專利名稱：信號處理裝置、方法、程序、媒體、檢測裝置及伺服機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及信號處理裝置，例如，涉及對從檢測電動機的旋轉角度的編碼器輸出的雙相信號進行處理，檢測電動機的驅動速度(旋轉角速度)的信號處理裝置、信號處理方法、信號處理程序、記錄媒體、速度檢測裝置以及控制電動機驅動速度的伺服機構。
背景技術：
以往，已知控制電動機的驅動速度(例如旋轉速度)的伺服機構(例如，文獻1特開2004-5218號公報)。
現有的伺服機構1如圖12所示具備作為控制對象的電動機11；檢測電動機11的旋轉位置(旋轉角度)并且輸出位置數據的編碼器12；以及根據來自編碼器12的位置數據來計算電動機旋轉速度的同時控制施加到電動機11上的電流以使得電動機旋轉速度為目標速度的控制部13。
編碼器12檢測電動機11的旋轉位置(旋轉角度)的同時進行鎖存，用絕對碼(absolute code)輸出電動機11的旋轉位置信息。而且，通過串行通信線路14連接編碼器12和控制部13。
在圖13中表示具備上述結構的伺服機構中的、電動機11的旋轉速度控制的時序圖。
首先，通過串行通信線路14從控制部13向編碼器12發送位置檢測的指令S1。當接收檢測指令S1時，編碼器12檢測電動機11的旋轉位置(圖13中表示為P0、P1、P2)的同時，對該檢測值進行鎖存并將電動機11的位置數據輸出到控制部13。
控制部13從編碼部12接收電動機11的旋轉位置數據時，根據電動機旋轉位置控制電動機11的速度。即，控制部13將接收到的電動機旋轉位置與一個周期前接收到的電動機旋轉位置進行比較計算出電動機11的旋轉速度，將計算出的電動機旋轉速度與目標速度進行比較。于是，根據電動機速度和目標速度之差計算施加在電動機11上的電流的占空比，同時按照計算出的占空比控制電動機11的速度。
通過重復上述的控制周期，將電動機11的旋轉速度控制成為目標速度。
然而，如上所述，基于通過獲得按照一定的采樣周期檢測出的電動機旋轉位置數據并且根據它們的差分計算出的電動機速度進行速度控制的情況下，通過計算獲得的速度數據成為當前的控制周期的速度和前一個周期的速度之平均速度數據。這樣，在速度控制中，產生采樣周期T的1/2的空耗時間(時間延遲)。由于存在這樣的空耗時間，所以控制系統的相位延遲增大，其結果是會產生損壞控制穩定性的問題。
發明內容
本發明的主要的目的在于，提供一種根據來自編碼器的信號迅速地獲得控制對象的驅動速度的信號處理裝置、信號處理方法、信號處理程序、速度檢測裝置以及將電動機驅動速度控制為穩定的伺服機構。
本發明的信號處理裝置是對與驅動體的驅動位置對應地從傳感器輸出的位置信息信號進行信號處理并且檢測所述驅動體的驅動速度的信號處理裝置，其特征在于，具備位置信息信號處理部，對所述位置信息信號進行信號處理并計算所述驅動體的驅動速度信息；以及內部位置信息生成部，反映由所述位置信息信號處理部計算出的最新的所述驅動速度信息，生成所述驅動體的最新的推定位置來作為內部位置信息，其中，所述位置信息信號處理部根據來自所述傳感器的所述位置信息信號和由所述內部位置信息生成部生成的所述內部位置信息的差分，來計算所述驅動體的驅動速度信息。
在該結構中，在內部位置信息生成部生成反映了驅動體的最新的驅動速度信息的驅動體的位置信息作為內部位置信息，一旦從傳感器輸入驅動體的位置信息信號，則立即在位置信息信號處理部中計算傳感器的位置信息信號和所述內部位置信息的差分。根據該差分計算并輸出驅動體的驅動速度。該驅動速度例如在作為驅動體的驅動速度信息輸出到設置在外部的控制部件的同時輸入到內部位置信息生成部以用于推定驅動體的最新位置。
這里，內部位置信息生成部由于生成通常反映了最新的驅動速度信息的驅動體的位置信息，因此，持有盡可能推定的最新的驅動體的位置信息。因此，能夠縮小由該內部位置信息生成部生成的內部位置信息與從傳感器輸入的位置信息信號的時間間隙(Δt)，例如，若看做極其微小的時間(Δt→0)，則來自傳感器的位置信息信號和由內部位置信息生成部生成的內部位置信息的差分即成為來自傳感器的位置信息信號的微分值，不作改變地就成為驅動體的驅動速度。
由于由內部位置信息生成部預先生成驅動體的推定位置作為內部位置信息，因此，一旦從傳感器輸入位置信息信號時，則立即計算出兩者的差分，得到驅動體的驅動速度。而且，所獲得的驅動速度信息大致等于將從傳感器輸入的位置信息信號立即進行微分所得到的驅動速度信息，能夠獲得相對于輸入的位置信息沒有延遲的速度信息。
以往由于是采用以一定的采樣周期獲得的位置數據計算出當前周期和一個周期前的控制周期的位置之差，因此，只不過是得到1/2周期延遲的平均速度，然而，本發明中，由于能夠獲得輸入采樣信號(位置信息信號)的該時刻的驅動速度，因此，時間延遲極其微小，能夠發揮可跨時代地改善現有的時間延遲這樣的特別效果。
因此，例如，若將由該信息處理裝置獲得的驅動速度信息作為反饋信號對驅動體進行驅動控制時，則由于沒有相位延遲，因此，能夠使得控制系統極其穩定。
在本發明中，最好是，內部位置信息生成部根據將從所述位置信息信號處理部輸出的所述驅動速度信息依次積分得到的積分值，來生成所述內部位置信息。
根據這樣的結構，由于從位置信息信號處理部輸出的是驅動體時時刻刻的驅動速度，因此，通過在該內部位置信息生成部將該驅動速度依次進行積分，能夠獲得基于該速度信息的驅動體的位置信息。而且，通過對直至最新的驅動速度信息進行積分，通過估計從上次的輸入位置信息信號到下一時刻為止驅動體驅動的驅動量，獲得推定驅動體的位置的內部位置信息。
如此，由于由內部位置信息生成部預先生成驅動體的推定位置作為內部位置信息，因此，一旦從傳感器輸入位置信息信號時，則能夠立即計算出兩者的差分獲得驅動體的驅動速度。
在本發明中，最好所述位置信息信號處理部具備差分計算部件，計算來自所述傳感器的所述位置信息信號和由所述內部位置信息生成部生成的內部位置信息的差分；以及驅動速度計算部件，根據來自所述差分計算部件的所述差分，計算所述驅動體的驅動速度信息。
這里，作為驅動速度計算部件，列舉了作為示例的以在所述差分計算部件計算出的所述差分上乘以規定增益來計算所述驅動速度信息。
利用該結構，在由差分計算部件計算出的位置信息信號和內部位置信息的差分上例如乘以適當的增益，計算出對應于驅動體的特性的驅動速度信息。
例如，當從傳感器輸入對應于驅動體的驅動位置而周期性變化的正弦波狀信號的情況下，位置信息信號是以相位作為參數的三角函數值，作為驅動速度信息希望獲得相位變化量時，利用驅動速度計算部件從三角函數值變換成相位變化量，求得作為驅動速度信息的相位變化量。
