ｂをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００４７】
（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１３において、位置検出誤差補正装置２ｃには、不揮発性メモリ３、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６が設けられ、不揮発性メモリ３は位置検出器１ｃに配置されるとともに、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６は制御装置１１ｂに配置されている。さらに、位置検出器１ｃには位置検出部１０が配置されるとともに、制御装置１１ｂには試験装置７ｃが配置されている。なお、制御装置１１ｂとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出誤差補正装置２ｃおよび試験装置７ｃの機能的な構成および動作は、図１の位置検出誤差補正装置２および試験装置７と同様である。
【００４８】
この実施の形態６によれば、位置検出器１ｃおよび制御装置１１ｂを用意するだけで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出部１０の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、不揮発性メモリ３が汎用コンピュータに搭載されていない場合においても、位置検出誤差補正装置２ｃおよび試験装置７ｃを汎用コンピュータ上で実現することが可能となり、位置検出誤差補正装置２ｃおよび試験装置７ｃをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００４９】
（実施の形態７）
図１４は、本発明の実施の形態７に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１４において、位置検出誤差補正装置２ｄには、不揮発性メモリ３、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６が設けられ、不揮発性メモリ３は位置検出器１ｃに配置されるとともに、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６は制御装置１１ｃに配置されている。さらに、位置検出器１ｃには位置検出部１０が配置されている。なお、制御装置１１ｃとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出誤差補正装置２ｄの機能的な構成および動作は、図１の位置検出誤差補正装置２と同様である。
【００５０】
この実施の形態７によれば、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出部１０の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、不揮発性メモリ３が汎用コンピュータに搭載されていない場合においても、位置検出誤差補正装置２ｄを汎用コンピュータ上で実現することが可能となり、位置検出誤差補正装置２ｄをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００５１】
（実施の形態８）
図１５は、本発明の実施の形態８に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１５において、制御装置１１ｄには、位置検出誤差補正装置２ｅおよび試験装置７ｅが設けられている。なお、制御装置１１ｄとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出誤差補正装置２ｅおよび試験装置７ｅの機能的な構成および動作は、図１の位置検出誤差補正装置２および試験装置７と同様である。
【００５２】
この実施の形態８によれば、位置検出器１の構成を変更することなく、制御装置１１ｄを用意することで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出器１の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、位置検出誤差補正装置２ｅおよび試験装置７ｅを汎用コンピュータ上で実現することが可能となり、位置検出誤差補正装置２ｅおよび試験装置７ｅをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００５３】
（実施の形態９）
図１６は、本発明の実施の形態９に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１６において、制御装置１１ｅには、位置検出誤差補正装置２ｆが設けられている。なお、制御装置１１ｅとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出誤差補正装置２ｆの機能的な構成および動作は、図１の位置検出誤差補正装置２と同様である。
【００５４】
この実施の形態９によれば、図１の位置検出器１および試験装置７の構成を変更することなく、制御装置１１ｅを用意することで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出器１の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、位置検出誤差補正装置２ｆを汎用コンピュータ上で実現することが可能となり、位置検出誤差補正装置２ｆをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように本発明に係る位置検出誤差補正装置は、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、モータで駆動される機械等の位置を検出する位置検出器の検出誤差を補正する方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の位置検出値θの一次関数で表わされた周期性関数G（θ）を示す図である。
