JPH0820464B2 - Angular accelerometer - Google Patents
Angular accelerometerInfo
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- JPH0820464B2 JPH0820464B2 JP63050788A JP5078888A JPH0820464B2 JP H0820464 B2 JPH0820464 B2 JP H0820464B2 JP 63050788 A JP63050788 A JP 63050788A JP 5078888 A JP5078888 A JP 5078888A JP H0820464 B2 JPH0820464 B2 JP H0820464B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ロータの角加速度を検出する角加速度計
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an angular accelerometer for detecting angular acceleration of a rotor.
［従来の技術］ 従来より、回転機の制御として、角速度および角加速
度の制御がある。[Prior Art] Conventionally, control of a rotary machine includes control of angular velocity and angular acceleration.
回転機の角速度を検出する角速度計としては、発電機
式、磁気式、光電式、遠心力式などの種々の形式のもの
がある。例えば、発電機式の場合は、磁極の間でコイル
を回転させたときに、コイルを貫通する磁束φの変化速
度に比例した電圧Ｅが誘起されるという原理を利用し
て、ロータの角速度を計測する。There are various types of angular velocity meters that detect the angular velocity of a rotating machine, such as a generator type, a magnetic type, a photoelectric type, and a centrifugal force type. For example, in the case of the generator type, when the coil is rotated between the magnetic poles, the principle that the voltage E proportional to the changing speed of the magnetic flux φ penetrating the coil is induced is used to determine the angular velocity of the rotor. measure.
Ｅ＝−ｄφ/dt 一方、回転機の角加速度を検出する角加速度計は、ス
トレンゲージによって回転機のロータのねじれを測定
し、そのねじれからロータの角加速度を求めるものであ
った。E = -dφ / dt On the other hand, the angular accelerometer that detects the angular acceleration of the rotating machine measures the twist of the rotor of the rotating machine with a strain gauge and obtains the angular acceleration of the rotor from the twist.
［発明が解決しようとする課題］ 従来における回転機の角加速度計は、ロータのねじれ
を測定するストレンゲージのために、温度依存性が高い
と共に、ノイズの影響を受けやく、また低周波数での応
答性が悪かった。したがって、このような角加速度計に
よっては、回転機の角加速度を的確に制御することが難
しかった。[Problems to be Solved by the Invention] A conventional angular accelerometer for a rotating machine has a high temperature dependency due to a strain gauge for measuring the torsion of a rotor, is easily affected by noise, and is low in frequency. The responsiveness was poor. Therefore, it is difficult to accurately control the angular acceleration of the rotating machine by using such an angular accelerometer.
この発明は、このような課題を解決するものである。 The present invention solves such a problem.
［課題を解決するための手段］ この発明の角加速度計は、 ロータの回転角度位置を検出する回転位置検出器と、 ロータの回転によって、ずれたタイミングで電圧が励
起される２つの発電コイルと、 前記回転位置検出器が検出するロータの回転角度位置
θと、前記２つの発電コイルに励起される電圧Va,Vbを ａ＝cosθ・dVa/dt＋sinθ・dVb/dt なる式に代入してロータの角加速度ａを求める演算回路
とからなることを特徴とする。[Means for Solving the Problem] An angular accelerometer according to the present invention includes a rotational position detector that detects a rotational angular position of a rotor, and two magneto coils that are excited with voltages at different timings due to the rotation of the rotor. , The rotational angular position θ of the rotor detected by the rotational position detector and the voltages Va and Vb excited in the two magneto coils are substituted into the formula a = cos θ · dVa / dt + sin θ · dVb / dt. And an arithmetic circuit for obtaining the angular acceleration a.
また、この発明の角加速度計は、 ロータの回転角度位置を検出する回転位置検出器と、 ロータの回転によって、ずれたタイミングで電圧が励
起される２つの発電コイルと、 前記回転位置検出器が検出するロータの回転角度位置
θと、前記２つの発電コイルに励起される電圧Va,Vbを ａ＝d/dt（Va・cosθ＋Vb・sinθ） なる式に代入してロータの角加速度ａを求める演算回路
とからなることを特徴とする。Further, the angular accelerometer of the present invention includes: a rotational position detector that detects a rotational angular position of a rotor; two generator coils whose voltages are excited at different timings by the rotation of the rotor; Calculation to obtain the angular acceleration a of the rotor by substituting the rotational angular position θ of the rotor to be detected and the voltages Va and Vb excited in the two power generating coils into the formula a = d / dt (Va · cos θ + Vb · sin θ) And a circuit.