在本發明中，最好是，從所述傳感器輸出的位置信息信號是對應于驅動體的驅動而周期性變化的周期函數信號，所述位置信息信號處理部輸出所述周期函數信號的相位變化量作為所述驅動體的驅動速度信息，所述內部位置信息生成部件具備積分部件，對來自所述位置信息信號處理部的所述相位變化量進行積分并計算與所述驅動體的位置信息相當的相位；以及內部位置信息變換部，計算出與由所述積分部件計算出的所述相位相對應的周期函數值來作為所述內部位置信息。
在上述的結構中，相對于從傳感器輸入的周期函數的位置信息信號，計算相位變化量以作為驅動速度信息。而且，對該相位變化量即驅動速度信息進行積分之后計算相位，進一步地，計算出對應于該相位的周期函數值作為內部位置信息。
由于輸入的是周期函數值，因此，為了求出輸入的位置信息信號和內部位置信息的差分，即使作為內部位置信息也需要持有函數值時，根據由積分部件計算出的相位，利用內部位置信息變換部件計算對應于該相位的函數值。由此，立即計算出輸入的位置信息信號和內部位置信息的差分，獲得相對于輸入的位置信息沒有延遲的速度信息。
此外，通過具有計算出以相位為參數的預定函數值的內部位置信息變換部，即使從傳感器輸入的位置信息信號即使不是相位信息其本身，也可以是正弦波狀信號等，因此，由于能夠將一般作為傳感器使用的編碼器(光電式、磁性、靜電電容式等)原樣地作為傳感器使用，并且不需要僅適合于本發明的信號處理裝置的特殊的設計變更，因此，是簡便的，同時能夠避免成本上升。
在本發明中，最好是，所述周期函數信號是由相互具有預定相位差的第1信號以及第2信號構成的雙相信號，所述位置信息信號處理部具備第1信號處理部，對所述第1信號進行信號處理并且輸出所述第1信號的相位變化量作為所述驅動速度信息；以及第2信號處理部，對所述第2信號進行信號處理并且輸出所述第2信號的相位變化量作為所述驅動速度信息，在所述位置信息信號處理部的后級側設置信號切換部，該信號切換部切換選擇來自所述第1信號處理部的輸出信號和來自所述第2信號處理部的輸出信號中的、基于相對于相位變化量所述周期函數信號的信號值變化量大的一方的周期函數信號的輸出信號。
利用該結構，由于由信號切換部選擇根據雙相信號中相對于相位變化量信號值變化大的一方的信號計算出的相位變化量(驅動速度信息)，因此，能夠高精度地獲得作為驅動速度信息的相位變化量。
若從傳感器輸出的位置信息信號是周期函數，則存在相對于相位的變化函數值的變化率變小的區域，因此，即使從該周期函數值中減去內部位置信息，也有可能不能夠高精度地求得相位的變化量，然而，若切換具有相位差的雙相信號并采用相對于相位變化信號變化量大的信號(第1信號或第2信號)，則能夠在整個范圍中高精度地獲得相位變化量。
這里，例如，周期函數信號是具有90度相位差的三角函數信號，可以是第1信號為正弦波信號(Asinθ)、第2信號為余弦波信號(Acosθ)，或者，也可以是第1信號為tanθ、第2信號為1/tanθ。
進一步地，即使從傳感器輸出的雙相信號是正弦波信號(Asinθ)以及余弦波信號(Acosθ)的情況下，也可以利用基于變換成tanθ(＝Asinθ/Acosθ)和1/tanθ(＝Acosθ/Asinθ)的雙相信號的信號處理，檢測驅動體的驅動速度。如此，若取得2個信號之比，就能夠獲得不會受到信號振幅變動影響的輸入信號。
在本發明中，最好是，所述周期函數信號是正弦波狀信號，所述信號切換部具備判斷部，將所述第1信號以及所述第2信號中的任意一方的信號值和預定閾值進行比較并且進行大小判斷；以及切換部件，根據由所述判斷部產生的判斷結果，在來自所述第1信號處理部的輸出信號和來自所述第2信號處理部的輸出信號之間進行切換。
例如，若一方信號值的絕對值比閾值小，則使用該方的信號值即可，若一方的信號值的絕對值比閾值高，則使用另一方的信號值即可。
根據這樣的結構，正弦波狀信號當絕對值較大，則相對于相位的變化率變小時，根據與預定閾值的大小判斷，選擇相對于相位的變化率較大的信號。由此，在整個范圍中能夠高精度地獲得相位變化量。而且，在判斷相對于相位變化的信號變化量大的一方時，不需要復雜的運算處理，只要將一方的信號值與閾值進行比較并判斷大小即可，因此，是簡便的。
在本發明中，最好是，具備符號變換部，該符號變換部將從所述位置信息信號處理部輸出的相位變化量的符號變換成表示與所述驅動體移動方向相對應的增減的符號。
當來自傳感器的位置信息信號是周期性增減的周期函數時，即使在驅動體向正向位移、相位增大的情況下，也產生作為位置信息信號的信號值減少的區域。若從上述減少的信號值中單純地減去內部位置信息，則無論驅動體向正向位移、相位增大，相位變化量也會變成負值。這一點，在本發明中，由于具備符號變換部，因此，假設即使在驅動體向正向位移時將相位變化量計算成負值的情況下，也能夠將相位變化量的符號變換成對應于驅動體的移動方向的增減方向，獲得增減方向的正確驅動速度(相位變化量)，并且，根據該增減方向的正確驅動速度(相位變化量)生成內部位置信息。
而且，一般地，在作為傳感器的編碼器中，輸出周期性變化的正弦波狀的信號作為傳感器的輸出，在本發明的信號處理裝置中，由于具備符號變換部，能夠通過對一般的傳感器輸出的傳感器信號作適當處理之后獲得控制對象的驅動速度，不需要僅適合于本發明的信號處理裝置的特殊的設計變更，因此，是簡便的，同時能夠避免成本上升。
在本發明中，最好是，所述內部位置信息生成部件具備第1積分部件，對從所述第1信號處理部輸出的所述第1信號的相位變化量進行積分以計算與所述驅動體的位置信息相當的相位；第1內部位置信息變換部，根據由所述第1積分部件計算出的相位計算所述第1信號的函數值；第2積分部件，對從所述第2信號處理部輸出的所述第2信號的相位變化量進行積分，計算與所述驅動體的位置信息相當的相位；以及第2內部位置信息變換部，根據由所述第2積分部件計算出的相位，計算所述第2信號的函數值。
在上述結構中，從傳感器作為雙相信號輸出第1信號和第2信號，第1信號由第1信號處理部處理輸出第1信號的相位變化量，第2信號由第2信號處理部處理輸出第2信號的相位變化量。由第1積分部件將從第1信號處理部輸出的第1信號的相位變化量依次積分，計算第1信號的最新的相位。將由第1積分部件計算出的相位輸入到第1內部位置信息變換部，由第1內部位置信息變換部計算第1信號的函數值作為驅動體的最新的推定位置。在第1信號處理部中，計算由第1內部位置信息變換部計算出的第1信號的函數值和從傳感器輸入的第1信號的差分，根據該差分計算驅動體的驅動速度。
由第2積分部件將從第2信號處理部輸出的第2信號的相位變化量依次積分，計算第2信號的最新的相位。將由第2積分部件計算出的相位輸入到第2內部位置信息變換部，由第2內部位置信息變換部計算第2信號的函數值作為驅動體的最新的推定位置。在第2信號處理部中，計算由第2內部位置信息變換部計算出的第2信號的函數值和從傳感器輸入的第2信號的差分，根據該差分計算驅動體的驅動速度。
