位置速度制御装置

【課題】工作機械の主軸用の位置検出器として歯車と磁気式センサーを組み合わせた検出器では、機械に取り付ける状況により、振幅誤差、位相誤差が異なるため、位置検出器を機械に取り付けた状態で補正する必要がある。
【解決手段】回転位置に応じて出力される二相の正弦波信号Ａ，Ｂの補正後の信号Ａ’、Ｂ’は、Ａ’＝Ａ−γａ、Ｂ’＝β（Ｂ−γｂ+Ａ’・α）と表される。本実施形態では、速度制御時に速度指令値を積分した位置指令Ｐｌと位置検出値Ｐｄとの差に基づいて、オフセット補正係数γｂと位相補正係数α、振幅補正係数β、オフセット補正係数γａをそれぞれ算出し、これら補正係数に基づいて２相の正弦波信号Ａ、Ｂを補正する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸等の位置速度制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸用の位置検出器として歯車と磁気式センサーを組み合わせた検出器が多く使用されている。前記歯車は、一般的に鉄などの磁性体で構成されており、前記磁気式センサーは、磁気抵抗素子およびバイアスマグネットから成る。図８にこのような主軸用の位置検出器を用いた位置速度制御装置のブロック図を示す。
【０００３】
図８の歯車１１と１周期に１箇所の凹部または凸部を有する円板１２が回転することによって、前記歯車１１の歯に基づいて発生する磁束変化が電気信号ｘおよびｙとして、また、前記円板１２の凹部または凸部に基づいて発生する磁束変化が電気信号ｚとしてセンサー１０より出力される。これらの電気信号ｘおよびｙは一般的に２相交流信号であり、次の式１および式２のように表される。
ｘ＝Ｖ・ｓｉｎθ＋Ｖａ・・・式１
ｙ＝Ｖ／Ａ・（ｃｏｓθ−Ｋ・ｓｉｎθ）＋Ｖｂ・・・式２
【０００４】
また、電気信号ｚは、１回転に１回変化する基準信号である。ここで、Ｖは２相信号の振幅、Ｖａは信号ｘに含まれる直流成分であり、Ｖｂは信号ｙに含まれる直流成分である。上記２相信号ｘおよびｙは、それぞれＡ／Ｄコンバータ１５ａおよび１５ｂによって瞬時値（ｘ，ｙ）に変換され、誤差補正器１６で誤差補正されたあと除算器１７に入力される。従来の一般的な位置速度制御装置においては上記式１、式２に示した直流成分ＶａおよびＶｂと振幅誤差１／Ａ、位相誤差（−Ｋ・ｓｉｎθ）の値を無視しており、このとき除算器１７の出力は次の式３のように表される。
ｘ／ｙ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ ・・・式３
【０００５】
除算器１７の出力は変換器１８によってｔａｎ関数の逆変換され、位置検出値θｄは次の式４のように表される。
θｄ＝ｔａｎ^−１（ｘ／ｙ）＝ｔａｎ^−１（ｔａｎθ）・・・式４
【０００６】
以上のように検出された位置検出値θｄは、歯車の歯の１個分を１周期とする微小な位置である。また一方、２相信号ｘ、ｙと基準信号ｚはコンパレータ等により構成されるパルス回路１３によってパルス信号化されてカウンタ回路１４に入力される。このカウンタ回路１４では、パルス信号ｘｄおよびｙｄをカウントすることによって、前記位置検出値θｄの１周期を越える範囲の回転位置上位桁Ｐｕｄを検出する。そして、前記パルス信号ｚｄによりカウンタをクリアし、歯車１１の１回転周期で変化する回転位置上位桁Ｐｕｄを出力する。この前記回転位置上位桁Ｐｕｄと前記位置検出値θｄは加算器１９において加算され、歯車１１の全周にわたる回転位置検出値Ｐｄが得られる。
【０００７】
この回転位置検出値Ｐｄと、位置指令Ｐｃとの差分が減算器１で求められ、比例演算器２にて速度指令Ｖｃが演算される。微分器２０が前記回転位置検出値Ｐｄより速度検出値Ｖｄを演算する。前記速度指令Ｖｃと前記速度検出値Ｖｄの差分を減算器３で求め、その出力を比例演算器４と積分演算器５で演算し、加算器６で加算しトルク指令Ｔｃを出力する。
【０００８】
ここで、図９に誤差補正器１６のブロック図を示す。瞬時値比較部３７は、Ａ／Ｄコンバータ１５ａおよび１５ｂの出力である前記２相信号の瞬時値（ｘ、ｙ）を比較し、Ａ：ｘ＝０，Ｂ：ｙ＝０およびＣ：｜ｘ｜＝｜ｙ｜の三つの条件Ａ〜Ｃのいずれかを満たすタイミングで瞬時値保持部３８に２相信号の瞬時値（ｘ、ｙ）を保持するトリガ信号を出力する。瞬時値保持部３８は前記トリガ信号に基づいて２相信号の瞬時値（ｘ、ｙ）を取込んで保持する。この動作によって保持される２相信号の瞬時値（ｘ、ｙ）は、図１１の波形中にｙ_１，ｙ_２，ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４で示される値である。