【図３】図１の試験装置７による補正パラメータＰの計算方法を示すフローチャートである。
【図４】図１の位置検出値θ、理想的な位置θｒ、平均速度ωｒ、オフセット位置θｒ０、速度変動ωｅ０の関係を示す図である。
【図５】図３の補正パラメータＰの計算における動作条件ごとの位置変動周期成分（振幅・位相）の抽出方法を示す図である。
【図６】図１の位置検出誤差補正値計算部において起動時に生成される位置検出誤差補正値の計算方法を示すフローチャートである。
【図７】図１の位置検出誤差補正部における位置検出値θの補正方法を示すフローチャートである。
【図８】ｆｌｏｏｒ（）関数を用いることで任意の検出位置に最も近いθｊを求める方法を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る基本周期内の位置検出データの数を等価的に増加させる方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態６に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態７に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態８に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態９に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 位置検出器
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ 位置検出誤差補正装置
３ 不揮発性メモリ
４ 位置検出誤差補正値計算部
５ ランダムアクセスメモリ
６ 位置検出誤差補正部
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅ 試験装置
８ 位置検出誤差推定部
８ａ 動作条件設定部
８ｂ 速度変動算出部
８ｃ 位置変動算出部
８ｄ 動作条件依存性変動分分離部
９ 補正パラメータ計算部
１０ 位置検出部
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ 制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は位置検出誤差補正装置および位置検出誤差補正方法に関し、特に、モータで駆動される機械等の位置を検出する位置検出器の位置検出誤差を補正する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位置検出誤差補正方法では、モータを定速回転させた時の一回転分の位置検出信号を微分した速度信号の変動を位置検出器の誤差としてメモリに記憶し、その速度信号の変動を位置検出器の誤差補正データとして用いることで、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出信号を補正する方法がある（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５４１１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、位置検出器の誤差補正データを算出する際に、モータのトルクリプルによる速度変動が考慮されておらず、トルクリプルによる速度変動が位置検出器の位置検出誤差として検出されるようになる。そのため、トルクリプルによる速度変動が誤差補正データに含まれるようになり、高精度な誤差補正が困難になるという問題があった。さらに、上記従来の技術によれば、一回転分の位置検出信号から誤差補正データが算出されるため、確率的な位置検出誤差の影響を受けやすく、高精度な誤差補正が困難になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、モータのトルクリプルによる速度変動を分離しつつ、位置検出誤差の補正を行うとともに、確率的な位置検出誤差の影響を排除することが可能な位置検出誤差補正装置および位置検出誤差補正方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件でモータを駆動した場合の位置検出誤差を、前記動作条件に依存する成分と前記動作条件に依存しない成分に分離した結果に基づいて、位置検出誤差補正値を計算する位置検出誤差補正値計算部と、前記位置検出誤差補正値に基づいて、前記位置検出誤差を補正する位置検出誤差補正部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、モータのトルクリプルによる速度変動を分離しつつ、位置検出誤差の補正を行うとともに、確率的な位置検出誤差の影響を排除することが可能という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明に係る位置検出誤差補正装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、位置検出誤差補正装置２には、不揮発性メモリ３、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６が設けられ、試験装置７には、位置検出誤差推定部８および補正パラメータ計算部９が設けられている。ここで、位置検出誤差推定部８は、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件でモータを駆動した場合の位置検出誤差を、動作条件に依存する成分と動作条件に依存しない成分に分離することで、位置検出誤差推定値θｅを計算することができる。すなわち、位置検出誤差推定部８には、動作条件設定部８ａ、速度変動算出部８ｂ、位置変動算出部８ｃおよび動作条件依存性変動分分離部８ｄが設けられている。そして、動作条件設定部８ａは、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件を設定することができる。速度変動算出部８ｂは、動作条件設定部８ａにて設定された複数の動作条件にてモータが駆動された時の位置検出値に対する速度変動を算出することができる。位置変動算出部８ｃは、速度変動算出部８ｂにて算出された速度変動に基づいて位置変動を算出することができる。動作条件依存性変動分分離部８ｄは、位置変動算出部８ｃにて算出された位置変動から動作条件に依存して変動する成分を分離することで、位置検出誤差推定値θｅを算出することができる。