而且，將來自第1信號處理部的輸出信號和來自第2信號處理部的輸出信號中由信號切換部選擇出的信號作為驅動體的驅動速度輸出。
根據上述的結構，當從傳感器輸出第1信號和第2信號的雙相信號時，與處理第1信號的第1信號處理部對應地具備第1積分部件和第1內部位置信息變換部，與處理第2信號的第2信號處理部對應地具備第2積分部件和第2內部位置信息變換部。由此，在計算基于第1信號的驅動體的驅動速度時，在以基于第1信號的相位變化量為反饋信息的第1積分部件以及第1內部位置信息變換部構成的回路中，能夠利用僅基于第1信號的運算處理計算驅動速度信息。
又，同樣地，在計算基于第2信號的驅動體的驅動速度時，在以基于第2信號的相位變化量為反饋信息的第2積分部件以及第2內部位置信息變換部構成的回路中，能夠利用僅基于第2信號的運算處理計算驅動速度信息。
因此，例如，即使在第1信號和第2信號振幅不同的情況下，從各個位置信息處理部(第1信號處理部、第2信號處理部)輸出的各個速度信息也不會受到第1信號和第2信號的振幅差的影響。由此，抑制了第1信號和第2信號的振幅差的影響，即使在利用信號切換部切換輸出從第1信號處理部和第2信號處理部輸出的驅動速度信息的情況下，輸出的驅動速度信息也是平滑地連續。
在本發明中，最好是，所述驅動體是具有轉子的電動機，從所述傳感器輸出的位置信息信號是對應于所述電動機的旋轉驅動而周期性變化的周期函數信號，所述位置信息信號處理部輸出旋轉角速度作為所述電動機的驅動速度信息，積分部件將來自所述位置信息信號處理部的所述旋轉角速度進行積分，計算電動機的旋轉相位角，所述內部位置信息變換部計算基于所述電動機的旋轉相位角的周期函數值。
根據該結構，能夠根據對應于電動機的旋轉驅動從傳感器輸出的周期函數信號來獲得旋轉角速度作為電動機的驅動速度。
本發明的信號處理方法是對于對應于驅動體的驅動位置從傳感器輸出的位置信息信號進行信號處理并檢測所述驅動體的驅動速度的信號處理方法，其特征在于，具備位置信息信號處理工序，對所述位置信息信號進行信號處理，計算所述驅動體的驅動速度信息；以及內部位置信息生成工序，反映由所述位置信息信號處理工序計算出的最新的所述驅動速度信息，生成所述驅動體的最新的推定位置來作為內部位置信息，其中，所述位置信息信號處理工序根據來自所述傳感器的所述位置信息信號和由所述內部位置信息生成工序生成的所述內部位置信息的差分，來計算所述驅動體的驅動速度信息。
利用上述的結構，能夠發揮與上述發明相同的作用效果。
本發明的信號處理程序是由組裝入信號處理裝置中的計算機來執行的信號處理程序，所述信號處理裝置對于對應于驅動體的驅動位置從傳感器輸出的位置信息信號進行信號處理并檢測所述驅動體的驅動速度，其特征在于，使所述計算機作為位置信息信號處理部和內部位置信息生成部來發揮作用，所述位置信息信號處理部對所述位置信息信號進行信號處理并且計算所述驅動體的驅動速度信息，所述內部位置信息生成部反映由所述位置信息信號處理部計算出的最新的所述驅動速度信息并生成所述驅動體的最新的推定位置來作為內部位置信息，同時，所述位置信息信號處理部根據來自所述傳感器的所述位置信息信號和由所述內部位置信息生成部生成的所述內部位置信息的差分，來計算所述驅動體的驅動速度信息。
本發明的記錄媒體的特征在于，記錄了上述信號處理程序。
如此，若將信號處理程序裝載到計算機并且使該計算機作為各功能部發揮作用，則能夠容易地進行各種參數的改變等等。
又，在裝載該信號處理程序時，可以將存儲卡或CD-ROM等直接插入信號處理裝置中，也可以將這些存儲媒體通過外接讀取設備與信號處理裝置連接。進一步地，可以用LAN電纜、電話線等與信號處理裝置連接并通過通信供給并裝載信號處理程序，也可以是以無線方式供給并裝載信號處理程序。
本發明的速度檢測裝置的特征在于，具備傳感器，輸出與驅動體的驅動位置相對應的位置信息信號；以及上述信號處理裝置。
利用該結構，能夠作成通過信號處理裝置處理來自傳感器的位置信息信號以迅速獲得驅動體的驅動速度的速度檢測裝置。
本發明的伺服機構，其特征在于，具備驅動體；傳感器，輸出與所述驅動體的驅動位置相對應的位置信息信號；所述信號處理裝置；以及中央控制部，將由所述信號處理裝置檢測出的所述驅動體的驅動速度和外部預先設定的預定目標速度進行比較并且同時將所述驅動體的驅動速度控制成所述預定目標速度。
利用上述的結構，將由信號處理裝置獲得的驅動速度信息作為反饋信號并由中央控制部進行驅動體的驅動控制。這樣，由于不存在相位延遲，所以能夠使得控制系統極其穩定。
圖1是表示有關本發明的伺服機構的第1實施方式的框圖。
圖2是表示上述第1實施方式中從編碼器輸出的雙相信號的示例的圖。
圖3是表示上述第1實施方式中速度計算部的結構的框圖。
圖4是表示上述第1實施方式中從編碼器輸入的正弦波信號(Asinθ)和由內部位置信息生成部生成的內部位置信息(Asinθn)之間的關系的圖。
圖5是表示作為本發明第2實施方式的信號處理裝置的速度計算部的結構的圖。
圖6是表示在第2實施方式中根據來自編碼器的雙相信號之比生成的正切信號(tanθ)和余切信號(1/tanθ)的示例的圖。
圖7是表示在第3實施方式中速度計算部的結構的框圖。
圖8是表示在第1實施方式的結構中，正弦波信號和余弦波信號振幅有5％不同的情況下輸出的電動機旋轉角速度ω的示例的圖。
圖9是表示在第3實施方式的結構中，正弦波信號和余弦波信號振幅有5％不同的情況下輸出的電動機旋轉角速度ω的示例的圖。
圖10是表示第4實施方式的結構的圖。
圖11是表示本發明的變形示例的圖。
圖12是表示現有的伺服機構的結構的圖。
圖13是表示現有的伺服機構中的電動機的旋轉速度控制的時序圖。
具體實施例方式
以下，在圖示本發明的實施方式的同時，參照賦予圖中各部分的符號來進行說明。
(第1實施方式)對于本發明的伺服機構的第1實施方式進行說明。
在圖1中表示伺服機構的框圖。
該伺服機構100具備作為控制對象的電動機(驅動體)110；作為對應于電動機110的旋轉驅動輸出正弦波(Asinθ)以及余弦波(Acosθ)的位置信息信號(周期函數信號)的傳感器的編碼器120；以及根據來自編碼器120的位置信息信號計算電動機旋轉速度(驅動速度信息)并且同時根據從外部輸入的目標速度控制電動機旋轉速度的控制部300。
編碼器120是現有已知的旋轉編碼器120，其詳細情況省略說明，它具有與電動機110的轉子一體旋轉的轉動體，并且輸出位置信息信號(Asinθ，Acosθ)，其中，上述位置信息信號(Asinθ，Acosθ)是隨著該轉動體的旋轉而周期性變化的周期函數。該位置信息信號如圖2所示是相互具有90度相位差的正弦波(Asinθ)以及余弦波(Acosθ)的雙相信號。作為這樣的旋轉編碼器120，能夠使用光電式編碼器、靜電電容式編碼器、磁性編碼器等。