【０００９】
このようにして保持記憶されたｙ_１，ｙ_２，ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４の値から、誤差演算部３９が下記式５から式８により各誤差を補正する係数Ａ、Ｋ、Ｖａ、Ｖｂを求め、誤差補正部４０が式１、式２に基づいて検出値を補正する。
Ａ＝ｘ_１ｘ_２＋ｙ_１ｙ_２／（２ｘ_１ｘ_２）・・・式５
Ｋ＝ｙ_１ｙ_２（ｘ_４−ｘ_３）（ｘ_４＋ｘ_３−ｘ_１−ｘ_２）／｛２ｘ_１ｘ_２
（ｘ_３^２＋ｘ_４^２）｝＋（ｘ_４＋ｘ_３）（ｙ_１＋ｙ_２＋ｘ_４−ｘ_３）／
｛２（ｘ_３^２＋ｘ_４^２）｝・・・式６
Ｖａ＝（ｘ_１＋ｘ_２）／２−Ｋ（ｙ_１＋ｙ_２）／２Ａ・・・式７
Ｖｂ＝（ｙ_１＋ｙ_２）／２−ＡＫ（ｘ_１＋ｘ_２）／２・・・式８
【００１０】
また、図１０に誤差補正器１６の別のブロック図を示す。前記式２をここでは、振幅誤差を１／Ｂ、位相誤差をθ’として次の式９に変換して扱う。
ｘ＝Ｖ・ｓｉｎθ＋Ｖａ・・・式１
ｙ＝Ｖ／Ｂ・ｃｏｓ（θ＋θ’）＋Ｖｂ・・・式９
【００１１】
図８のＡ／Ｄコンバータ１５ａおよび１５ｂの出力である前記２相信号の瞬時値（ｘ、ｙ）の最大値および最小値を最大値検出部４１ａ、４１ｂおよび最小値検出部４２ａ、４２ｂで検出する。最大値検出部４１ａ、４１ｂはピークホールド回路等から成り、最小値検出部４２ａ、４２ｂはボトムホールド回路等から成る。
【００１２】
オフセット補正値検出部４３ａは、前記最大値検出部４１ａの出力値ｘｍａｘと前記最小値検出部４２ａの出力値ｘｍｉｎを使用して、式１０により前記係数Ｖａを算出する。
Ｖａ＝（｜ｘｍａｘ｜−｜ｘｍｉｎ｜）／２−Ｖｃｏｍ・・・式１０
ここで、｜ｘ｜は絶対値、Ｖｃｏｍは基準値を示しておりＶａ＝Ｖｂ＝０である場合の前記２相信号ｘ、ｙの振幅中心電圧を示す。
【００１３】
オフセット補正値検出部４３ｂは、前記最大値検出部４１ｂの出力値ｙｍａｘと前記最小値検出部４２ｂの出力値ｙｍｉｎを使用して、式１１により前記係数Ｖｂを算出する。
Ｖｂ＝（｜ｙｍａｘ｜−｜ｙｍｉｎ｜）／２−Ｖｃｏｍ・・・式１１
ここで、｜ｙ｜は絶対値を示す。
【００１４】
振幅補正値検出部４４は、前記最大値検出部４１ａ、４１ｂの出力値ｘｍａｘおよびｙｍａｘと、前記最小値検出部４２ａ、４２ｂの出力値ｘｍｉｎおよびｙｍｉｎを使用して、式１２により前記係数Ｂを算出する。
Ｂ＝（ｘｍａｘ−ｘｍｉｎ）／（ｙｍａｘ−ｙｍｉｎ）・・・式１２
【００１５】
次に、位相補正値検出部４５について説明する。前記２相信号ｘ、ｙを使用して、式１３によりＣ信号を演算する。
Ｃ（θ）＝ｘ・ｙ・・・式１３
【００１６】
Ｃ信号の波形を図１２に示す。前記Ｃ信号は前記２相信号ｘ、ｙに対して周期が１／２の信号となり、２相信号ｘ、ｙに位相誤差θ’がある場合、オフセットが発生する。
２相信号ｘ、ｙに位相誤差が無い場合、歯車の歯の１個分を１周期とする角度θ＝４５度、１３５度、２２５度、３１５度でのＣ信号の振幅の和は、次の式１４で表されるように０となる。
Ｃ（４５）＋Ｃ（１３５）＋Ｃ（２２５）＋Ｃ（３１５）＝０・・・式１４
【００１７】
しかし、２相信号ｘ，ｙに位相誤差θ’がある場合、θ＝４５度、１３５度、２２５度、３１５度でのＣ信号の振幅の和は０とはならず、次の式１５で表される関係が成り立つ。
Ｃ（４５）＋Ｃ（１３５）＋Ｃ（２２５）＋Ｃ（３１５）
＝−２×Ｖ＾２／Ｂ・ｓｉｎ（θ’）・・・式１５
【００１８】
式１５を変形し、θ＝４５度、１３５度、２２５度、３１５度でのＣ信号の振幅の和、前記係数Ｖａ、Ｖｂ、Ｂを使用して、式１６により位相誤差θ’を算出する。
θ’＝ｓｉｎ^−１［｛Ｃ（４５）＋Ｃ（１３５）＋Ｃ（２２５）
＋Ｃ（３１５）｝・Ｂ／（−２×Ｖ＾２）］・・・式１６
【００１９】
以上のように、各誤差を補正する係数Ｖａ、Ｖｂ、Ｂ、θ’を算出し、オフセット補正部４６、位相補正部４７、振幅補正部４８が式１、式９により補正する。
【００２０】
また、ソフトウェアで自動的に位置検出誤差に起因した検出位置の内挿誤差を補正する技術として、一定速度で移動しているときに１周期分を均等に分割して１周期分を直線で結んだ理想位置と位置検出値との内挿誤差を求め、位置検出値の補正を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００２１】