【００１０】
また、補正パラメータ計算部９は、位置検出誤差推定部８にて計算された位置検出誤差推定値θｅに基づいて、位置検出誤差推定値θｅを周期性関数の級数で近似した補正関数を特定する補正パラメータＰを計算することができる。また、不揮発性メモリ３は、補正パラメータ計算部９にて計算された補正パラメータＰを記憶することができる。位置検出誤差補正値計算部４は、位置検出誤差推定値θｅに基づいて位置検出誤差補正値Ｃを計算することができ、この位置検出誤差補正値Ｃを計算するに当たっては補正パラメータＰを用いることができる。ランダムアクセスメモリ５は、位置検出誤差補正値計算部４にて計算された位置検出誤差補正値Ｃを記憶することができる。位置検出誤差補正部６は、位置検出誤差補正値Ｃに基づいて、位置検出器１の位置検出誤差を補正することで、補正位置検出値θｃを出力することができる。
【００１１】
そして、位置検出器１にて検出された位置検出値θは、位置検出誤差推定部８および位置検出誤差補正部６に入力される。そして、位置検出誤差推定部８は、速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた動作条件に基づいてモータを駆動した時の位置検出値θに基づいて位置検出誤差推定値θｅを算出し、補正パラメータ計算部９に出力する。そして、補正パラメータ計算部９は、位置検出誤差推定部８にて計算された位置検出誤差推定値θｅに基づいて補正パラメータＰを計算し、不揮発性メモリ３に記憶する。そして、不揮発性メモリ３は、この補正パラメータＰを起動時に読み出して、位置検出誤差補正値計算部４に出力する。そして、位置検出誤差補正値計算部４は、例えば、以下の（１）式を用いることで、位置検出値θに対応する補正関数である位置検出誤差補正値Ｃ（θ）を補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）から計算し、ランダムアクセスメモリ５に記憶する。
【００１２】
【数１】
ただし、周期性関数Ｇ（θ）は、θのベキ関数、すなわち、θｍ（ｍは正の整数）の関数で表現する。また、Ａｎは周期性関数Ｇ（θ）の振幅成分、Ｂｎは周期性関数Ｇの位相成分、Ｄはオフセットである。また、ｎは、周期性関数Ｇ（θ）の級数を構成する各項の次数である。ここで、ｍ＝１、すなわち、周期性関数Ｇ（θ）をθの１次関数で表した場合を（２）式に示す。
【００１３】
【数２】
ただし、θｍは、θを基本周期Ｌで割った余りである。例えば、位置検出器１が回転位置を検出する場合は、位置検出誤差は１回転の周期で発生するので、１回転分の検出範囲を基本周期Ｌとすることができる。位置検出器１が直線位置を検出する場合には、全検出範囲を基本周期Ｌとすることができる。
【００１４】
図２は、図１の位置検出値θの一次関数で表わされた周期性関数G（θ）を示す図である。図２において、周期性関数Ｇ（θ）をθの１次関数で表した場合には、周期性関数Ｇ（θ）はのこぎり波状となる。そして、図１の位置検出誤差補正部６は、位置検出器１から位置検出値θが入力される毎に、位置検出値θに対応する位置検出誤差補正値Ｃ（θ）をランダムアクセスメモリ５から読み出す。そして、以下の（３）式に示すように、位置検出値θと位置検出誤差補正値Ｃ（θ）との差分をとることで補正位置検出値θｃを計算し、モータを制御するコントローラやサーボアンプに出力する。
【００１５】
【数３】
【００１６】
なお、図１の例では、位置検出器１、位置検出誤差補正装置２および試験装置７を別個に設ける方法について説明したが、位置検出誤差補正装置２内に位置検出器１または試験装置７のいずれか一方を設けるようにしてもよいし、位置検出誤差補正装置２内に位置検出器１および試験装置７の双方を設けるようにしてもよい。あるいは、位置検出誤差補正装置２内には、位置検出誤差推定部８および補正パラメータ計算部９の双方を設けるようにしてもよいし、位置検出誤差推定部８のみを設けるようにしてもよい。また、位置検出誤差補正装置２は、位置検出器１の内部に設けるようにしてもよいし、モータを制御するコントローラやサーボアンプに設けるようにしてもよい。
【００１７】
以下、試験装置７における補正パラメータＰの算出方法について詳細に説明する。図３は、図１の試験装置７による補正パラメータＰの計算方法を示すフローチャートである。図３において、図１の動作条件設定部８ａは、速度と移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の位置検出値θを保存する（ステップＳ１）。この時、位置検出器１の固有の誤差がフィードバックされてモータの実際の（物理的な）位置に影響することがないようにするため、サーボゲイン（フィードバックゲイン）を十分小さく設定するようにしてもよいし、オープンループ制御を行うようにしてもよい。
【００１８】
次に、位置検出器１にて検出された位置検出値θに対し、（線形）最小２乗法などを用いることで、モータの平均速度ωｒとオフセット位置θｒ０を計算する（ステップＳ２）。次に、図１の速度変動算出部８ｂは、平均速度ωｒおよびオフセット位置θｒ０から理想的な位置θｒを計算し、位置検出値θと理想的な位置θｒとの差分をとることで、速度変動ωｅ０を計算する（ステップＳ３）。
【００１９】