控制部300具備作為對來自編碼器120的位置信息信號進行信號處理并計算電動機旋轉速度的信號處理裝置的速度計算部400；以及作為將速度計算部400計算出的電動機旋轉速度與從外部輸入的目標速度進行比較以將電動機旋轉速度控制成目標速度的中央控制部的CPU310。
對于速度計算部400的結構進行說明。
圖3是表示速度計算部400的結構的框圖。
速度計算部400具備對從編碼器120輸出的雙相信號(Asinθ、Acosθ)進行信號處理以計算電動機旋轉速度(ωn)的位置信息信號處理部410；與預定條件相對比切換選擇基于雙相信號中的任意一方信號的電動機旋轉速度信息的信號切換部450；根據來自位置信息信號處理部410的電動機旋轉速度(ωn)生成反映了最新的電動機旋轉速度的電動機驅動位置信息(θn)作為內部位置信息的內部位置信息生成部460；以及輸出電動機110的旋轉速度信息(ωn)以及電動機驅動位置信息(θn)的輸出部470。
位置信息信號處理部410具備對于從編碼器120輸出的雙相信號中的正弦波信號(Asinθ)進行信號處理并計算電動機110的旋轉變化量(Δθ1)的正弦信號處理部(第1信號處理部)420；對從編碼器120輸出的雙相信號中的余弦波信號(Acosθ)進行信號處理并計算電動機110的旋轉變化量(Δθ2)的余弦信號處理部(第2信號處理部)430；將來自正弦信號處理部420以及余弦信號處理部430的旋轉變化量(Δθ1、Δθ2)配合正轉動方向作成電動機110的旋轉角速度(ω1、ω2(rad/s))的符號轉換部440。
正弦信號處理部420具備從編碼器120輸入的正弦波信號(Asinθ)中減去由內部位置信息生成部460生成的內部位置信息(Asinθn)并輸出差分信號的第1減法部件(差分計算部件)421；在第1減法部件421輸出的差分信號上乘以預定增益(K)之后計算電動機旋轉變化量(Δθ1)的第1增益乘法部(驅動速度計算部件)422。
第1減法部件421是從編碼器120輸入的正弦波信號(Asinθ)中減去由內部位置信息生成部460生成的電動機驅動位置信息(內部位置信息Asinθn)。
而且，當第1減法部件421計算出的差分成為函數值之差(Asinθ-Asinθn)時，在第1增益乘法部422中，在第1減法部件421輸出的差分信號上乘以預定增益(K)之后輸出電動機110的旋轉變化量(Δθ1)。
余弦信號處理部430具備從由內部位置信息生成部460生成的內部位置信息(Acosθn)中減去由編碼器120輸入的余弦波信號(Acosθ)并且輸出差分信號的第2減法部件(差分計算部件)431；在第2減法部件431輸出的差分信號上乘以預定增益(K)之后計算電動機旋轉變化量(Δθ2)的第2增益乘法部(驅動速度計算部件)432。
符號變換部440具備根據余弦波信號(Acosθ)的符號來變換從正弦信號處理部420輸出的電動機旋轉變化量(Δθ1)的第1符號變換部441；根據正弦波信號(Asinθ)的符號來變換從余弦信號處理部430輸出的電動機旋轉變化量(Δθ2)的第2符號變換部442。
第1符號變換部441在余弦波信號(Acosθ)為負(負的值)的情況下，在來自第1增益乘法部422的電動機旋轉變化量(Δθ1)上乘以-1(負1)，在余弦波信號(Acosθ)為正(正的值)的情況下，在來自第1增益乘法部422的電動機旋轉變化量(Δθ1)上乘以+1(正1)。
同樣地，第2符號變換部442在正弦波信號(Asinθ)為負(負的值)的情況下，在來自第2增益乘法部的電動機旋轉變化量(Δθ2)上乘以-1(負1)，在正弦波信號(Asinθ)為正(正的值)的情況下，在來自第2增益乘法部的電動機旋轉變化量(Δθ2)上乘以+1(正1)。
當從編碼器120輸入的正弦波信號(Asinθ)如圖2所示隨著電動機110的旋轉周期性地反復增減時，即使在電動機110旋轉使旋轉相位角增加的情況下，也存在正弦波信號(Asinθ)減小的區域，因此，若從輸入的正弦波信號(Asinθ)中單純地減去由內部位置信息生成部460生成的內部位置信息(Asinθn)，則有時盡管電動機110正轉使相位增加，而電動機110的旋轉變化量也會變為負值。因此，在第1符號變換部441中，根據從編碼器120輸入的另一個相位信號即余弦波信號(Acosθ)的符號，將來自第1增益乘法部422的輸出信號的符號變換成電動機110的旋轉變化量(Δθ1)增加的方向。由此，將從第1增益乘法部422輸出的電動機旋轉變化量(Δθ1)通常向增加方向變換，能夠獲得電動機110的旋轉角速度(ω1)。
同樣地，在第2符號變換部442中，根據從編碼器120輸入的另一個相位信號即正弦波信號(Asinθ)的符號，將來自第2增益乘法部432的輸出信號的符號變換成電動機110的旋轉變化量(Δθ2)增加的方向。由此，將從第2增益乘法部432輸出的電動機旋轉變化量(Δθ2)通常向增加方向變換，能夠獲得電動機110的旋轉角速度(ω2)。
信號切換部450具備判斷部451，將從編碼器120輸入的正弦波信號(Asinθ)與預定閾值進行比較以判斷正弦波信號和閾值的大小；以及，切換部件452，根據判斷部451進行的大小判斷，用來自正弦信號處理部420的輸出信號和來自余弦信號處理部430的輸出信號切換向輸出部以及內部位置信息生成部460的輸入。
從編碼器120輸入的位置信息信號(Asinθ、Acosθ)隨電動機110的旋轉周期性地增減時，例如，如圖2所示，在正弦波信號(Asinθ)中，在相位90°(π/2)及270°(3π/2)的附近，存在相對于相位(θ)的變化量的信號值的變化量變小等、無論是正弦波信號(Asinθ)還是余弦波信號(Acosθ)相對于相位變化量的信號值變化較小的區域。
因此，為了利用相對于相位變化量信號值的變化較大的區域，信號切換部450切換正弦波信號(Asinθ)和余弦波信號(Acosθ)。
判斷部451將正弦波信號的絕對值|Asinθ|與作為預定閾值的0.7A進行比較，判斷兩者的大小。這里，±0.7約相當于±√2/2，以正弦波信號為例，相當于45°(π/4)、135°(3π/4)、225°(5π/4)、315°(9π/4)的相位。
切換部件452具有輸入來自正弦信號處理部420的信號的正弦側端子453和輸入來自余弦信號處理部430的信號的余弦側端子454，由開關部件構成，該開關部件用正弦側端子453和余弦側端子454切換向內部位置信息生成部460以及輸出部470的輸入。
而且，信號切換部450根據判斷部451的大小判斷在|Asinθ|小于0.7A(|Asinθ|＜0.7A)時選擇正弦側端子453、在|Asinθ|為0.7A或以上(|Asinθ|≥0.7A)時選擇余弦端子454。