また、この発明の角加速度計は、 ロータの角速度を検出する角速度検出器と、 前記角速度検出器が検出するロータの角度速度ωを ａ＝1/2ω・d/dt（ω2） なる式に代入してロータの角加速度ａを求める演算回路
とからなることを特徴とする。Further, the angular accelerometer of the present invention uses an angular velocity detector for detecting the angular velocity of the rotor and an angular velocity ω of the rotor detected by the angular velocity detector as a = 1 / 2ω · d / dt (ω 2 ). It is characterized by comprising an arithmetic circuit for substituting the angular acceleration a of the rotor.
［作用］ この発明の角加速度計は、ロータの回転角度位置θ
と、ロータの回転によってずれたタイミングで誘起され
る２つの発電コイルの電圧Va,Vbを微分、積算処理する
ことによって正確な角加速度ａを求める。また、ロータ
の角速度ωを演算処理することによって正確な角加速度
ａを求める。[Operation] The angular accelerometer according to the present invention has the rotational angle position θ of the rotor.
Then, the accurate angular acceleration a is obtained by differentiating and integrating the voltages Va and Vb of the two magneto coils that are induced at different timings due to the rotation of the rotor. Further, an accurate angular acceleration a is obtained by calculating the angular velocity ω of the rotor.
［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施例の角加速度計は、ロータリーエンコーダ（回
転位置検出器）１、発電機２、および演算回路３によっ
て構成され、そして回転機（モータ）４の制御系に組み
込まれている（第１図参照）。The angular accelerometer of this embodiment is composed of a rotary encoder (rotational position detector) 1, a generator 2, and an arithmetic circuit 3, and is incorporated in a control system of a rotary machine (motor) 4 (see FIG. 1). reference).
ロータリエンコーダ１は、回転機４の駆動シャフト
（ロータ）4aの回転角度位置θを検出するものである。
発電機２は、回転機４の駆動シャフト4aの回転によって
電圧が励起される２つの発電コイル2a,2bを備えてい
る。これらの発電コイル2a,2bは、ずれたタイミングで
電圧が励起されるように配備されている。本実施例の場
合は、第２図に示すように、駆動シャフト4a側にマグネ
ット2cを取り付け、このマグネット2cと対向する定位置
に、マグネット2cの回転方向に90°ずれて配備されてい
る。したがって、発電コイル2a,2bに誘起される起電圧V
a,Vbは、下式（１），（２）によって表される。The rotary encoder 1 detects the rotational angle position θ of the drive shaft (rotor) 4a of the rotating machine 4.
The generator 2 includes two generator coils 2a and 2b whose voltage is excited by the rotation of the drive shaft 4a of the rotating machine 4. These magneto coils 2a, 2b are arranged so that the voltages are excited at the shifted timings. In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 2, a magnet 2c is attached to the drive shaft 4a side, and the magnet 2c is arranged at a fixed position facing the magnet 2c, shifted by 90 ° in the rotation direction of the magnet 2c. Therefore, the electromotive voltage V induced in the magneto coils 2a and 2b is
a and Vb are represented by the following equations (1) and (2).
Va＝ωcosθ ……（１） Vb＝ωsinθ ……（２） ω：駆動シャフト4aの回転速度 θ：駆動シャフト4aの回転角度位置 ロータリーエンコーダ１が検出した駆動シャフト3aの
回転角度位置θと、発電コイル2a,2bの起電圧Va,Vbは、
演算回路３に入力される。演算回路３は、回転角度位置
θと、起電圧Va,Vbを下式（３），（４）に代入して、
駆動シャフト3aの角速度ωと角加速度ａを算出する。Va = ωcosθ (1) Vb = ωsinθ (2) ω: Rotational speed of the drive shaft 4a θ: Rotational angular position of the drive shaft 4a The rotational angular position θ of the drive shaft 3a detected by the rotary encoder 1 and power generation The electromotive voltages Va and Vb of the coils 2a and 2b are
It is input to the arithmetic circuit 3. The arithmetic circuit 3 substitutes the rotational angle position θ and the electromotive voltages Va and Vb into the following equations (3) and (4),
The angular velocity ω and the angular acceleration a of the drive shaft 3a are calculated.
ω＝Vacosθ＋Vbsinθ ……（３） ａ＝cosθ・dVa/dt＋sinθ・dVb/dt ……（４） 「上式（３）の証明」 （１）式の両辺にcosθを掛けた下式（５）と、
（２）式の両辺にsinθを掛けた下式（６）を加えるこ
とによって、上式（３）が求まる。ω = Vacosθ + Vbsinθ (3) a = cosθ ・ dVa / dt + sinθ ・ dVb / dt (4) “Proof of the above equation (3)” The following equation (5) in which both sides of the equation (1) are multiplied by cosθ ,
The above equation (3) is obtained by adding the following equation (6) obtained by multiplying both sides of equation (2) by sin θ.