図４は、図１の位置検出値θ、理想的な位置θｒ、平均速度ωｒ、オフセット位置θｒ０、速度変動ωｅ０の関係を示す図である。図４において、位置検出値θは理想的な位置θｒに対して変動し、速度変動ωｅ０が発生していることがわかる。ここで、この速度変動ωｅ０には、位置検出器１の固有の誤差だけでなく、動作条件に依存して変動するトルクリプルによる変動分を含んでいる。次に、速度変動ωｅ０を理想的な位置θｒの関数であるとみなし、以下の（４）式に示すように、一回転（直線移動の場合は全検出範囲）を基本周期Ｌとするフーリエ級数で近似することで、速度変動展開値ωｅ０（θｒ）を算出する（ステップＳ４）。
【００２０】
【数４】
ただし、ｎは級数の次数であり、例えばｎ＝１、２、・・・、８（Ｎ＝８）のように、近似前のデータと近似後のデータが、必要な精度で一致するように設定することができる。Ｐｎはｎ次の振幅、ψｎはｎ次の位相（オフセット）である。
【００２１】
次に、図１の位置変動算出部８ｃは、以下の（５）式に示すように、振幅Ｐｎを（次数ｎ×平均速度ωｒ）で除することにより、速度変動展開値ωｅ０（θｒ）を位置変動展開値θｅ０（θｒ）に変換する（ステップＳ５）。
【００２２】
【数５】
ただし、Ｑｎは速度変動のｎ次振幅成分である。
【００２３】
次に、図１の動作条件依存性変動分分離部８ｄは、複数の動作条件（速度および方向）でモータを駆動した場合の位置変動展開値θｅ０（θｒ）の周期成分（振幅Ｑｎ・位相ψｎ）を、周期（＝次数ｎ）毎に局座標系にプロットする（ステップＳ６）。ここで、この局座標系では、Ｘ軸（実軸）としてＱｎｃｏｓ（ψｎ）を、Ｙ軸（虚軸）としてＱｎｓｉｎ（ψｎ）を用いる。次に、動作条件数だけ存在する点群の近似円の中心座標（Ｒｎ・φｎ）を求める（ステップＳ７）。
【００２４】
図５は、図３の補正パラメータＰの計算における動作条件ごとの位置変動周期成分（振幅・位相）の抽出方法を示す図である。図５において、制御対象が誘導モータである場合には、トルクリプルの主要因は固定子（巻線）の組み立て誤差と考えられるが、駆動時には、モータの物理的な位置（角度）と固定子通電電流の位置（角度）に差（すべり角）が存在する。そのため、速度および移動方向を変えた複数の動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇを設定すると、それに応じてすべり角が変化し、モータの物理的な位置に対するトルクリプルの発生位置（角度）も変化する。また、トルクリプルの大きさはモータの駆動力（トルク）に比例すると考えられるが、等速駆動中は摩擦に等しいと考えられ、摩擦は速度や移動方向などの動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇを変えてもほとんど変化しない。
【００２５】
このため、速度および移動方向を変えた複数の動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇを設定すると、トルクリプルが生じる角度（＝位相）のみ変化し、大きさ（＝振幅）はほぼ一定となる。ただし、速度および移動方向などの動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇにより変化しない位置検出誤差は、常に同じ振幅と位相を持つため、動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇにより変化しない位置検出誤差にトルクリプルによる変動分を合成した合成位置変動は、速度および移動方向などの動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇを変えることにより円を描くものと考えられる。従って、この近似円の中心座標を計算することにより、動作条件Ａ、Ｂ、・・・、Ｇにより変化する位置検出誤差を速度変動ωｅ０から分離することができ、トルクリプルによる変動分を速度変動ωｅ０から除去することができる。ここで、近似円の中心座標の計算方法としては、例えば、最急降下法などの数値探索手法を用いることで、以下の（６）式の評価関数を最小とする値を求めることができる。
【００２６】
【数６】
【００２７】
次に、図１の動作条件依存性変動分分離部８ｄは、以下の（７）式に示すように、各周期の近似円の中心座標（Ｒｎ・φｎ）を統合することで、動作条件に依存して変動するトルクリプルの影響を除去した位置検出誤差推定値θｅ（位置検出器１に固有の誤差）を計算し（ステップＳ８）、補正パラメータ計算部９に出力する。
【００２８】
【数７】
【００２９】
次に、図１の補正パラメータ計算部９は、レヴェンバーグ＝マーカート法などの非線形最小２乗法を用いることで、以下の（８）式の評価関数Ｅが最小となるように補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）を計算し（ステップＳ９）、補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）を不揮発性メモリ３に記憶する（ステップＳ１０）。
【００３０】
【数８】
ただし、θｋは位置検出値θの中でｋ番目の計測値に対応する理想的な位置θｒを表し、Ｋは全計測データ数を表す。
【００３１】
図６は、図１の位置検出誤差補正値計算部４において起動時に生成される位置検出誤差補正値の計算方法を示すフローチャートである。図６において、図１の位置検出誤差補正値計算部４は、不揮発性メモリ３から位置検出誤差の補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）を読み出す（ステップＳ１１）。そして、以下の（９）式を用いることで、位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を補正パラメータＰ（Ａｎ、Ｂｎ、Ｄ）から計算し（ステップＳ１２）、ランダムアクセスメモリ５に記憶する（ステップＳ１３）。
【００３２】
【数９】
