JP2004309285A - R/d converter - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レゾルバの出力をデジタル化するコンバータ(以下、R/Dコンバータという)に関する。
【0002】
【従来の技術】
レゾルバは、回転トランスの一種であり、2個のステータ巻線と1個のロータ巻線を備えている。2個のステータ巻線は、機械的に90度の角度ずらして配置されている。ステータ巻線との結合により得られる信号の振幅は、ロータ(軸)の位置とステータとの相対位置の関数になる。このため、レゾルバからは、軸角度のサイン(正弦波)及びコサイン(余弦波)で変調された、次式(1)及び(2)で示される2種類の出力電圧(S3−S1,S4−S2)が得られる。
S3−S1=A・sinωt・sinθ … (1)
S4−S2=A・sinωt・cosθ … (2)
ただし、θ:軸角度、ω:ロータ励起周波数(f)に対応する角速度、A:ロータ励起振幅である。
【0003】
従来、R/Dコンバータとして、図8に示す回路構成により、上記出力電圧(S3−S1,S4−S2)からレゾルバのロータ軸角度θを得る技術が提案されている。
【0004】
上記従来技術では、トランスデューサが最下位ビットに等しい位置を通過すると、出力が1LSBだけ更新される。CLKOUTの更新は、1LSBの増加に対応する。アップダウンカウンタの現在のワード状態をφとすると、(S3−S1)は、サインコサイン掛算器によりcosφで乗算され、(S2−S4)は、sinφで乗算されるので、以下の式を得ることができる。
A・sinωt・sinθ・cosψ
A・sinωt・cosθ・sinψ
【0005】
これらの信号を誤差アンプで減算すると、以下の式を得る。
A・sinωt(sinθ・cosψ−cosθ・sinψ)
【0006】
または
A・sinωt・sin(θ−ψ)
ここで、(θ−ψ)=角度誤差である。
【0007】
復調回路、積分器、電圧制御発振器(VCO)によりクローズドループを形成し、sin(θ−ψ)をゼロとするように動作する。この動作が成立すると、アップダウンカウンタのワード状態ψは、レゾルバのロータ軸角度θと等しくなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、一種のPLL制御であるため、応答速度が遅く、特に、高分解能になるほど応答速度が遅くなるという問題がある。また、アナログ演算回路の温度ドリフトを補償する必要があり、IC回路が複雑になり、高価になるという問題がある。さらに、レゾルバとR/Dコンバータ間のインターフェースケーブルが長くなると、励磁正弦波とレゾルバからの正弦波出力、余弦波出力との遅延が原因で位相ずれが大きくなり、角度誤差が大きくなるという問題がある。
【0009】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、角度誤差の低減化および高速応答化を図ることができるR/Dコンバータを提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るR/Dコンバータは、レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力に基づいて前記レゾルバのロータ軸角度を求めるR/Dコンバータにおいて、前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をAD変換するADコンバータと、前記ADコンバータからの正弦波値及び余弦波値をヒステリシス補正する補正手段と、前記レゾルバのロータ軸角度データを保持する角度データ記憶手段と、前記ADコンバータから正弦波値及び余弦波値に対するエンコードデータを予め保持するエンコードデータ記憶手段と、前記補正手段によりヒステリシス補正された正弦波値及び余弦波値のいずれか一方を前記角度データ記憶手段にアドレスとして与え、正弦波値及び余弦波値に対応する角度データを読み出す角度データ読出手段と、前記角度データ読出手段により読み出された角度データを前記エンコードデータ記憶手段にアドレスとして与え、前記エンコードデータを読み出すエンコードデータ読出手段と、前記エンコードデータ読出手段により読み出されたエンコードデータを外部へ出力する出力手段とを具備することを特徴としている。
【0011】
上記R/Dコンバータによれば、ADコンバータにより、前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をAD変換し、補正手段により、AD変換された正弦波値及び余弦波値をヒステリシス補正し、角度データ読出手段により、ヒステリシス補正された正弦波値及び余弦波値のいずれか一方を前記角度データ記憶手段にアドレスとして与え、正弦波値及び余弦波値に対応する角度データを読み出し、さらに、エンコードデータ読出手段により、角度データを前記エンコードデータ記憶手段にアドレスとして与え、前記エンコードデータを読み出し、出力から外部へ出力するので、角度誤差の低減化および高速応答化を図ることが可能となる。