また、領域毎に予め決められた補正係数を使用して、位置検出値の補正を行う方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特許第３７７２１２１号明細書
【特許文献２】特開２００２−２５７５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従来技術は、工作機械等に実装する前に、検出器単体で補正を実施する場合には、有効である。しかし、工作機械の主軸用の位置検出器として歯車と磁気式センサーを組み合わせた検出器では、機械に取り付ける状況により、前記、位相誤差、振幅誤差が異なるため、機台に取り付けた状態で、補正する必要がある。
【００２４】
図１３は、歯車１１が偏心している場合の２相信号のリサージュである。歯車１１とセンサー１０が最も近い時、２相信号は外側の円を通り、それらが最も遠い時、内側の円を通る。主軸回転数が高速で、従来技術で振幅変動検出部がない場合には、保持される瞬時値は、図１３に示される（ｘ_１，ｙ_１）〜（ｘ_４，ｙ_４）のようになる時がある。この値を用いて式７および式８の演算、つまり、点（ｘ_１，ｙ_１）と点（ｘ_３，ｙ_３）を結ぶ線分、および点（ｘ_２，ｙ_２）と点（ｘ_４，ｙ_４）を結ぶ線分のそれぞれの垂直二等分線の交点座標を求める演算を行うと、得られた座標点（Ｖａ，Ｖｂ）は、円の中心点からずれ、間違った値となる。
【００２５】
また、図１０に示す、従来の実施例においては、係数Ｂを算出するのに、２相信号の最大値と最小値をホールドしている。インバータで制御するような位置速度制御装置においては、インバータのスイッチングノイズ等が２相信号に重畳する場合があり、ノイズ成分を含んだ信号の最大値と最小値をホールドすることで、誤差が発生する。また、ノイズ成分を含んだ信号から、歯車の歯の１個分を１周期とする角度θ＝４５度、１３５度、２２５度、３１５度の２相信号をサンプリングし、位相誤差を計算しても、ノイズ成分の影響で過大な誤差が発生する。その結果、機械に検出器を取り付けた状態で、従来例の補正を行っても高精度な位置検出ができないという課題があった。
【００２６】
また、特許文献１の技術ではソフトウェアで自動的に検出位置の内挿誤差の補正ができるため、位置検出誤差を補正するアナログ回路の追加やギアとセンサーとの位置関係の調整が不要になり、各点での内挿誤差を小さくすることができ、例えば、目標位置までの軌跡精度が問題とならないような位置決めモード時には、位置決め精度を比較的高くすることができるが、位置検出分解能の低い装置では、分割するポイント数が減少するため、位置決め精度が低くなるという課題があった。
【００２７】
また、均等に分割した２点間の内挿誤差は両端の内挿誤差を直線補間して求めるため、各２点間の中心付近では内挿誤差を補正しきれず、例えば、目標位置までの軌跡精度も問題となる軌跡モード時には、各点で不連続な軌跡となって軌跡精度が低くなるという課題があった。
【００２８】
特許文献２の技術では、振幅誤差の補正係数とオフセットの補正係数のみを使用するため、位相誤差を補正することができないという課題があった。また、位置の領域が変わる時点で補正する係数が変わるため、位置検出値が不連続になる可能性がある。さらに、基準エンコーダ等を使用して、領域毎の補正係数を予め計測して導出する必要があるという課題があった。
【００２９】
本発明の目的は、工作機械の主軸用の位置検出器として歯車と磁気式センサーを組み合わせた検出器において、位置検出器を機械に取り付けた状態で検出器の位置誤差の補正ができ、歯車が偏芯し取り付けられている状態でも、または、モータ駆動用インバータのノイズが多い環境下でも、本発明の検出器の位置誤差の補正を行うことで、高精度な位置検出を可能にすることにある。
【００３０】
また、位置検出分解能や制御モードに関係なく、連続的に位置検出誤差を補正することによって、検出位置の内挿誤差を小さくでき、位置決め精度および軌跡精度を高くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明に係わる位置検出器の出力信号をフィードバックして位置制御・速度制御を行う位置速度制御装置は、回転体の回転角に応じて互いに位相の異なる２相の正弦波信号Ａ、Ｂを出力する位置検出器を備え、第１の正弦波信号Ａは、Ａ＝Ｋａ・ｓｉｎθ＋γａ、第２の正弦波信号Ｂを、Ｂ＝Ｋｂ・ｃｏｓ（θ＋θ’）＋γｂと表し、補正後の第１の正弦波信号Ａ’をＡ’＝Ａ−γａ、補正後の第２の正弦波信号Ｂ’をＢ’＝β・（Ｂ−γｂ＋Ａ’・α）と表したとき、位置検出値θｄをθｄ＝ｔａｎ^−１（Ａ’／Ｂ’）としてフィードバックに使用する位置速度制御装置において、速度制御時に速度指令値を積分した位置指令と位置検出値との差に基づいて、正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａ、正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂ、位相補正係数α、振幅補正係数βを補正する手段を備える。