ただし、θｊは、位置検出範囲を等間隔で分割した代表位置である。例えば、１６ｂｉｔ＝６５５３６ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖの分解能を持つ角度検出器において１２８点の位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を用意する場合には、６５５３６／１２８＝５１２ｐｕｌｓｅ毎に位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を計算すればよい。
【００３３】
図７は、図１の位置検出誤差補正部６における位置検出値θの補正方法を示すフローチャートである。図７において、図１の位置検出誤差補正部６は、位置検出器１から位置検出値θが入力されると（ステップＳ２１）、基本周期Ｌで割った剰余θｍを計算する（ステップＳ２２）。次に、以下の（１０）式を用いることで、基本周期Ｌの剰余θｍに最も近い位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）の代表位置θｊを計算する（ステップＳ２３）。
【００３４】
【数１０】
ただし、Δは位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）の代表位置θｊの間隔（例えば、５１２ｐｕｌｓｅ）、ｆｌｏｏｒ（）は、引数を超えない最大の整数を返す関数である。なお、（１０）式では、位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）が一定間隔の代表位置θｊでしか用意されていないため、位置検出値θの剰余θｍに最も近い代表位置θｊを求めることで、任意の検出位置に最も近い代表位置θｊを求めることができる。
【００３５】
図８は、ｆｌｏｏｒ（）関数を用いることで任意の検出位置に最も近い代表位置θｊを求める方法を示す図である。図８において、例えば、Δ＝１０、θｊ＝０，１０，２０，３０、・・・、θｍ＝１７の場合、Δｆｌｏｏｒ｛（θｍ＋０．５Δ）／Δ｝＝１０ｆｌｏｏｒ｛（１７＋５）／１０｝＝１０ｆｌｏｏｒ｛２．２｝＝２０となり、θｍ＝１７に最も近い代表位置θｊとして２０という値を求めることができる。なお、Δが２のベキ数であれば、（１０）式での割り算は、高速なビットシフト演算で可能である。
【００３６】
次に、図１の位置検出誤差補正部６は、ランダムアクセスメモリ５から代表位置θｊに対応する位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を読み出す（ステップＳ２４）。そして、（３）式に示すように、位置検出値θから位置検出誤差補正値Ｃ（θｊ）を減算することで補正位置検出値θｃを計算し（ステップＳ２５）、補正位置検出値θｃを外部に出力する（ステップＳ２６）。
【００３７】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出器１の位置検出誤差を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値θの誤差を高精度に補正することができるという効果を奏する。
【００３８】
（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る基本周期内の位置検出データの数を等価的に増加させる方法を示す図である。図９において、一定時間間隔で１周期分の位置検出値θを収録した場合、高速駆動時には収録点数が少なくなる。例えば、回転速度１０００ｒｐｍで駆動中の位置検出値θを１ｍｓｅｃ（＝０．００１ｓｅｃ）間隔で収録する場合には、１周期中に６０÷１０００÷０．００１＝６０点分の計測点しか含まれず、高精度な誤差推定が困難となる。このため、複数周期（回転）分の位置検出値θを収録し、それらの収録点を基本周期Ｌを基準に折り返して重ね合わせることにより、基本周期Ｌ内の収録点数を等価的に増加させることができ、誤差推定精度を向上させることが可能となる。
【００３９】
ここで、収録点の重ね合わせを行う際には、複数回転での収録点の位置が重ならないように移動速度を調整することが好ましい。例えば、回転速度が１０００ｒｐｍの場合、複数周期分の収録点の位置が毎回一致するが、例えば、回転速度を１１００ｒｐｍにすれば、１１回転目までは収録点の位置が重なることはなく、多様な位置検出値θを収録することが可能となる。
【００４０】
以上のように、この発明の実施の形態２においては、複数回転分の位置検出値θから位置検出誤差推定値θｅを算出することができ、一回転分の位置検出値θから位置検出誤差推定値θｅを算出する方法に比べて、きめ細かい位置検出誤差推定が可能となるとともに、確率的な誤差の影響を除くことが可能となり、高精度な補正を実現することができるという効果を奏する。
【００４１】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１０において、位置検出器１ａには、位置検出部１０が設けられるとともに、位置検出誤差補正装置２ａおよび試験装置７ａが設けられている。ここで、位置検出部１０、位置検出誤差補正装置２ａおよび試験装置７ａの機能的な構成および動作は、図１の位置検出器１、位置検出誤差補正装置２および試験装置７と同様である。
【００４２】
この実施の形態３によれば、位置検出器１ａを用意するだけで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出器１の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００４３】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１１において、位置検出器１ｂには、位置検出部１０が設けられるとともに、位置検出誤差補正装置２ｂが設けられ、位置検出誤差補正装置２ｂと試験装置７とは制御装置１１を介して接続されている。なお、制御装置１１としては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出部１０および位置検出誤差補正装置２ｂの機能的な構成および動作は、図１の位置検出器１および位置検出誤差補正装置２と同様である。だたし、位置検出部１０にて検出された位置検出値θは、制御装置１１を介して位置検出誤差推定部８に入力され、補正パラメータ計算部９にて計算された補正パラメータＰは、制御装置１１を介して不揮発性メモリ３に記憶される。