Vacosθ＝ωcos2θ ……（５） Vbsinθ＝ωsin2θ ……（６） （５）式＋（６）式 Vacosθ＋Vbsinθ＝ω（cos2θ＋sin2θ） ＝ω 「上式（４）の証明」 （３）式を時間ｔで微分する。 Vacosθ = ωcos 2 θ ...... (5 ) Vbsinθ = ωsin 2 θ ...... (6) (5) formula + (6) Vacosθ + Vbsinθ = ω (cos 2 θ + sin 2 θ) = ω "proof of the above equation (4)." Equation (3) is differentiated with respect to time t.
ａ＝ｄω/dt ＝cosθ・dVa/dt−sinθ・ｄθ/dt・Va ＋sinθ・dVb/dt＋cosθ・ｄθ/dt・Vb この式のVa,Vbを上式（１），（２）に置き換えるこ
とにより、第２項と第４項が消えて、上式（４）が求ま
る。a = dω / dt = cosθ ・ dVa / dt−sinθ ・ dθ / dt ・ Va + sinθ ・ dVb / dt + cosθ ・ dθ / dt ・ Vb By replacing Va and Vb in this equation with the above equations (1) and (2) , The second and fourth terms disappear, and the above equation (4) is obtained.
演算回路３にて求められた駆動シャフト3aの角速度ω
と角加速度ａは、モータードライブユニット５と表示部
６に入力される。モータードライブユニット５は、角速
度ωと角加速度ａに基づいて回転機３の角速度と角加速
度を制御し、また表示部６は角速度ωと角加速度ａをデ
ジタル、あるいは針式にアナログ表示する。Angular velocity ω of the drive shaft 3a obtained by the arithmetic circuit 3
And the angular acceleration a are input to the motor drive unit 5 and the display unit 6. The motor drive unit 5 controls the angular velocity and the angular acceleration of the rotating machine 3 based on the angular velocity ω and the angular acceleration a, and the display unit 6 displays the angular velocity ω and the angular acceleration a in a digital or needle type analog form.
このようにして、角加速度ａは、回転位置検出器１か
らの回転角度位置θと、発電コイル2a,2bに誘起された
電圧Va,Vbを演算回路３にて微分、積算処理することに
より求められ、そして表示部６がその角加速度ａを表示
する。In this way, the angular acceleration a is obtained by differentiating and integrating the rotational angular position θ from the rotational position detector 1 and the voltages Va and Vb induced in the magneto coils 2a and 2b by the arithmetic circuit 3. Then, the display unit 6 displays the angular acceleration a.
なお、演算回路３は、例えば半導体IC（ゲートアレー
IC）に組み込むことが可能であり、これにより、低コス
トの１チップ化を図って信頼性の高い角加速度計を実現
することができる。また、マグネット2cを定位置に配備
して、発電コイル2a,2bを回転させるようにしてもよ
い。要は、駆動シャフト4aの回転によって、発電コイル
2a,2bにずれたタイミングで発電が誘起される構成であ
ればよい。The arithmetic circuit 3 is, for example, a semiconductor IC (gate array).
It can be incorporated into an IC), and this makes it possible to realize a highly reliable angular accelerometer at a low cost on a single chip. Further, the magnet 2c may be arranged at a fixed position to rotate the magneto coils 2a and 2b. In short, the rotation of the drive shaft 4a causes the generator coil to rotate.
Any configuration may be used as long as the power generation is induced at the timing shifted to 2a and 2b.
また、この発明の他の実施例として、演算回路３は、
上式（４）に代えて下式（７）によって角加速度ａを求
めるものであってもよい。Further, as another embodiment of the present invention, the arithmetic circuit 3 is
Instead of the above equation (4), the angular acceleration a may be obtained by the following equation (7).
ａ＝d/dt（Va・cosθ＋Vb・sinθ） ……（７） 上式（７）は、（４）式を変形したものであり、この
（７）式によって演算処理した場合には、単純な微分形
式となるため、演算処理が単純化、高速化し、また微分
前の加算処理においてキャンセルされる部分が生じ、結
果的に桁落ちも少なくなる。a = d / dt (Va.cos.theta. + Vb.sin.theta.) (7) The above equation (7) is a modification of equation (4). The differential form simplifies and speeds up the arithmetic process, and there is a part that is canceled in the addition process before differentiation, resulting in less cancellation of digits.