由此，如圖2所示，在正弦波信號(Asinθ)以及余弦波信號(Acosθ)中，依次切換利用信號值變化大的區域。
內部位置信息生成部460具備對來自位置信息信號處理部410的電動機旋轉角度(ω1、ω2)進行積分并且計算電動機110的旋轉相位(θn)的積分部件461；變換成以積分部件461計算出的電動機110的旋轉相位(θn)為參數的三角函數值并且計算內部位置信息(Asinθn、Acosθn)的內部位置信息變換部462。
積分部件461對由切換部件452選擇的輸出信號即電動機旋轉角速度(ω1或ω2)進行積分并且計算電動機110的旋轉相位(θn)。即，計算反映了最新的電動機旋轉角速度(ω1、ω2)的電動機旋轉相位(θn)。然后，將計算出的電動機旋轉相位(θn)輸出到內部位置信息變換部462。
內部位置信息變換部462具備向正弦信號處理部420的第1減法部件421輸出內部位置信息(Asinθn)的第1內部位置信息變換部463；以及向余弦信號處理部430的第2減法部件431輸出內部位置信息(Acosθn)的第2內部位置信息變換部464。
第1內部位置信息變換部463對應于從編碼器120輸入的位置信息信號即正弦波信號(Asinθ)，計算由積分部件461計算出的相位(θn)為參數的正弦函數值(Asinθn)并作為內部位置信息。
又，第2內部位置信息變換部464對應于從編碼器120輸入的位置信息信號即余弦波信號(Acosθn)，計算由積分部件461計算出的相位(θn)為參數的余弦函數值(Acosθn)并作為內部位置信息。
這里，積分部件461對從位置信息信號處理部410輸出的電動機旋轉角速度(ω1、ω2)進行積分并且計算電動機110的旋轉相位(θn)時，通過對直至位置信息信號處理部410輸出的最新的電動機旋轉角速度(ω1、ω2)依次進行積分，計算盡可能能夠推定的最新的電動機旋轉相位(θn)。
而且，由于計算出積分部件461計算出的最新的電動機旋轉相位(θn)的三角函數值(Asinθn、Acosθn)，第1以及第2內部位置信息變換部463、464持有有關圖4所示的盡可能推定的最新的電動機旋轉相位(θn)的三角函數值(Asinθn、Acosθn)。
圖4是表示從編碼器輸入的正弦波信號(Asinθ)和由內部位置信息生成部生成的內部位置信息(Asinθn)的關系的圖。
輸出部470將由切換部件452選擇的輸出信號即電動機旋轉角速度通過濾波器471輸出到作為中央控制部的CPU310。又，這樣的濾波器471，作為示例可以列舉低通濾波器等。
再者，輸出部470輸出由積分部件461計算出的電動機旋轉相位(θn)作為電動機驅動位置信息。
作為中央控制部的CPU310將來自速度計算部400的電動機旋轉角速度與從外部輸入的目標速度進行比較，并且為了使得電動機旋轉角速度(ω)為目標速度，作為中央控制部的CPU310在計算施加在電動機110上的電流(i)的占空比的同時對電動機110進行PWM控制。
對于具有上述結構的伺服機構的動作進行說明。
當電動機110進行旋轉驅動時，由編碼器120檢測該電動機110的旋轉，從編碼器120輸出隨電動機110的旋轉周期性變化的雙相信號(Asinθ、Acosθ)。
來自編碼器120的雙相信號(Asinθ、Acosθ)分別輸入到正弦信號處理部420和余弦信號處理部430。由于此后正弦波信號(Asinθ)的處理和余弦波信號(Acosθ)的處理大致相同，因此，以正弦波信號(Asinθ)的處理為例對此后的動作進行說明。
在第1減法部件421中將輸入到正弦信號處理部420的正弦波信號(Asinθ)與由第1內部位置信息變換部463生成的內部位置信息(Asinθn)進行比較，將兩者的差分從第1減法部件421輸出到第1增益乘法部422。
在第1增益乘法部422中，在來自第1減法部件421的差分信號上乘以預定增益(K)，輸出電動機旋轉變化量(Δθ1)。
而且，根據雙相信號中的另一個信號即余弦波信號(Acosθ)的符號，利用第1符號變換部441在來自第1增益乘法部422的電動機旋轉變化量(Δθ1)上乘以+1或者-1，變換成電動機旋轉變化量(Δθ1)增加的方向，生成電動機旋轉角速度(ω1)。
同樣地，生成基于輸入到余弦信號處理部430的余弦波信號(Acosθ)的電動機旋轉角速度(ω2)。
而且，在生成來自正弦信號處理部420的電動機旋轉角速度(ω1)和來自余弦信號處理部430的電動機旋轉角速度(ω2)時，根據判斷部451中正弦波(Asinθ)和預定閾值0.7A的大小判斷，由切換部件452進行切換，在正弦波信號以及余弦波信號中選擇基于信號值變化大的區域的電動機旋轉角速度(ω1或ω2)。
而且，將來自切換部件452的電動機旋轉角速度(ωn)一分為二，將一方輸入到積分部件461，利用積分部件461進行的積分，計算電動機旋轉相位(θn)，反映出最新的電動機旋轉角速度(ωn)，更新電動機110的旋轉相位(θn)。將由積分部件461計算出的電動機旋轉相位(θn)輸出到正弦信號處理部420以及余弦信號處理部430的第1以及第2內部位置信息變換部463、464，利用內部位置信息變換部462分別生成以電動機旋轉相位(θn)為參數的正弦函數值(Asinθn)或者余弦函數值(Acosθn)。
又，將分支出來的另一方的電動機旋轉角速度(ωn)從輸出部470通過濾波器471輸出到CPU310。
在CPU310中將來自速度計算部400的電動機旋轉角速度(ωn)與目標速度進行比較，為了使得電動機旋轉角速度(ω)為目標值，計算施加在電動機110上的電流(i)的占空比。然后，根據該占空比對電動機110進行PWM控制，以預定目標速度對電動機110進行旋轉驅動控制。
根據具有上述結構的第1實施方式，能夠發揮下述的效果。
(1)內部位置信息生成部460由于生成通常反映了最新的電動機速度信息(ωn)的電動機110的位置信息(Asinθn、Acosθn)，因此，持有盡可能推定的最新的電動機110的位置信息。因此，來自編碼器120的位置信息信號(Asinθ、Acosθ)和內部位置信息生成部460生成的內部位置信息(Asinθn、Acosθn)的差分即成為來自編碼器120的位置信息信號(Asinθ、Acosθ)的微分值，就此原樣地成為電動機110的驅動速度(ω)。由此，當從編碼器120輸入位置信息信號(Asinθ、Acosθ)時，立即計算出兩者的差分，獲得電動機的驅動速度(ω)，能夠發揮可跨時代地改善現有的時間延遲的這樣的特別效果。
(2)由于利用速度計算部400獲得無時間延遲的電動機驅動速度(ωn)，因此，通過將該電動機驅動速度信息(ωn)作為反饋信號由中央控制部(CPU)310對電動機110進行驅動控制，由此，能夠作成沒有相位延遲的、極其穩定的控制系統。