【００４４】
この実施の形態４によれば、位置検出誤差補正装置２ｂおよび試験装置７とを直接接続することなく、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出部１０の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、装置全体のコンパクト化を図りつつ、位置検出誤差補正装置２ｂと試験装置７との動作タイミングを容易に調整することができるという効果を奏する。
【００４５】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１２において、制御装置１１ａには試験装置７ｂが設けられ、試験装置７ｂは位置検出誤差補正装置２ｂと接続されている。なお、制御装置１１ａとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、試験装置７ｂの機能的な構成および動作は、図１１の試験装置７と同様である。
【００４６】
この実施の形態５によれば、位置検出器１ｂおよび制御装置１１ａを用意するだけで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出部１０の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、試験装置７ｂを制御装置１１ａ上で実現することが可能となり、試験装置７ｂをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００４７】
（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１３において、位置検出誤差補正装置２ｃには、不揮発性メモリ３、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６が設けられ、不揮発性メモリ３は位置検出器１ｃに配置されるとともに、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６は制御装置１１ｂに配置されている。さらに、位置検出器１ｃには位置検出部１０が配置されるとともに、制御装置１１ｂには試験装置７ｃが配置されている。なお、制御装置１１ｂとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出誤差補正装置２ｃおよび試験装置７ｃの機能的な構成および動作は、図１の位置検出誤差補正装置２および試験装置７と同様である。
【００４８】
この実施の形態６によれば、位置検出器１ｃおよび制御装置１１ｂを用意するだけで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出部１０の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、不揮発性メモリ３が汎用コンピュータに搭載されていない場合においても、位置検出誤差補正装置２ｃおよび試験装置７ｃを汎用コンピュータ上で実現することが可能となり、位置検出誤差補正装置２ｃおよび試験装置７ｃをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００４９】
（実施の形態７）
図１４は、本発明の実施の形態７に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１４において、位置検出誤差補正装置２ｄには、不揮発性メモリ３、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６が設けられ、不揮発性メモリ３は位置検出器１ｃに配置されるとともに、位置検出誤差補正値計算部４、ランダムアクセスメモリ５および位置検出誤差補正部６は制御装置１１ｃに配置されている。さらに、位置検出器１ｃには位置検出部１０が配置されている。なお、制御装置１１ｃとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出誤差補正装置２ｄの機能的な構成および動作は、図１の位置検出誤差補正装置２と同様である。
【００５０】
この実施の形態７によれば、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出部１０の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、不揮発性メモリ３が汎用コンピュータに搭載されていない場合においても、位置検出誤差補正装置２ｄを汎用コンピュータ上で実現することが可能となり、位置検出誤差補正装置２ｄをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００５１】
（実施の形態８）
図１５は、本発明の実施の形態８に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１５において、制御装置１１ｄには、位置検出誤差補正装置２ｅおよび試験装置７ｅが設けられている。なお、制御装置１１ｄとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出誤差補正装置２ｅおよび試験装置７ｅの機能的な構成および動作は、図１の位置検出誤差補正装置２および試験装置７と同様である。
【００５２】
この実施の形態８によれば、位置検出器１の構成を変更することなく、制御装置１１ｄを用意することで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出器１の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、位置検出誤差補正装置２ｅおよび試験装置７ｅを汎用コンピュータ上で実現することが可能となり、位置検出誤差補正装置２ｅおよび試験装置７ｅをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００５３】