【0012】
また、本発明では、前記補正手段により、前記ADコンバータからの正弦波値及び余弦波値の極性に基づいて、前記レゾルバのロータ軸が前記レゾルバの角度空間を4等分して形成される象限のいずれに属するかを判断する判断手段に判断された象限に基づいて、前記ADコンバータからの正弦波値または余弦波値のいずれか一方に対してヒステリシス補正することを好ましい形態としている。
【0013】
また、本発明では、正規化手段により、前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力の正負非対称を補正すべく、前記ADコンバータからの正弦波値及び余弦波値を正規化することを好ましい形態としている。また、本発明では、前記正規化手段により、前記ADコンバータからの第1象限における正弦波値に基づいて他象限の正弦波値および余弦波値を正規化することを好ましい形態としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。
【0015】
A.実施形態の構成
まず、図1は、本発明の一実施形態によるR/Dコンバータの構成を示すブロック図である。図1において、レゾルバ1は、後述するマイクロコンピュータからなるR/Dコンバータから出力され、LPF、増幅器を介して供給されるレゾルバ用正弦波により励磁され、モータなどの回転軸に直結されたロータ回転軸の回転角度に連動した正弦波出力及び余弦波出力を出力する。
【0016】
R/Dコンバータ2は、増幅器20、マイクロコンピュータ21、LPF(ローパスフィルタ)22、および増幅器23から構成されている。増幅器(AMP)20は、レゾルバ1の正弦波出力及び余弦波出力を所定の電圧まで増幅し、マイクロコンピュータ21に供給する。
【0017】
マイクロコンピュータ21は、MPU30、ADコンバータ31、DAコンバータ32、データROM33、sinθ:θテーブル34、正規化テーブル35、θ:A,Bテーブル36、出力ポート37を備えている。なお、sinθ:θテーブル34、正規化テーブル35、θ:A,Bテーブル36は、個別に設けられても、ROM37として1つの構成要素として設けられていてもよい。
【0018】
ADコンバータ31は、例えば、10〜14ビットの分解能を有し、所定のサンプリングクロックに従って増幅器20からのレゾルバ1の正弦波出力及び余弦波出力をAD変換する。一方、DAコンバータ32は、正弦波を所定のサンプリング周波数でサンプリングした値が記憶されたデータROM33からDMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)により読み出された値を、アナログ信号に変換し、LPF22、増幅器23を介して、レゾルバ用励磁正弦波としてレゾルバ1に供給する。LPF22は、DAコンバータ32から出力されるレゾルバ1への励磁用正弦波の量子化による高域成分を除去する。増幅器23は、LPF22からの励磁用正弦波を増幅し、レゾルバ1に供給する。
【0019】
MPU30は、ADコンバータ31のサンプリングタイミング、レゾルバ1への励磁用正弦波を生成するためのDAコンバータ32のタイミングを同期させる。より具体的には、DAコンバータ32に50μsec毎に励磁信号用のデータを供給する。すなわち、10kHzの正弦波を得るために、1周期に付き20サンプルの正弦波データを供給する。また、ADコンバータ31におけるAD変換を10kHz毎に行なう。
【0020】
このように、双方を同期させることにより、励磁用正弦波の特定位相(励磁正弦波の正または負のピーク)で、レゾルバ1の正弦波出力及び余弦波出力をAD変換することが可能となり、前述したsinωt、cosωtを定数「1」と見なすことができる。この結果、レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をsinθ,cosθとすることが可能となる。
【0021】
また、MPU30では、AD変換の入力範囲が0〜5Vに対して、増幅器20からの入力信号は、0〜4Vの直流信号(正弦波)であるので、交流の正弦波に変換し、入力信号−2V=交流の正弦波としている。AD変換の分解能を10ビットとすると、2V=1024/2.5=410=199H(16進)となる。したがって、入力信号−199H=交流の正弦波入力[sinθ(AC)]となる。
【0022】
また、本実施形態では、AD変換処理、DA変換処理、角度計算処理を、タイマ割り込みを同期させて行なうが、割り込み間のオーバーヘッドや、ADコンバータ入力へのノイズなどが原因となり、AD変換値に誤差が生じる。これを補償するために、本実施形態では、AD変換値(sinθ,cosθ)にヒステリシス特性を持たせている。すなわち、1サンプル前と現在のAD変化値の差が一定値以内(例えば5LSB)のときは、AD変換値を1サンプル前の値とする。これにより、エンコーダパルスのチャタリングやモータ停止時のパルス出力を防止できる。