更に、この発明の他の実施例としては、ロータの角速
度を２乗して微分処理する演算回路３を用いることも可
能である。Further, as another embodiment of the present invention, it is possible to use the arithmetic circuit 3 which squares the angular velocity of the rotor and performs differential processing.
この場合には、ロータの角速度を検出する角速度検出
器と、その角速度検出器が検出するロータの角速度ωを
下式（８）に代入して角加速度ａを求める演算回路３を
用いる。角速度ωは、タコジェネレータ、またはロータ
リーエンコーダから求める。In this case, an angular velocity detector that detects the angular velocity of the rotor and an arithmetic circuit 3 that substitutes the angular velocity ω of the rotor detected by the angular velocity detector into the following equation (8) to obtain the angular acceleration a are used. The angular velocity ω is obtained from a tacho generator or a rotary encoder.
ａ＝1/2ω・d/dt（ω2） ……（８） 上式（８）によって演算処理した場合には、演算回数
が少なく、また三角関数がないために、演算処理が単純
化、高速化すると共に、メモリ容量を小さくすることが
できる。しかも、角速度ωを２乗して高周波分をフィル
ターで除去できるためにノイズが少なくなる。a = 1 / 2ω · d / dt (ω 2 ) ... (8) When the arithmetic processing is performed by the above equation (8), the number of arithmetic operations is small and there is no trigonometric function, so the arithmetic processing is simplified. It is possible to increase the speed and reduce the memory capacity. Moreover, since the angular velocity ω is squared and high frequency components can be removed by a filter, noise is reduced.
第３図は、この発明の具体的な実施結果を表す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a concrete implementation result of the present invention.
この具体例では、70WのD.Cブラシレスモータのシャフ
トにタコジェネレータ（「発電機２」に相当）とロータ
リーエンコーダ（「回転位置検出器１」に相当）を接続
した。モータの駆動ユニット（「モータドライブユニッ
ト５」に相当）には、タコジェネレータとロータリーエ
ンコーダの出力信号を演算処理する演算回路（「演算回
路３」に相当）を接続すると共に、この演算回路にデジ
タル表示装置（「表示部６」に相当）を接続した。そし
て、演算回路にて求めた角速度ωと角加速度ａをモータ
の駆動ユニットにフィードバックして、モータの角速度
と角加速度の制御システムを構成した。In this specific example, a tacho generator (corresponding to "generator 2") and a rotary encoder (corresponding to "rotational position detector 1") were connected to the shaft of a 70 W DC brushless motor. A motor drive unit (corresponding to "motor drive unit 5") is connected to an arithmetic circuit (corresponding to "arithmetic circuit 3") that processes the output signals of the tacho generator and rotary encoder, and a digital display is provided on this arithmetic circuit. The device (corresponding to "display unit 6") was connected. Then, the angular velocity ω and the angular acceleration a obtained by the arithmetic circuit are fed back to the drive unit of the motor to configure the control system of the angular velocity and the angular acceleration of the motor.
このようなシステムによってモータの角速度と角加速
度を制御し、図中のＡのように0.3secで0.4N.mに立ち上
げるコントロールと、図中のＢのように1secで0.5N.mに
立ち上げるコントロールを実施した。いずれの場合もス
ムーズなコントロールができた。By controlling the angular velocity and angular acceleration of the motor by such a system, the control to start up to 0.4Nm in 0.3sec as shown by A in the figure and the control to start up to 0.5Nm in 1sec as shown in B in the figure are performed. did. Smooth control was possible in both cases.
［効果］ 以上説明したように、この発明の角加速度計は、ロー
タの回転角位置θと、ロータの回転によってずれたタイ
ミングで誘起される２つの発電コイルの電圧Va,Vbを微
分、積算処理して角加速度ａを求めるから、従来のスト
レンゲージを用いた角加速度計に比して、温度やノイズ
の影響を受けにくく、また周波数特性もよい。[Effects] As described above, the angular accelerometer of the present invention differentiates and integrates the rotational angle position θ of the rotor and the voltages Va and Vb of the two magneto coils induced at the timing shifted by the rotation of the rotor. Thus, the angular acceleration a is obtained, so that it is less likely to be affected by temperature and noise and has a better frequency characteristic than an angular accelerometer using a conventional strain gauge.
また、角速度を２乗して微分する演算処理した場合に
は、ノイズを少なくして正確な角加速度ａを求めること
ができる。In addition, when the angular velocity is squared and differentially calculated, noise can be reduced and an accurate angular acceleration a can be obtained.