【００３２】
あるいは、位置制御時に位置指令を微分した速度指令値と速度検出値との差に基づいて、正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａ、正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂ、位相補正係数α、振幅補正係数βを補正する手段を備える。
【００３３】
さらには、前記位置速度制御装置であって、前記誤差補正器は、歯車の歯１個分を１周期とする角度θ＝９０度、２７０度付近であるときに正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂと位相補正係数αを補正し、歯車の歯１個分を１周期とする角度θ＝４５度、１３５度、２２５度、３１５度付近であるときに振幅補正係数βを補正し、歯車の歯１個分を１周期とする角度θ＝０度、１８０度付近であるとき正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａを補正する。
【００３４】
あるいは、一定速度で移動しているときに、どちらか一方の相を基準として求めた理想位置と位置検出値との差である内挿誤差に基づいて、１周期の前半（１／２周期分）の位置検出値を所定時間毎にテーブルとして保持するθｄ（Ｆ）テーブル保持部と、１周期の後半（１／２周期分）の実際の検出位置を所定時間毎にテーブルとして保持するθｄ（Ｌ）テーブル保持部を持ち、その出力に基づいて１／４周期または３／４周期のタイミングで位相補正係数αを補正し、１／８周期または５／８周期、３／８周期または７／８周期のタイミングで振幅補正係数βを補正する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明により、工作機械の主軸用の位置検出器として歯車と磁気式センサーを組み合わせた検出器において、位置検出器を機械に取り付けた状態で検出器の位置誤差の補正ができ、歯車が偏芯し取り付けられている状態でも、または、モータ駆動用インバータのノイズが多い環境下でも、本発明の検出器の位置誤差の補正を行うことで、高精度な位置検出が可能となる。
【００３６】
また、位置検出分解能や制御モードに関係なく、連続的に位置検出誤差を補正することによって、検出位置の内挿誤差を小さくでき、位置決め精度および軌跡精度を高くすることが可能となる。
【００３７】
以上説明したように、本発明では、位置検出器を機械に取り付けた状態で、検出器の位置誤差の補正ができ、歯車が偏芯し取り付けられている状態でも、または、モータ駆動用インバータのノイズが多い環境下でも、本発明の検出器の位置誤差の補正を行うことで、高精度な位置検出が可能となり、また、位置検出分解能や制御モードに関係なく、連続的に位置検出誤差を補正することによって、検出位置の内挿誤差を小さくでき、位置決め精度および軌跡精度を高くすることができる位置速度制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図３】本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明の他の実施例の位置誤差補正係数算出部を説明するブロック図である。
【図５】２相信号の速度指令積分値と位置検出値の関係を示した図である。
【図６】２相信号の理想位置と位置検出値の関係を示した図である。
【図７】位置誤差補正係数算出部を説明するブロック図である。
【図８】従来例を示すブロック図である。
【図９】従来例の誤差補正部を示すブロック図である。
【図１０】従来例の誤差補正部を示すブロック図である。
【図１１】従来例の位置誤差検出部を説明する図である。
【図１２】従来例の位相誤差検出部の説明する図である。
【図１３】従来例の課題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１に本発明の位置速度制御装置を回転軸に適用した実施例を示す。図８に示した従来例と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図８と同様に、図１でも、回転軸に適用したが、直線軸に適用しても同様な機能が実現できる。