(3)由于具有計算以相位為參數的函數值的第1以及第2內部位置信息變換部463、464，從編碼器120輸入的位置信息信號即使不是相位信息本身，也可以是正弦波狀信號等，因此，能夠將一般用作為傳感器的編碼器(光電式、磁性、靜電電容式等)120不作改變地直接作為傳感器使用，由于不需要僅適于本實施方式的伺服機構100的特殊的設計變更，因此，不僅簡便而且避免了成本上升。
(4)由于由信號切換部450選擇根據來自編碼器120的雙相信號(Asinθ、Acosθ)中相對于相位變化量信號值變化大的一方的信號計算出的相位變化量(驅動速度信息)，因此，在整個的范圍中，能夠高精度地獲取作為電動機速度信息的相位變化量(ω)。而且，在判斷相對于相位變化的信號變化量大的一方的信號時，不需要復雜的運算處理，只要通過將一方的信號值(正弦波信號)與閾值(0.7A)進行比較以判斷大小即可，因此，是簡便的。
(5)由于具備符號變換部440，因此，假設即使電動機110向正方向變化的情況下將相位變化量計算成負值的情況下，也將相位變化量(Δθ)的符號變換成根據電動機的旋轉方向的增減方向，能夠獲得增減方向的正確驅動速度(相位變化量ω)。
(第2實施方式)接著，參照圖5對于本發明的伺服機構的第2實施方式進行說明。
第2實施方式的基本結構與第1實施方式相同，而第2實施方式具有下述特征，即，將編碼器120輸出的雙相信號之比作為輸入信號。
圖5是表示第2實施方式的速度計算部(信號處理部)的結構的圖。
在圖5中，速度計算部500具備傳感器信號變換部600，該傳感器信號變換部600生成基于來自編碼器120的雙相信號即正弦波信號(Asinθ)和余弦波信號(Acosθ)之比的雙相信號(參照圖6)。
傳感器信號變換部600具備計算Asinθ/Acosθ并輸出作為第1信號的正切信號(tanθ)的第1信號變換部610；計算Acosθ/Asinθ并輸出作為第2信號的余切信號(1/tanθ)的第2信號變換部620。
位置信息信號處理部510具備對第1信號(tanθ)進行信號處理以計算電動機旋轉角速度的第1信號處理部520；對第2信號(1/tanθ)進行信號處理以計算電動機旋轉角速度的第2信號處理部530。
而且，在第1信號處理部520中，利用第1減法部件521從第1信號(tanθ)中減去由內部位置信息生成部550生成的內部位置信息并且輸出差分信號，利用第1增益乘法部件522在該差分信號上乘以預定增益并輸出電動機旋轉角速度(ω1)。
又，在第2信號處理部530中，利用第2減法部件531從由內部位置信息生成部550生成的內部位置信息中減去第2信號(1/tanθ)并且輸出差分信號，利用第2增益乘法部件532在該差分信號上乘以預定增益并輸出電動機旋轉角速度(ω2)。
在信號切換部540中，判斷部541比較第1信號(tanθ)和1的大小，信號切換部540根據判斷部541進行的大小判斷，當第1信號(tanθ)為或1以下時選擇基于第1信號的電動機旋轉角速度(ω1)、當第1信號(tanθ)大于1時選擇基于第2信號的電動機旋轉角速度(ω2)。
即，如圖6所示，第1信號(tanθ)以及第2信號(1/tanθ)具有不連續的區域時，交替切換地利用第1信號(tanθ)以及第2信號(1/tanθ)的連續區域。
在內部位置信息生成部550中，在積分部件551對來自位置信息信號處理部510的電動機旋轉角速度(ω1、ω2)進行積分并計算電動機旋轉相位(θn)，在內部位置信息變換部552中將該電動機旋轉相位(θn)變換成以電動機旋轉相位(θn)為參數的三角函數值。
這里，第1內部位置信息變換部553計算出以電動機旋轉相位(θn)為參數的正切函數值(tanθn)并且輸出到第1減法部件521。
又，第2內部位置信息變換部554計算出以電動機旋轉相位(θn)為參數的余切函數值(1/tanθn)并且輸出到第2減法部件531。
又，在第1實施方式中，設置符號變換部440，并且配合電動機旋轉的方向將來自第1增益乘法部422、432的輸出信號向增加方向變換，而在第2實施方式中，由于只要電動機110向正轉方向變化，第1信號(tanθ)的利用部分(tanθ≤1)是單調增加的、第2信號(1/tanθ)的利用部分(tanθ＞1)是單調減少的，因此，若例如在第2減法部件531中從內部位置信息中減去第2信號(1/tanθ)等、預先決定減法的方向，則能夠獲得通常表示適當的增減方向的電動機旋轉角速度。由此，在第2實施方式中，不需要符號變換部。
根據具有上述結構的第2實施方式，能夠發揮與第1實施方式相同的作用效果。
再者，由于利用傳感器信號變換部600生成基于來自編碼器120的雙相信號即正弦波信號(Asinθ)和余弦波信號(Acosθ)之比的雙相信號(tanθ、1/tanθ)，因此，能夠去除來自編碼器120的雙相信號(Asinθ、Acosθ)的振幅A的變動。由此，能夠基于穩定的位置信息信號(tanθ、1/tanθ)進行速度檢測。
(第3實施方式)接著，參照圖7～圖9說明本發明的第3實施方式。
第3實施方式的基本結構與第1實施方式相同，而在第3實施方式中，在內部位置信息生成部的結構方面具有特點。
圖7是表示第3實施方式中速度計算部的結構的框圖。
在圖7中，下述方面與第1實施方式相同，即，內部位置信息生成部460對應于正弦信號處理部420具有第1內部位置信息變換部463、對應于余弦信號處理部430具有第2內部位置信息變換部464。
這里，在第1實施方式(圖3)中具有1個積分部件461。而且，當從正弦信號處理部420和余弦信號處理部430分別輸出電動機旋轉角速度(ω1、ω2)時，將信號切換部450選擇的電動機旋轉角速度(ω1或ω2)輸入到積分部件461，積分部件461對該電動機旋轉角速度(ω1或ω2)進行積分并計算出電動機旋轉相位。將該積分部件461計算出的電動機旋轉相位(θn)輸出到第1內部位置信息變換部463和第2內部位置信息變換部464，由各個內部位置信息變換部計算內部位置信息(Asinθn、Acosθn)。
這一點，在第3實施方式中，作為積分部件，設置第1積分部件461A和第2積分部件461B。即，在圖7中，設置根據正弦波信號對從正弦信號處理部420輸出的電動機旋轉變化量(Δθ1)進行積分以計算基于正弦波信號的電動機旋轉相位(θ1)的第1積分部件461A，以及根據余弦波信號對從余弦信號處理部430輸出的電動機旋轉變化量(Δθ2)進行積分以計算基于余弦波信號的電動機旋轉相位(θ2)的第2積分部件461B。
第1積分部件461A對從第1增益乘法部422輸出的電動機110的旋轉變化量(Δθ1)進行積分計算出電動機旋轉相位(θ1)。而且，第1積分部件461A將計算出的電動機旋轉相位(θ1)輸出到第1內部位置信息變換部463。