（実施の形態９）
図１６は、本発明の実施の形態９に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。図１６において、制御装置１１ｅには、位置検出誤差補正装置２ｆが設けられている。なお、制御装置１１ｅとしては、例えば、プログラムに従って演算処理を行う汎用コンピュータを用いることができる。ここで、位置検出誤差補正装置２ｆの機能的な構成および動作は、図１の位置検出誤差補正装置２と同様である。
【００５４】
この実施の形態９によれば、図１の位置検出器１および試験装置７の構成を変更することなく、制御装置１１ｅを用意することで、速度および移動方向を変えた複数の動作条件でモータを等速駆動した場合の速度変動に基づいて、動作条件に依存して変化するモータのトルクリプルによる速度変動分を除いた速度変動を算出することができ、トルクリプルによる速度変動を考慮して位置検出器１の位置検出値を補正することができる。このため、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、位置検出値の誤差を高精度に補正することが可能となるとともに、位置検出誤差補正装置２ｆを汎用コンピュータ上で実現することが可能となり、位置検出誤差補正装置２ｆをそれ専用に設ける必要がなくなることから、装置全体のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように本発明に係る位置検出誤差補正装置は、比較校正用高精度位置検出器を用いることなく、モータで駆動される機械等の位置を検出する位置検出器の検出誤差を補正する方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の位置検出値θの一次関数で表わされた周期性関数G（θ）を示す図である。
【図３】図１の試験装置７による補正パラメータＰの計算方法を示すフローチャートである。
【図４】図１の位置検出値θ、理想的な位置θｒ、平均速度ωｒ、オフセット位置θｒ０、速度変動ωｅ０の関係を示す図である。
【図５】図３の補正パラメータＰの計算における動作条件ごとの位置変動周期成分（振幅・位相）の抽出方法を示す図である。
【図６】図１の位置検出誤差補正値計算部において起動時に生成される位置検出誤差補正値の計算方法を示すフローチャートである。
【図７】図１の位置検出誤差補正部における位置検出値θの補正方法を示すフローチャートである。
【図８】ｆｌｏｏｒ（）関数を用いることで任意の検出位置に最も近いθｊを求める方法を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る基本周期内の位置検出データの数を等価的に増加させる方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態６に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態７に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態８に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態９に係る位置検出誤差補正装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 位置検出器
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ 位置検出誤差補正装置
３ 不揮発性メモリ
４ 位置検出誤差補正値計算部
５ ランダムアクセスメモリ
６ 位置検出誤差補正部
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｅ 試験装置
８ 位置検出誤差推定部
８ａ 動作条件設定部
８ｂ 速度変動算出部
８ｃ 位置変動算出部
８ｄ 動作条件依存性変動分分離部
９ 補正パラメータ計算部
１０ 位置検出部
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ 制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件でモータを駆動した場合の位置検出誤差を、前記動作条件に依存する成分と前記動作条件に依存しない成分に分離した結果に基づいて、位置検出誤差補正値を計算する位置検出誤差補正値計算部と、
前記位置検出誤差補正値に基づいて、前記位置検出誤差を補正する位置検出誤差補正部とを備えることを特徴とする位置検出誤差補正装置。
【請求項２】
速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件を設定する動作条件設定部と、
前記複数の動作条件にて前記モータが駆動された時の位置検出値に対する速度変動を算出する速度変動算出部と、
前記速度変動算出部にて算出された速度変動に基づいて位置変動を算出する位置変動算出部と、
前記位置変動算出部にて算出された位置変動から前記動作条件に依存して変動する成分を分離することで、位置検出誤差推定値を算出する動作条件依存性変動分分離部と、
前記動作条件依存性変動分分離部にて算出された位置検出誤差推定値に基づいて、前記位置検出誤差推定値を周期性関数の級数で近似した補正関数を特定する補正パラメータを計算する補正パラメータ計算部とを備え、
前記位置検出誤差補正値計算部は、前記補正パラメータから前記位置検出誤差補正値を計算することを特徴とする請求項１記載の位置検出誤差補正装置。
【請求項３】
速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件でモータを駆動した場合の位置検出誤差を、前記動作条件に依存する成分と前記動作条件に依存しない成分に分離するステップと、