【００４０】
図１の位置速度制御装置は、回転体の回転角に応じて互いに位相の異なる２相の正弦波信号Ａ、Ｂを出力する。第１の正弦波信号Ａおよび第２の正弦波信号Ｂは次の式１７および式１８で表される。
Ａ＝Ｋａ・ｓｉｎθ＋γａ・・・式１７
Ｂ＝Ｋｂ・ｃｏｓ（θ＋θ’）＋γｂ・・・式１８
【００４１】
積分器２５は、速度指令Ｖｃを積分し、速度指令積分値Ｐｌを出力する。位置誤差補正係数算出部２６は、前記速度指令積分値Ｐｌと前記位置検出値Ｐｄを入力とし、正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａ、正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂ、位相補正係数α、振幅補正係数βを出力する。
【００４２】
オフセット補正部２２で、Ａ／Ｄコンバータ１５ａが出力した正弦波信号Ａから、正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａを減算し、出力する補正後の正弦波信号Ａ’は次の式１９のように表される。
Ａ’＝Ａ−γａ・・・式１９
【００４３】
Ａ／Ｄコンバータ１５ｂが出力した正弦波信号Ｂから、正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂを減算し、（Ｂ−γｂ）を出力する。位相補正部２３は、前記オフセット補正部２２の出力信号Ａ’、（Ｂ−γｂ）と、初期値が０である位相補正係数αを入力とし、信号（Ｂ−γｂ＋Ａ’・α）を出力する。振幅補正部２４は、前記信号（Ｂ−γｂ＋Ａ’・α）と、初期値が１である振幅補正係数βを入力とし、出力する補正後の正弦波信号Ｂ’は次の式２０のように表される。
Ｂ’＝β・（Ｂ−γｂ＋Ａ’・α）・・・式２０
【００４４】
除算器１７が前記補正後の正弦波信号Ｂ’を前記補正後の正弦波信号Ａ’で除算し、変換器１８が出力する位置検出値θｄは次の式２１のように表される。
θｄ＝ｔａｎ^−１（Ａ’／Ｂ’）・・・式２１
【００４５】
また、上記説明では、Ａを基準として、Ｂの位相誤差・振幅誤差を補正したが、逆に、Ｂを基準として、Ａの位相誤差・振幅誤差を補正しても良い。
【００４６】
図１において、本発明は、工作機械の主軸等において、速度指令と主軸等の実速度が一致していることを前提としている。そのため、速度指令と主軸等の実速度が一致しないような状態では正確な誤差補正ができない。そのため、誤差補正モード等を用意し、誤差補正信号が入力されたとき（ｍｏｄｅ：ＯＮ）に速度制御ループゲインを高く設定し、速度指令と主軸等の実速度が一致するようにする。
【００４７】
次に、位置誤差補正係数算出部２６について説明する。例えば、前記歯車１１の歯数が３６０とすると、前記正弦波信号Ａの１周期分は歯車回転角度で１度となる。前記速度指令積分値Ｐｌを横軸とし、歯車回転角度１度分を横軸フルスケールとする。位置検出値Ｐｄの歯車回転角度１度分を縦軸フルスケールとしてプロットすると図５のようになる。
【００４８】
正弦波信号Ａのオフセット、正弦波信号Ｂのオフセット、位相誤差、振幅誤差が存在しない場合（パターン１）は、Ｐｌ＝Ｐｄとなる。正弦波信号Ａのオフセットのみがある場合（パターン２）は、正弦波信号Ａのオフセットが正のときは実線のようになり、正弦波信号Ａのオフセットが負のときは点線のようになる。また、正弦波信号Ｂのオフセットのみがある場合（パターン３）は、正弦波信号Ｂのオフセットが正のときは実線のようになり、正弦波信号Ｂのオフセットが負のときは点線のようになる。また、位相誤差のみがある場合（パターン４）は、位相誤差が正のときは実線のようになり、位相誤差が負のときは点線のようになる。振幅誤差のみがある場合（パターン５）は、振幅誤差が１より大きいときは実線のようになり、振幅誤差が1より小さいときは点線のようになる。
【００４９】
Ｐｌ＝０度、１８０度近辺では、正弦波信号Ａのオフセットの感度が、Ｐｌ＝９０度、２７０度近辺では正弦波信号Ｂのオフセットと位相誤差の感度が大きいことが、Ｐｌ＝４５度、１３５度、２２５度、３１５度近辺では振幅誤差の感度が大きいことが分かる。また、歯車の偏芯等があり、正弦波信号の振幅が歯車１回転で１周期の振幅差が発生していても前記速度指令積分値Ｐｌと前記位置検出値Ｐｄの関係は全く同じであり、歯車の偏芯の影響を受けない。
【００５０】