【0023】
図2は、ADコンバータ31から出力されるsinθ,cosθ、およびロータ軸角度θを示す概念図である。本実施形態では、ロータ軸の360°角度空間を4分割し、AD変換出力のsinθ,cosθの極性をチェックすることにより、レゾルバのロータの象限(現在軸角度)を判定する。すなわち、図2に示すように、360°角度空間を4分割し、0−90°間を第1象限、90−180°間を第2象限、180−270°間を第3象限、270−360°間を第4象限とする。
【0024】
ロータ軸角度θは、図示から分かるように、上記sinθ,cosθから直接演算すれば取得することが可能であるが、マイクロコンピュータ21では、演算処理が遅いため、レゾルバ1が高速回転するような場合を想定すると、直接演算で求めることは難しい。そこで、本実施形態では、sinθ:θテーブル34に0〜45°の範囲で予めロータ軸角度θを記憶させ、上記sinθ,cosθをアドレスとして、格納されているロータ軸角度θを読み出すことにより、高度な演算を行なうことなく、ロータ軸角度θを求めるようにしている。なお、ロータ軸角度θが45°以上では、sinθ/θが小さくなり、エンコード信号の周波数が低下するので、ロータ軸角度θが45°以下(すなわち、sinθが0.7707以下)では、sinθをsinθ:θテーブル34のアドレスとして用い、45°以上(すなわち、sinθが0.7707以上)では、cosθを、sinθ:θテーブル34のアドレスとして用いるようになっている。
【0025】
また、レゾルバ1の出力、すなわちsinθとcosθとの振幅は同一でなく、正負非対称である。そこで、cosθを第1象限のsinθに対して正規化する必要がある。sinθ,cosθの最大値をそれぞれsinθMAX,cosθMAXとすると、正規化された値cosθNは、cosθ×(sinθMAX/cosθMAX)となる。より具体的には、COSθをアドレスとしてCOSθ正規化テーブル35を予め用意しておき、cosθをアドレスとして、SINθ=COSθ×(SINθMAX/COSθMAX)を内容とする正規化テーブル35から上記sinθを読み出すことにより、正規化を行なっている。sinθが負の値である場合にも、同様に正規化を行なう。
【0026】
このように、MPU30は、ADコンバータ31からのAD変換値、すなわちsinθ,cosθに対して、ロータ軸が存在する象限に従って、ヒステリシス処理、正規化処理した後、sinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出し、さらに、該ロータ軸角度θからエンコード信号A,Bを求め、出力ポート38から出力する。ロータ軸角度θからエンコード信号A,Bを求める際にも、演算ではなく、エンコード信号A,Bをデータ化したθ:A,Bテーブル36を予め用意しておき、ロータ軸角度θをアドレスとして、θ:A,Bテーブル36から上記エンコード信号A,Bを読み出すことにより、エンコード信号A,Bを取得している。
【0027】
B.実施形態の動作
次に、本発明の実施形態によるR/Dコンバータの動作について説明する。ここで、図3ないし図7は、本実施形態によるR/Dコンバータの動作を説明するためのフローチャートである。
【0028】
まず、ステップS1で、DAコンバータ32のサンプリング周波数(SDFS)を200KHzとし、サーキュラーアドレシングにて、データROM33の値をサイクリックに送信することにより200/20=10KHzの励磁正弦波を発生し、LPF、増幅器を介してレゾルバへ供給する。電源投入後、50msec程度の初期励磁期間を設け、レゾルバの励磁状態が安定するまで待機する。
【0029】
次に、ステップS2で、レゾルバ1の正弦波出力及び余弦波出力を取り込み、ADコンバータ31でAD変換を行なう。ここで、AD変換及びDA変換のサンプリングクロックに同一信号を用い、レゾルバ励磁正弦波の特定位相(励磁正弦波の正または負のピーク)で、レゾルバ1の正弦波出力及び余弦波出力をAD変換する。
【0030】
次に、ステップS3で、AD変換された直流のsinθ,cosθを、交流のsinθ,cosθに変換する。次に、ステップS4で、AD変換値のヒステリシス(例えば5LSB)を設定する。次に、ステップS5で、AD変換出力のsinθ,cosθの極性をチェックすることにより、レゾルバ1のロータの現在位置(象限)を判定する。
【0031】