前記分離された前記動作条件に依存しない成分に基づいて、前記モータの位置検出誤差を補正するステップとを備えることを特徴とする位置検出誤差補正方法。
【請求項４】
前記動作条件に依存しない成分は、位置検出値を出力する位置検出器の固有の誤差、前記動作条件に依存する成分は、モータのトルクリプルによる変動分であることを特徴とする請求項３に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項５】
前記動作条件は、前記速度と方向を変化させてオープンループ制御されるように設定されることを特徴とする請求項３または４に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項６】
前記複数の動作条件でモータを駆動した時の位置検出値から速度検出値を計算するステップと、
前記速度検出値と前記速度検出値の平均値との差を速度変動として算出するステップと、
前記速度変動を位置変動に変換するステップと、
前記動作条件により変動する成分を前記位置変動から分離するステップとを備えることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項７】
前記複数の速度および回転方向における前記位置変動の各周期成分が、正弦波成分と余弦波成分を直交軸とする２次元平面上にプロットされた点列の近似円の中心を、前記動作条件に依存しない位置検出誤差の各周期成分として抽出することを特徴とする請求項６に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項８】
複数回転分の位置検出値から計算された速度検出値を一回転を基準に折り返し、その折り返された複数回転分の速度検出値から前記動作条件に依存しない位置検出誤差を算出することを特徴とする請求項７に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項１】
速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件でモータを駆動した場合の位置検出誤差を、前記動作条件に依存する成分と前記動作条件に依存しない成分に分離した結果に基づいて、位置検出誤差補正値を計算する位置検出誤差補正値計算部と、
前記位置検出誤差補正値に基づいて、前記位置検出誤差を補正する位置検出誤差補正部とを備えることを特徴とする位置検出誤差補正装置。
【請求項２】
速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件を設定する動作条件設定部と、
前記複数の動作条件にて前記モータが駆動された時の位置検出値に対する速度変動を算出する速度変動算出部と、
前記速度変動算出部にて算出された速度変動に基づいて位置変動を算出する位置変動算出部と、
前記位置変動算出部にて算出された位置変動から前記動作条件に依存して変動する成分を分離することで、位置検出誤差推定値を算出する動作条件依存性変動分分離部と、
前記動作条件依存性変動分分離部にて算出された位置検出誤差推定値に基づいて、前記位置検出誤差推定値を周期性関数の級数で近似した補正関数を特定する補正パラメータを計算する補正パラメータ計算部とを備え、
前記位置検出誤差補正値計算部は、前記補正パラメータから前記位置検出誤差補正値を計算することを特徴とする請求項１記載の位置検出誤差補正装置。
【請求項３】
速度、方向、サーボゲインの少なくとも一つを変えた複数の動作条件でモータを駆動した場合の位置検出誤差を、前記動作条件に依存する成分と前記動作条件に依存しない成分に分離するステップと、
前記分離された前記動作条件に依存しない成分に基づいて、前記モータの位置検出誤差を補正するステップとを備えることを特徴とする位置検出誤差補正方法。
【請求項４】
前記動作条件に依存しない成分は、位置検出値を出力する位置検出器の固有の誤差、前記動作条件に依存する成分は、モータのトルクリプルによる変動分であることを特徴とする請求項３に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項５】
前記動作条件は、前記速度と方向を変化させてオープンループ制御されるように設定されることを特徴とする請求項３または４に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項６】
前記複数の動作条件でモータを駆動した時の位置検出値から速度検出値を計算するステップと、
前記速度検出値と前記速度検出値の平均値との差を速度変動として算出するステップと、
前記速度変動を位置変動に変換するステップと、
前記動作条件により変動する成分を前記位置変動から分離するステップとを備えることを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項７】
前記複数の速度および回転方向における前記位置変動の各周期成分が、正弦波成分と余弦波成分を直交軸とする２次元平面上にプロットされた点列の近似円の中心を、前記動作条件に依存しない位置検出誤差の各周期成分として抽出することを特徴とする請求項６に記載の位置検出誤差補正方法。
【請求項８】
複数回転分の位置検出値から計算された速度検出値を一回転を基準に折り返し、その折り返された複数回転分の速度検出値から前記動作条件に依存しない位置検出誤差を算出することを特徴とする請求項７に記載の位置検出誤差補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−２４４１１５（Ｐ２００９−２４４１１５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９１２５３（Ｐ２００８−９１２５３）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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