図７に前記正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａを演算する一例を示す。誤差演算器５３は、前記速度指令積分値ＰｌがＰｌ＝０度、１８０度となる角度のときの前記速度指令積分値Ｐｌの値と前記位置検出値Ｐｄの値を使用して、式２２によりΔγａを算出する。
Δγａ＝−Ｐｌ（０）＋Ｐｄ（０）＋Ｐｌ（１８０）−Ｐｄ（１８０）・・・式２２
【００５１】
前記誤差演算器５３の出力Δγａを比例演算器５４、積分演算器５５で演算し、それぞれの出力を加算器５６で加算し、正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａを出力する。位置演算器５７は、加算器５６から出力された正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａを使用して、正弦波信号Ａ、Ｂを前記式１９、式２０、式２１により、位置指令値θｄを演算する。速度指令積分値ＰｌがＰｌ＝０度、１８０度となる角度のときの速度指令積分値Ｐｌの値と位置検出値Ｐｄの値を誤差演算器５３へ出力する。Δγａ＝０となったとき、正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａの演算が収束する。
【００５２】
正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂも正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａと同様に演算できる。誤差演算器５３は、速度指令積分値ＰｌがＰｌ＝９０度、２７０度となる角度のときの速度指令積分値Ｐｌの値と位置検出値Ｐｄの値を使用し、式２３によりΔγｂを算出する。
Δγｂ＝−Ｐｌ（９０）＋Ｐｄ（９０）＋Ｐｌ（２７０）−Ｐｄ（２７０）・・・式２３
【００５３】
前記誤差演算器５３の出力Δγｂを比例演算器５４、積分演算器５５で演算し、それぞれの出力を加算器５６で加算し、正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂを出力する。
【００５４】
位相補正係数αも正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａと同様に演算できる。誤差演算器５３は、速度指令積分値ＰｌがＰｌ＝９０度、２７０度となる角度のときの速度指令積分値Ｐｌの値と位置検出値Ｐｄの値を使用し、式２４によりΔαを算出する。
Δα＝−Ｐｌ（９０）＋Ｐｄ（９０）＋Ｐｌ（２７０）−Ｐｄ（２７０）・・・式２４
【００５５】
前記誤差演算器５３の出力Δαを比例演算器５４、積分演算器５５で演算し、それぞれの出力を加算器５６で加算し、位相補正係数αを出力する。
【００５６】
振幅補正係数βも正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａと同様に演算できる。誤差演算器５３は、速度指令積分値ＰｌがＰｌ＝４５度、１３５度、２２５度、３１５度となる角度のときの速度指令積分値Ｐｌの値と位置検出値Ｐｄの値を使用し、式２５によりΔβを算出する。
Δβ＝−Ｐｌ（４５）＋Ｐｄ（４５）＋Ｐｌ（１３５）
−Ｐｄ（１３５）−Ｐｌ（２２５）＋Ｐｄ（２２５）
＋Ｐｌ（３１５）−Ｐｄ（３１５）・・・式２５
【００５７】
前記誤差演算器５３の出力Δβを比例演算器５４、積分演算器５５で演算し、それぞれの出力を加算器５６で加算し、振幅補正係数βを出力する。
【００５８】
次に、図２に本発明の位置速度制御装置を回転軸に適用した別の実施例を示す。従来例図８および実施例図１と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。微分器３５は、位置指令Ｐｃを微分し、位置指令微分値Ｖｃ’を出力する。
【００５９】
位置誤差補正係数算出部３６は、位置指令微分値Ｖｃ’と速度指令Ｖｃを入力とし、正弦波信号Ａのオフセット誤差補正係数γａ、正弦波信号Ｂのオフセット誤差補正係数γｂ、位相補正係数γａ、振差補正係数γｂを出力する。
【００６０】
実施例図２では、図５の横軸を速度指令Ｖｃ、縦軸を位置指令微分値Ｖｃ’とすると同様な図となる。前記実施例図１で説明した前記速度指令積分値Ｐｌを速度指令Ｖｃに、前記位置検出値Ｐｄを位置指令微分値Ｖｃ’に置き換え演算する。
【００６１】