まず、AD変換出力のsinθ,cosθの極性が第1象限(0〜90°)の場合について説明する。sinθ,cosθの極性が第1象限であった場合には、ステップS6で、第1象限の処理を行なう。第1象限の処理では、まず、ステップS20で、sinθが0.707以下であるか否かを判断する。そして、sinθが0.707以下であれば、すなわち、ロータ軸角度が45°以下であれば、ステップS21で、sinθをヒステリシス補正する。すなわち、1サンプル前と現在のsinθの差が一定値以内(この場合、5LSB)のときは、sinθを1サンプル前の値とする。次に、ステップS22で、sinθをアドレスとしてsinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出す。次に、図3のルーチンへ戻り、ステップS10で、ロータ軸角度θをアドレスにして、θ:A,Bテーブル36からエンコード信号A,Bを読み出し、ステップS11で、エンコード信号A,Bを出力ポート38から出力する。
【0032】
一方、第1象限において、sinθが0.707以上であれば、すなわち、45°〜90°の範囲であれば、ステップS23で、cosθをヒステリシス補正する。すなわち、1サンプル前と現在のcosθの差が一定値以内(この場合、5LSB)のときは、cosθを1サンプル前の値とする。次に、ステップS24で、cosθをアドレスとして、sinθの正規化テーブル35をサーチして正規化する。次に、ステップS25で、正規化されたcosθをアドレスとしてsinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出す。次に、ステップS26で、ロータ軸角度θを、θ=45°−θなる式で補正する。これは、45°〜90°の範囲では、sinθの代わりに、ロータ軸角度の増加に伴って減少するcosθをアドレスとしているためであり、この補正により、ロータ軸角度は0〜45°の値をとる。次に、図3のルーチンへ戻り、ステップS10で、ロータ軸角度θをアドレスにして、θ:A,Bテーブル36からエンコード信号A,Bを読み出し、ステップS11で、エンコード信号A,Bを出力ポート38から出力する。
【0033】
次に、AD変換出力のsinθ,cosθの極性が第2象限(90°〜180)の場合について説明する。sinθ,cosθの極性が第2象限であった場合には、図3に示すステップS7で、第2象限の処理を行なう。第2象限の処理では、まず、ステップS30で、sinθが0.707以下であるか否かを判断する。そして、第2象限において、sinθが0.707以上であれば、すなわち、90°〜135°の範囲であれば、ステップS31で、cosθをヒステリシス補正する。すなわち、1サンプル前と現在のcosθの差が一定値以内(この場合、5LSB)のときは、cosθを1サンプル前の値とする。次に、ステップS32で、cosθの絶対値ABS(cosθ)を求める。これは、第2象限では、cosθが負のためである。次に、ステップS33で、該ABS(cosθ)をアドレスとして、SINθの正規化テーブル35をサーチして正規化する。次に、ステップS34で、正規化されたCOSθをアドレスとしてsinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出す。次に、図3のルーチンへ戻り、ステップS10で、ロータ軸角度θをアドレスにして、θ:A,Bテーブル36からエンコード信号A,Bを読み出し、ステップS11で、エンコード信号A,Bを出力ポート38から出力する。
【0034】
一方、第2象限において、sinθが0.707以下であれば、すなわち、ロータ軸角度が135°〜180°の範囲であれば、ステップS35で、sinθをヒステリシス補正する。すなわち、1サンプル前と現在のsinθの差が一定値以内(この場合、5LSB)のときは、sinθを1サンプル前の値とする。次に、ステップS36で、sinθをアドレスとしてsinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出す。次に、ステップS37で、ロータ軸角度θを、θ=45°−θなる式で補正する。これは、135°〜180°の範囲では、ロータ軸角度θの増加に伴ってsinθが減少するためであり、この補正により、ロータ軸角度は0〜45°の値をとる。次に、図3のルーチンへ戻り、ステップS10で、ロータ軸角度θをアドレスにして、θ:A,Bテーブル36からエンコード信号A,Bを読み出し、ステップS11で、エンコード信号A,Bを出力ポート38から出力する。
【0035】