また、この発明の角加速度計は、回転機を用いたロボ
ットの可動部のような種々の機械類の制御用として利用
することができて、その適用範囲がきわめて広い。例え
ば、旋盤などにおける回転力の変化に対応して、その回
転力を追従制御することもできる。Further, the angular accelerometer of the present invention can be used for controlling various machines such as a movable part of a robot using a rotating machine, and its application range is extremely wide. For example, the rotational force can be tracked and controlled in response to a change in the rotational force of a lathe or the like.
図面はこの発明の実施例を説明するための図であり、第
１図はブロック構成図、第２図は発電コイルの説明図、
第３図は具体的な実施結果を説明するための図である。 １……ロータリーエンコーダ（回転位置検出器）、２…
…発電機、2a,2b……発電コイル、2c……マグネット、
３……演算回路、４……回転機（モータ）、4a……駆動
シャフト（ロータ）、５……モータドライブユニット、
６……表示部。The drawings are drawings for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a block diagram, FIG. 2 is an explanatory view of a magneto coil,
FIG. 3 is a diagram for explaining a concrete implementation result. 1 ... Rotary encoder (rotational position detector), 2 ...
… Generator, 2a, 2b …… Generator coil, 2c… Magnet,
3 ... Arithmetic circuit, 4 ... Rotating machine (motor), 4a ... Drive shaft (rotor), 5 ... Motor drive unit,
6 ... Display section.
Claims (3)
検出器と、 ロータの回転によって、ずれたタイミングで電圧が励起
される２つの発電コイルと、 前記回転位置検出器が検出するロータの回転角度位置θ
と、前記２つの発電コイルに励起される電圧Va,Vbを ａ＝cosθ・dVa/dt＋sinθ・dVb/dt なる式に代入してロータの角加速度ａを求める演算回路
とからなることを特徴とする角加速度計1. A rotary position detector for detecting a rotational angular position of a rotor, two generator coils whose voltages are excited at different timings by the rotation of the rotor, and a rotor rotation detected by the rotary position detector. Angular position θ
And an arithmetic circuit for calculating the angular acceleration a of the rotor by substituting the voltages Va and Vb excited in the two generator coils into the equation a = cos θ · dVa / dt + sin θ · dVb / dt. Angular accelerometer
検出器と、 ロータの回転によって、ずれたタイミングで電圧が励起
される２つの発電コイルと、 前記回転位置検出器が検出するロータの回転角度位置θ
と、前記２つの発電コイルに励起される電圧Va,Vbを ａ＝d/dt（Va・cosθ＋Vb・sinθ） なる式に代入してロータの角加速度ａを求める演算回路
とからなることを特徴とする角加速度計2. A rotational position detector for detecting a rotational angular position of a rotor, two magneto coils for exciting a voltage at different timings due to the rotation of the rotor, and a rotation of the rotor detected by the rotational position detector. Angular position θ
And an arithmetic circuit for calculating the angular acceleration a of the rotor by substituting the voltages Va and Vb excited in the two generator coils into the equation a = d / dt (Va.cos.theta. + Vb.sin.theta.). Angular accelerometer
と、 前記角速度検出器が検出するロータの角速度ωを ａ＝1/2ω・d/dt（ω2） なる式に代入してロータの角加速度ａを求める演算回路
とからなることを特徴とする角加速度計3. An angular velocity detector for detecting the angular velocity of the rotor, and the angular velocity ω of the rotor detected by the angular velocity detector is substituted into the equation a = 1 / 2ω · d / dt (ω 2 ). Angular accelerometer comprising an arithmetic circuit for obtaining an acceleration a
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63050788A JPH0820464B2 (en) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | Angular accelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63050788A JPH0820464B2 (en) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | Angular accelerometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01224672A JPH01224672A (en) | 1989-09-07 |
| JPH0820464B2 true JPH0820464B2 (en) | 1996-03-04 |
Family
ID=12868551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63050788A Expired - Lifetime JPH0820464B2 (en) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | Angular accelerometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820464B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112379117B (en) * | 2020-11-16 | 2021-12-07 | 北京理工大学 | Magnetoelectric rotation angular velocity and angular acceleration integrated sensor |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6284214U (en) * | 1985-11-13 | 1987-05-29 | ||
| JPS63209305A (en) * | 1987-02-26 | 1988-08-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | oscillator |
-
1988
- 1988-03-04 JP JP63050788A patent/JPH0820464B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01224672A (en) | 1989-09-07 |
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