次に、図３に本発明の位置速度制御装置を回転軸に適用した別の実施例を示す。従来例図８、実施例図１および図２と同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。位置誤差補正係数算出部３０は、一定速度で移動しているときの正弦波信号Ａと位置検出値θｄを入力とし、位相補正係数α、振幅補正係数βを出力する。
【００６２】
図４に誤差補正器２７のブロック図を示す。θｄ（Ｆ）テーブル保持部５０ａは、一定速度で移動しているときに、正弦波信号Ａを基準として、１周期の前半（１／２周期分）の位置検出値θｄを所定時間毎にテーブルとして保持する。θｄ（Ｌ）テーブル保持部５０ｂは、一定速度で移動しているときに、正弦波信号Ａを基準として、１周期の後半（１／２周期分）の位置検出値θｄを所定時間毎にテーブルとして保持する。位相補正値検出部５２は、θｄ（Ｆ）テーブル保持部５０ａまたはθｄ（Ｌ）テーブル保持部５０ｂが出力した、特定のタイミングの位置検出値θｄを使用して、位相補正係数αを出力する。位相補正部２８は、位相補正値検出部５２が出力した位相補正係数αに基づいて位相誤差を補正する。振幅補正値検出部５１は、θｄ（Ｆ）テーブル保持部５０ａまたはθｄ（Ｌ）テーブル保持部５０ｂが出力した特定のタイミングの位置検出値θｄを使用して、振幅補正係数βを出力する。振幅補正部２９は、振幅補正値検出部５１が出力した振幅補正係数βに基づいて振幅誤差を補正する。
【００６３】
次に、位相誤差または振幅誤差の検出方法を示した図６を参照しながら、位相補正値検出部５２および振幅補正値検出部５１を説明する。互いに位相の異なる２相の正弦波信号Ａ、Ｂに位相誤差または振幅誤差が含まれている場合には、２相信号１周期に対して２倍の周期の内挿誤差が発生する。
【００６４】
位相補正値検出部５２では、位相差が９０度より大きく、かつ、振幅比が１の場合（パターン１）、一定速度で移動しているときに、１／４周期または３／４周期のタイミングで理想位置に対して内挿誤差が正の最大値となることに着目し、１／４周期または３／４周期のタイミングの位置検出値θｄを小さくして内挿誤差が小さくなるように初期値が０である位相補正係数αを増加させる。位相差が９０度より小さく、かつ、振幅比が１の場合（パターン２）、一定速度で移動しているときに、１／４周期または３／４周期のタイミングで理想位置に対して内挿誤差が負の最大値となることに着目し、１／４周期または３／４周期のタイミングの位置検出値θｄを大きくして内挿誤差が小さくなるように、初期値が０である位相補正係数を減少させる。
【００６５】
振幅補正値検出部５１では、位相差が９０度で、かつ、振幅比が１より大きい場合（パターン３）、一定速度で移動しているときに、１／８周期または５／８周期のタイミングで理想位置に対して内挿誤差が負の最大値、３／８周期または７／８周期のタイミングで理想位置に対して内挿誤差が正の最大値となることに着目し、１／８周期または５／８周期のタイミングの位置検出値θｄを大きく、３／８周期または７／８周期のタイミングの位置検出値θｄを小さくして内挿誤差が小さくなるように、初期値が１である位相補正係数を減少させる。位相差が９０度で、かつ、振幅比が１より小さい場合（パターン４）、一定速度で移動しているときに、１／８周期または５／８周期のタイミングで理想位置に対して内挿誤差が正の最大値、３／８周期または７／８周期のタイミングで理想位置に対して内挿誤差が負の最大値となることに着目し、１／８周期または５／８周期のタイミングの位置検出値θｄを小さく、３／８周期または７／８周期のタイミングの位置検出値θｄを大きくして内挿誤差が小さくなるように、初期値が１である位相補正係数を増加させる。
【符号の説明】
【００６６】
１，３減算器、２，４，５４比例演算器、５，５５積分演算器、６，１９，５６加算器、７インバータ、８モータ、１０センサー、１１歯車、１２円板、１３パルス回路、１４カウンタ回路、１５ａ，１５ｂＡ／Ｄコンバータ、１６，２１，２７，３１誤差補正器、１７除算器、１８変換器、２０，３５微分器、２２，３２，４６オフセット補正部、２３，２８，３３，４７位相補正部、２４，２９，３４，４８振幅補正部、２５積分器、２６，３０，３６位置誤差補正係数算出部、３７瞬時値比較部、３８瞬時値保持部、３９誤差演算部、４０，４９誤差補正部、４１ａ，４１ｂ最大値検出部、４２ａ，４２ｂ最小値検出部、４３ａ，４３ｂオフセット補正値検出部、４４，５１振幅補正値検出部、４５，５２位相補正値検出部、５０ａ θｄ（Ｆ）テーブル保持部、５０ｂ θｄ（Ｌ）テーブル保持部、５３誤差演算器、５７位置演算器。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出器の出力信号をフィードバックして位置制御・速度制御を行う位置速度制御装置であって、