次に、AD変換出力のsinθ,cosθの極性が第3象限(180°〜270)の場合について説明する。sinθ,cosθの極性が第3象限であった場合には、図3に示すステップS8で、第3象限の処理を行なう。第3象限の処理では、まず、ステップS40で、sinθの絶対値ABS(sinθ)を求める。これは、第3象限では、sinθが負であるためである。次に、ステップS41で、sinθが0.707以下であるか否かを判断する。そして、sinθが0.707以下であれば、すなわち、ロータ軸角度が180°〜225°の範囲であれば、ステップS42で、sinθをヒステリシス補正する。すなわち、1サンプル前と現在のsinθの差が一定値以内(この場合、5LSB)のときは、sinθを1サンプル前の値とする。次に、ステップS43で、sinθの正規化テーブル35をサーチして正規化する。これは、第3象限では、sinθが負(第1象限のsinθに対して非対称)のためである。次に、ステップS44で、sinθの絶対値ABS(sinθ)をアドレスとして、sinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出す。次に、図3のルーチンへ戻り、ステップS10で、ロータ軸角度θをアドレスにして、θ:A,Bテーブル36からエンコード信号A,Bを読み出し、ステップS11で、エンコード信号A,Bを出力ポート38から出力する。
【0036】
一方、第3象限において、sinθが0.707以上であれば、すなわち、225°〜270°の範囲であれば、ステップS45で、cosθをヒステリシス補正する。すなわち、1サンプル前と現在のcosθの差が一定値以内(この場合、5LSB)のときは、cosθを1サンプル前の値とする。次に、ステップS46で、cosθの絶対値ABS(cosθ)を求める。これは、第3象限では、cosθが負のためである。次に、ステップS47で、cosθをアドレスとして、sinθの正規化テーブル35をサーチして正規化する。次に、ステップS48で、正規化されたcosθをアドレスとしてsinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出す。次に、ステップS49で、ロータ軸角度θを、θ=45°−θなる式で補正する。これは、225°〜270°の範囲では、sinθの代わりに、ロータ軸角度の増加に伴って減少するcosθをアドレスとしているためであり、この補正により、ロータ軸角度は0〜45°の値をとる。次に、図3のルーチンへ戻り、ステップS10で、ロータ軸角度θをアドレスにして、θ:A,Bテーブル36からエンコード信号A,Bを読み出し、ステップS11で、エンコード信号A,Bを出力ポート38から出力する。
【0037】
次に、AD変換出力のsinθ,cosθの極性が第4象限(270°〜360°)の場合について説明する。sinθ,cosθの極性が第4象限であった場合には、図3に示すステップS9で、第4象限の処理を行なう。第4象限の処理では、まず、ステップS50で、sinθの絶対値ABS(sinθ)を求める。これは、第4象限では、sinθが負であるためである。そして、sinθが0.707以上であれば、すなわち、270°〜315°の範囲であれば、ステップS52で、cosθをヒステリシス補正する。すなわち、1サンプル前と現在のcosθの差が一定値以内(この場合、5LSB)のときは、cosθを1サンプル前の値とする。次に、ステップS54で、cosθをアドレスとして、sinθの正規化テーブル35をサーチして正規化する。次に、ステップS55で、正規化されたcosθをアドレスとしてsinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出す。次に、図3のルーチンへ戻り、ステップS10で、ロータ軸角度θをアドレスにして、θ:A,Bテーブル36からエンコード信号A,Bを読み出し、ステップS11で、エンコード信号A,Bを出力ポート38から出力する。
【0038】
一方、第4象限において、sinθが0.707以下であれば、すなわち、ロータ軸角度が315°〜360°の範囲であれば、ステップS56で、sinθをヒステリシス補正する。すなわち、1サンプル前と現在のsinθの差が一定値以内(この場合、5LSB)のときは、sinθを1サンプル前の値とする。次に、ステップS57で、sinθの正規化テーブル35をサーチして正規化する。これは、第4象限では、sinθが負(第1象限のsinθに対して非対称)のためである。次に、ステップS58で、sinθの絶対値ABS(sinθ)をアドレスとして、sinθ:θテーブル34からロータ軸角度θを読み出す。次に、ステップS59で、ロータ軸角度θを、θ=45°−θなる式で補正する。これは、315°〜360°の範囲では、角度θの増加に伴ってsinθが減少するためであり、この補正により、ロータ軸角度は0〜45°の値をとる。次に、図3のルーチンへ戻り、ステップS10で、ロータ軸角度θをアドレスにして、θ:A,Bテーブル36からエンコード信号A,Bを読み出し、ステップS11で、エンコード信号A,Bを出力ポート38から出力する。
【0039】