第2積分部件461B對從第2增益乘法部432輸出的電動機110的旋轉變化量(Δθ2)進行積分計算出電動機旋轉相位(θ2)。而且，第2積分部件461B將計算出的電動機旋轉相位(θ2)輸出到第2內部位置信息變換部464。
信號切換部450雖然在具備判斷部451和切換部件452并且切換部件452用開關部件切換正弦側端子453和余弦側端子454的這一點上與第1實施方式相同，然而，這里，作為切換部件，具備速度信息輸出用的第1切換部件452A和位置信息輸出用的第2切換部件452B。
第1切換部件452A的結構與第1實施方式中說明的切換部件的結構相同，是根據判斷部451的判斷切換正弦側端子453和余弦側端子454并輸出電動機旋轉角速度ωn。將該電動機旋轉角速度ωn(ω1或ω2)通過濾波器471輸出到作為中央控制部的CPU310。
又，在第1實施方式中，將來自切換部件452的輸出信號ωn(電動機旋轉角速度ω1、ω2)輸入到積分部件461中，然而，在第3實施方式中，并沒有將來自第1切換部件452A的輸出信號ωn輸入到積分部件(461A、461B)中。
第2切換部件452B根據判斷部451中的判斷用開關部件切換正弦側端子453和余弦側端子454。
這里，將利用第1符號變換部441對由第1積分部件461A計算出的電動機旋轉相位(θ1)進行符號變換后的信號輸入到正弦側端子453。又，將利用第2符號變換部442對由第2積分部件461B計算出的電動機旋轉相位(θ2)進行符號變換后的信號輸入到余弦側端子454。而且，將來自第2切換部件452B的輸出通過濾波器作為位置信息θn(θ1或θ2)輸出。
根據具有上述結構的第3實施方式，在第1實施方式的效果之上能夠發揮下述效果。
從編碼器12輸出正弦波信號和余弦波信號的雙相信號時，在第3實施方式的速度計算部400中，與處理正弦波信號的正弦信號處理部420對應地具備第1積分部件461A和第1內部位置信息變換部463，與處理余弦波信號的余弦信號處理部430對應地具備第2積分部件461B和第2內部位置信息變換部464。由此，在計算基于正弦波信號的電動機旋轉角速度ω1之時，在以基于正弦波信號的電動機旋轉變化量Δθ1為反饋信息的第1積分部件461A以及第1內部位置信息變換部463構成的回路中，能夠利用僅基于正弦波信號的運算處理計算電動機旋轉角速度ω1。同樣地，在計算基于余弦波信號的電動機旋轉角速度ω2之時，在以基于余弦波信號的電動機旋轉變化量Δθ2為反饋信息的第2積分部件461B以及第2內部位置信息變換部464構成的回路中，能夠利用僅基于余弦波信號的運算處理計算電動機旋轉角速度ω2。
這里，也可以例如第1實施方式那樣，由信號切換部450對來自正弦信號處理部420和余弦信號處理部430的電動機旋轉角速度(ω1、ω2)進行切換選擇輸入到積分部件461，并且由積分部件461計算電動機的旋轉相位(θn)。
然而，從編碼器120輸出的正弦波和余弦波振幅不同的情況下，在來自正弦信號處理部420的電動機旋轉角速度ω1和來自余弦信號處理部430的電動機旋轉角速度ω2之間會產生差。即，由于在正弦信號處理部420以及余弦信號處理部430各自的減法部件421、431中，分別計算A(sinθ-sinθ1)和A’(cosθ-cosθ2)并且根據它的差分計算電動機旋轉角速度ω1、ω2，因此，一旦正弦波和余弦波的振幅(A、A’)不同，則旋轉角速度ω1、ω2也就變得不同。進一步地，在信號切換部450中，選擇基于正弦波信號和余弦波信號中相對于相位變化函數值的變化大的一方的電動機旋轉角速度(ω1和ω2)，因此，正弦波信號和余弦波信號的振幅的不同容易變得顯著，若如此切換顯著不同的電動機旋轉角速度ω1、ω2并且依次由積分部件461進行積分時，則在切換時的相位的積分上，誤差容易生成得較大。
例如，圖8是在第1實施方式中正弦波信號Asinθ和余弦波信號A’cosθ振幅有5％不同的情況下輸出的電動機旋轉角速度ω的示例。在圖8中，可知在信號切換的時刻，產生較大的誤差。
這一點，在第3實施方式中，由于根據正弦信號處理部420計算出的電動機旋轉變化量Δθ1由第1積分部件461A以及第1內部位置信息變換部463計算關于正弦波信號的內部位置信息，并且根據余弦信號處理部430計算出的電動機旋轉變化量Δθ2由第2積分部件461B以及第2內部位置信息變換部464計算關于余弦波信號的內部位置信息，因此，來自各個位置信息處理部(正弦信號處理部420、余弦信號處理部430)的電動機旋轉角速度ω1、ω2不會受到正弦波信號和余弦波信號的振幅差的影響。
這里，圖9是在第3實施方式的結構中正弦波信號Asinθ和余弦波信號A’cosθ振幅有5％不同的情況下輸出的電動機旋轉角速度ω的示例。如圖9所示，利用第3實施方式，與第1實施方式相比(圖8)抑制了正弦波信號和余弦波信號的振幅差的影響，電動機旋轉角速度ω較平滑地連續。
(第4實施方式)接著，參照圖10對本發明的第4實施方式進行說明。
第4實施方式的基本結構與第1實施方式相同，然而，第4實施方式具有下述特點，即，根據利用A/D變換器將來自編碼器120的信號進行變換后的數字信號，獲得電動機旋轉速度。
即，在圖10中，設置將來自編碼器120的正弦波信號進行A/D變換的第1A/D變換器710和將來自編碼器120的余弦波信號進行A/D變換的第2A/D變換器720。
并且，速度計算部(信號處理部)400具備位置信息信號處理部、信號切換部、內部位置信息生成部等的功能，而上述功能是利用預定的信號處理程序來實現的。
又，本發明不限定于上述實施方式，在能夠實現本發明目的的范圍中的變形、改良等是包含于本發明中的。
例如，在第1實施方式中，以具備對編碼器120輸出的雙相信號(Asinθ、Acosθ)分別進行處理的正弦信號處理部420和余弦信號處理部430，并且切換利用來自正弦信號處理部420的輸出信號和來自余弦信號處理部430的輸出信號的情形為示例進行了說明，然而，也可以如圖11所示，作為位置信息信號處理部410僅具備對正弦波信號(Asinθ)進行信號處理的正弦信號處理部420，并且輸出僅基于正弦波信號(Asinθ)的電動機旋轉速度(ω1)。又，在正弦波信號(Asinθ)周期性增減時，需要根據電動機110的旋轉方向對電動機110的相位變化量的符號作變換的符號變換部440。
以驅動控制對象是具有轉子的電動機110并且速度計算部(信號處理部)400根據來自編碼器120的雙相信號計算電動機110的旋轉速度(旋轉相位)的情形為示例進行了說明，然而，作為驅動體，不限于具有轉子的電動機，例如，也可以是線性電動機(Linear Motor)等。特別地，在線性電動機的控制中，時間延遲較大地影響控制性能時，若利用本發明的信號處理裝置(速度計算部)迅速地計算驅動速度，并且基于該計算出的驅動速度進行速度控制的話，則能夠不存在相位延遲并且使控制穩定。