回転体の回転角に応じて第１の正弦波信号Ａ＝Ａ＝Ｋａ・ｓｉｎθ＋γａおよび第２の正弦波信号Ｂ＝Ｋｂ・ｃｏｓ（θ＋θ’）＋γｂを出力する位置検出器と、
補正後の第１の正弦波信号Ａ’＝Ａ−γａ、補正後の第２の正弦波信号Ｂ’＝β・（Ｂ−γｂ＋Ａ・α）に基づいて、位置検出値θｄ＝ｔａｎ^−１（Ａ’／Ｂ’）を算出し、フィードバックさせる手段と、
速度制御時に速度指令値を積分した位置指令と位置検出値との差に基づいて、第１の正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａ、第２の正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂ、位相補正係数α、振幅補正係数βを求め、第１の正弦波信号Ａおよび第２の正弦波信号Ｂを補正する手段と、
を備えた位置速度制御装置。
【請求項２】
位置検出器の出力信号をフィードバックして位置制御・速度制御を行う位置速度制御装置であって、
回転体の回転角に応じて第１の正弦波信号Ａ＝Ａ＝Ｋａ・ｓｉｎθ＋γａおよび第２の正弦波信号Ｂ＝Ｋｂ・ｃｏｓ（θ＋θ’）＋γｂを出力する位置検出器と、
補正後の第１の正弦波信号Ａ’＝Ａ−γａ、補正後の第２の正弦波信号Ｂ’＝β・（Ｂ−γｂ＋Ａ・α）に基づいて、位置検出値θｄ＝ｔａｎ^−１（Ａ’／Ｂ’）を算出し、フィードバックさせる手段と、
位置制御時に位置指令を微分した速度指令値と速度検出値との差に基づいて、第１の正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａ、第２の正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂ、位相補正係数α、振幅補正係数βを求め、第１の正弦波信号Ａおよび第２の正弦波信号Ｂを補正する手段と、
を備えた位置速度制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の位置速度制御装置であって、
歯車の歯１個分を１周期とする角度θ＝９０度、２７０度付近であるときに正弦波信号Ｂのオフセット補正係数γｂと位相補正係数αを補正し、
歯車の歯１個分を１周期とする角度θ＝４５度、１３５度、２２５度、３１５度付近であるときに振幅補正係数βを補正し、
歯車の歯１個分を１周期とする角度θ＝０度、１８０度付近であるときに正弦波信号Ａのオフセット補正係数γａを補正することを特徴とする位置速度制御装置。
【請求項４】
位置検出器の出力信号をフィードバックする位置制御・速度制御を行う位置速度制御装置であって、
前記位置速度制御装置は、回転体の回転角に応じて互いに位相の異なる２相の正弦波信号Ａ、Ｂを出力する位置検出器を備え、
第１の正弦波信号は、Ａ＝Ｋａ・ｓｉｎθ＋γａ、第２の正弦波信号を、Ｂ＝Ｋｂ・ｃｏｓ（θ＋θ’）＋γｂと表し、補正後の第１の正弦波信号をＡ’＝Ａ−γａ、補正後の第２の正弦波信号をＢ’＝β・（Ｂ−γｂ＋Ａ・α）と表したとき、
位置検出値θｄを、θｄ＝ｔａｎ^−１（Ａ’／Ｂ’）としてフィードバックに使用する位置速度制御装置において、
回転体の回転角に応じて第１の正弦波信号Ａ＝Ａ＝Ｋａ・ｓｉｎθ＋γａおよび第２の正弦波信号Ｂ＝Ｋｂ・ｃｏｓ（θ＋θ’）＋γｂを出力する位置検出器と、
補正後の第１の正弦波信号Ａ’＝Ａ−γａ、補正後の第２の正弦波信号Ｂ’＝β・（Ｂ−γｂ＋Ａ・α）に基づいて、位置検出値θｄ＝ｔａｎ^−１（Ａ’／Ｂ’）を算出し、フィードバックさせる手段と、
一定速度で移動しているときに、どちらか一方の相を基準として求めた理想位置と位置検出値との差である内挿誤差に基づいて、１周期の前半（１／２周期分）の位置検出値を所定時間毎にテーブルとして保持するθｄ（Ｆ）テーブル保持部、および、１周期の後半（１／２周期分）の位置検出値を所定時間毎にテーブルとして保持するθｄ（Ｌ）テーブル保持部と、
θｄ（Ｆ）テーブル保持部およびθｄ（Ｌ）テーブル保持部に記録されている１／４周期または３／４周期のタイミングの位置検出値に基づいて、位相補正係数αを算出し、第２の正弦波信号を補正する位相補正手段と、
θｄ（Ｆ）テーブル保持部およびθｄ（Ｌ）テーブル保持部に記録されている１／８周期または５／８周期、３／８周期または７／８周期のタイミングの位置検出値に基づいて、振幅補正係数βを算出し、第２の正弦波信号を補正する振幅補正手段と、
を備えることを特徴とする位置速度制御装置。

【図１】