上述したように、本実施形態によれば、高度な演算を必要としないので、演算能力が低いマイクロコンピュータ21でも、レゾルバ1の高回転対応化に十分対応することができる。また、AD変換値にヒステリシス特性を持たせることにより、割り込み間のオーバーヘッドや、ADコンバータ入力へのノイズなどが原因となり、AD変換値に生じる誤差を補償することができる。また、レゾルバ1の出力であるsinθ,cosθを正規化することにより、正負非対称による角度誤差を補正することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明によれば、ADコンバータにより、前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をAD変換し、補正手段により、AD変換された正弦波値及び余弦波値をヒステリシス補正し、角度データ読出手段により、ヒステリシス補正された正弦波値及び余弦波値のいずれか一方を前記角度データ記憶手段にアドレスとして与え、正弦波値及び余弦波値に対応する角度データを読み出し、さらに、エンコードデータ読出手段により、角度データを前記エンコードデータ記憶手段にアドレスとして与え、前記エンコードデータを読み出し、出力から外部へ出力するようにしたので、角度誤差の低減化および高速応答化を図ることができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるR/Dコンバータの構成を示すブロック図である。
【図2】レゾルバの角度と象限とを示す概念図である。
【図3】本実施形態によるR/Dコンバータの動作を説明するためのフローチャートである。
【図4】本実施形態によるR/Dコンバータの動作を説明するためのフローチャートである。
【図5】本実施形態によるR/Dコンバータの動作を説明するためのフローチャートである。
【図6】本実施形態によるR/Dコンバータの動作を説明するためのフローチャートである。
【図7】本実施形態によるR/Dコンバータの動作を説明するためのフローチャートである。
【図8】従来技術によるR/Dコンバータの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 レゾルバ
2 R/Dコンバータ
21 マイクロコンピュータ
22 LPF
23 増幅器
30 MPU(補正手段、角度データ読出手段、エンコードデータ読出手段、判断手段)
31 ADコンバータ
32 DAコンバータ
33 データROM
34 sinθ:θテーブル(角度データ記憶手段)
35 正規化テーブル(正規化手段)
36 θ:A,Bテーブル(エンコードデータ記憶手段)
38 出力ポート(出力手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a converter for digitizing an output of a resolver (hereinafter, referred to as an R / D converter).
[0002]
[Prior art]
The resolver is a type of rotary transformer, and includes two stator windings and one rotor winding. The two stator windings are mechanically offset by 90 degrees. The amplitude of the signal obtained by coupling with the stator winding is a function of the position of the rotor (axis) and the relative position of the stator. Therefore, the resolver outputs two types of output voltages (S3-S1, S4-) modulated by the sine (sine wave) and cosine (cosine wave) of the axis angle and represented by the following equations (1) and (2). S2) is obtained.
S3−S1 = A · sin ωt · sin θ (1)
S4−S2 = A · sin ωt · cos θ (2)
Here, θ: shaft angle, ω: angular velocity corresponding to the rotor excitation frequency (f), A: rotor excitation amplitude.
[0003]
Conventionally, as an R / D converter, a technique for obtaining a resolver rotor shaft angle θ from the output voltages (S3-S1, S4-S2) with a circuit configuration shown in FIG. 8 has been proposed.