權利要求
1.一種信號處理裝置，對于對應于驅動體的驅動位置從傳感器輸出的位置信息信號進行信號處理并且檢測所述驅動體的驅動速度，其特征在于，具備位置信息信號處理部，對所述位置信息信號進行信號處理，計算所述驅動體的驅動速度信息；以及內部位置信息生成部，反映由所述位置信息信號處理部計算出的最新的所述驅動速度信息，生成所述驅動體的最新的推定位置來作為內部位置信息，所述位置信息信號處理部根據來自所述傳感器的所述位置信息信號和由所述內部位置信息生成部生成的所述內部位置信息的差分，來計算所述驅動體的驅動速度信息。
2.如權利要求1所述的信號處理裝置，其特征在于，所述內部位置信息生成部根據將從所述位置信息信號處理部輸出的所述驅動速度信息依次積分得到的積分值，來生成所述內部位置信息。
3.如權利要求1所述的信號處理裝置，其特征在于，所述位置信息信號處理部具備差分計算部件，計算來自所述傳感器的所述位置信息信號和由所述內部位置信息生成部生成的內部位置信息的差分；以及驅動速度計算部件，根據來自所述差分計算部件的所述差分，計算所述驅動體的驅動速度信息。
4.如權利要求1所述的信號處理裝置，其特征在于，從所述傳感器輸出的位置信息信號是對應于驅動體的驅動而周期性變化的周期函數信號，所述位置信息信號處理部輸出所述周期函數信號的相位變化量作為所述驅動體的驅動速度信息，所述內部位置信息生成部件具備積分部件，對來自所述位置信息信號處理部的所述相位變化量進行積分并計算與所述驅動體的位置信息相當的相位；以及內部位置信息變換部，計算出與由所述積分部件計算出的所述相位相對應的周期函數值來作為所述內部位置信息。
5.如權利要求4所述的信號處理裝置，其特征在于，所述周期函數信號是由相互具有預定相位差的第1信號以及第2信號構成的雙相信號，所述位置信息信號處理部具備第1信號處理部，對所述第1信號進行信號處理并且輸出所述第1信號的相位變化量作為所述驅動速度信息；以及第2信號處理部，對所述第2信號進行信號處理并且輸出所述第2信號的相位變化量作為所述驅動速度信息，在所述位置信息信號處理部的后級側設置信號切換部，該信號切換部切換選擇來自所述第1信號處理部的輸出信號和來自所述第2信號處理部的輸出信號中的、基于對于相位變化量所述周期函數信號的信號值變化量大的一方的周期函數信號的輸出信號。
6.如權利要求5所述的信號處理裝置，其特征在于，所述周期函數信號是正弦波狀信號，所述信號切換部具備判斷部，將所述第1信號以及所述第2信號中的任意一方的信號值和預定閾值進行比較并且進行大小判斷；以及切換部件，根據由所述判斷部產生的判斷結果，在來自所述第1信號處理部的輸出信號和來自所述第2信號處理部的輸出信號進行切換。
7.如權利要求4所述的信號處理裝置，其特征在于，具備符號變換部，該符號變換部將從所述位置信息信號處理部輸出的相位變化量的符號變換成表示與所述驅動體移動方向相對應的增減的符號。
8.如權利要求5所述的信號處理裝置，其特征在于，所述內部位置信息生成部件具備第1積分部件，對從所述第1信號處理部輸出的所述第1信號的相位變化量進行積分，計算與所述驅動體的位置信息相當的相位；第1內部位置信息變換部，根據由所述第1積分部件計算出的相位，計算所述第1信號的函數值；第2積分部件，對從所述第2信號處理部輸出的所述第2信號的相位變化量進行積分，計算與所述驅動體的位置信息相當的相位；以及第2內部位置信息變換部，根據由所述第2積分部件計算出的相位，計算所述第2信號的函數值。
9.如權利要求4所述的信號處理裝置，其特征在于，所述驅動體是具有轉子的電動機，從所述傳感器輸出的位置信息信號是對應于所述電動機的旋轉驅動而周期性變化的周期函數信號，所述位置信息信號處理部輸出旋轉角速度作為所述電動機的驅動速度信息，所述積分部件將來自所述位置信息信號處理部的所述旋轉角速度進行積分，計算電動機的旋轉相位角，所述內部位置信息變換部計算基于所述電動機的旋轉相位角的周期函數值。
10.一種信號處理方法，對于對應于驅動體的驅動位置從傳感器輸出的位置信息信號進行信號處理并檢測所述驅動體的驅動速度，其特征在于，具備位置信息信號處理工序，對所述位置信息信號進行信號處理，計算所述驅動體的驅動速度信息；以及內部位置信息生成工序，反映由所述位置信息信號處理工序計算出的最新的所述驅動速度信息，生成所述驅動體的最新的推定位置來作為內部位置信息，所述位置信息信號處理工序根據來自所述傳感器的所述位置信息信號和由所述內部位置信息生成工序生成的所述內部位置信息的差分，來計算所述驅動體的驅動速度信息。
11.一種計算機可讀取的信號處理程序，其特征在于，它是由組裝入信號處理裝置中的計算機來執行的信號處理程序，所述信號處理裝置對于對應于驅動體的驅動位置從傳感器輸出的位置信息信號進行信號處理并檢測所述驅動體的驅動速度，使所述計算機作為位置信息信號處理部和內部位置信息生成部來發揮作用，所述位置信息信號處理部對所述位置信息信號進行信號處理并計算所述驅動體的驅動速度信息，所述內部位置信息生成部反映由所述位置信息信號處理部計算出的最新的所述驅動速度信息并生成所述驅動體的最新的推定位置來作為內部位置信息，并且，所述位置信息信號處理部根據來自所述傳感器的所述位置信息信號和由所述內部位置信息生成部生成的所述內部位置信息的差分，來計算所述驅動體的驅動速度信息。
12.一種計算機可讀出的記錄媒體，其記錄了權利要求11所述的信號處理程序。
13.一種速度檢測裝置，其特征在于，具備傳感器，輸出與驅動體的驅動位置相對應的位置信息信號；以及權利要求1至權利要求9的任意一項所述的信號處理裝置。
14.一種伺服機構，其特征在于，具備驅動體；傳感器，輸出與驅動體的驅動位置相對應的位置信息信號；權利要求1至權利要求9的任意一項所述的信號處理裝置；以及中央控制部，將由所述信號處理裝置檢測出的所述驅動體的驅動速度和從外部預先設定的預定目標速度進行比較并且將所述驅動體的驅動速度控制成所述預定目標速度。
全文摘要
對于對應于電動機的驅動位置從傳感器輸出的位置信息信號(Asinθ、Acosθ)進行信號處理以檢測電動機的驅動速度。具備對位置信息信號進行信號處理以計算電動機的驅動速度信息的位置信息信號處理部(410)；反映由位置信息信號處理部(410)計算出的最新的驅動速度信息(ω
文檔編號G05B11/36GK1831691SQ20051013387
公開日2006年9月13日 申請日期2005年12月22日 優先權日2004年12月22日
發明者藤田純, 伊東隆充 申請人:東芝機械株式會社