JPH0820464B2

JPH0820464B2 - 角加速度計

Info

Publication number: JPH0820464B2
Application number: JP63050788A
Authority: JP
Inventors: 公平大西; 晃望月
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1996-03-04
Anticipated expiration: 2011-03-04
Also published as: JPH01224672A

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。

［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。

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。

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。

［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。

この発明は、このような課題を解決するものである。

［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。

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。

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。

［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。

［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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第３図は、この発明の具体的な実施結果を表す図であ
る。

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。

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。

［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。

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。

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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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角加速度計
【請求項２】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角加速度計
【請求項３】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