[0004]
In the above prior art, when the transducer passes a position equal to the least significant bit, the output is updated by 1 LSB. Updating CLKOUT corresponds to an increase of 1 LSB. Assuming that the current word state of the up / down counter is φ, (S3-S1) is multiplied by cos φ by a sine cosine multiplier, and (S2-S4) is multiplied by sin φ, so that the following equation is obtained. Can be.
A · sinωt · sinθ · cosψ
A · sinωt · cosθ · sins
[0005]
When these signals are subtracted by the error amplifier, the following equation is obtained.
A · sinωt (sinθ · cosψ−cosθ · sinψ)
[0006]
Or A · sin ωt · sin (θ-ψ)
Here, (θ−ψ) = angle error.
[0007]
A closed loop is formed by a demodulation circuit, an integrator, and a voltage controlled oscillator (VCO), and the operation is performed so that sin (θ−ψ) becomes zero. When this operation is established, the word state の of the up / down counter becomes equal to the rotor shaft angle θ of the resolver.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described related art, since it is a kind of PLL control, there is a problem that the response speed is slow, and in particular, the response speed becomes slower as the resolution becomes higher. In addition, it is necessary to compensate for the temperature drift of the analog operation circuit, and there is a problem that the IC circuit becomes complicated and expensive. Further, when the interface cable between the resolver and the R / D converter becomes long, the phase shift becomes large due to the delay between the exciting sine wave and the sine wave output and cosine wave output from the resolver, and the angle error becomes large. is there.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an R / D converter capable of reducing an angle error and achieving a high-speed response.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The R / D converter according to the present invention converts the sine wave output and the cosine wave output of the resolver to AD in the R / D converter for obtaining the rotor shaft angle of the resolver based on the sine wave output and the cosine wave output of the resolver. An A / D converter; correction means for performing hysteresis correction on the sine wave value and the cosine wave value from the A / D converter; angle data storage means for holding rotor axis angle data of the resolver; Encoding data storage means for pre-holding encoding data corresponding to a value, and giving one of a sine wave value and a cosine wave value subjected to hysteresis correction by the correction means to the angle data storage means as an address, and providing a sine wave value and a cosine wave value. Angle data reading means for reading angle data corresponding to a value; Encoding data reading means for giving the angle data read by the stage as an address to the encoded data storage means and reading the encoded data; and output means for outputting the encoded data read by the encoded data reading means to the outside. It is characterized by having.
[0011]
According to the R / D converter, the AD converter converts the sine wave output and the cosine wave output of the resolver to AD, and the correcting means corrects the AD converted sine wave value and cosine wave value in a hysteresis manner. The reading means gives one of the sine wave value and the cosine wave value subjected to the hysteresis correction to the angle data storage means as an address, reads out the angle data corresponding to the sine wave value and the cosine wave value, and further reads the encoded data. The angle data is given to the encoded data storage means as an address by the means, and the encoded data is read out and output from the output to the outside. Therefore, it is possible to reduce the angle error and to increase the response speed.
[0012]
Further, in the present invention, a quadrant in which the rotor shaft of the resolver is formed by dividing the angular space of the resolver into four equal parts based on the polarities of the sine wave value and the cosine wave value from the AD converter by the correction means. It is preferable that hysteresis correction is performed on either the sine wave value or the cosine wave value from the AD converter based on the quadrant determined by the determination unit that determines which of the above.
[0013]
In a preferred embodiment of the present invention, the normalization unit normalizes the sine wave value and the cosine wave value from the AD converter in order to correct the positive and negative asymmetry of the sine wave output and the cosine wave output of the resolver. I have. In a preferred embodiment of the present invention, the normalizing means normalizes a sine wave value and a cosine wave value in another quadrant based on a sine wave value in the first quadrant from the AD converter.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
A. First, FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an R / D converter according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
[0016]
The R /
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
As described above, by synchronizing both, the sine wave output and the cosine wave output of the
[0021]
Further, in the
[0022]
Further, in the present embodiment, the AD conversion processing, the DA conversion processing, and the angle calculation processing are performed in synchronization with the timer interrupt. However, due to the overhead between the interrupts and noise to the AD converter input, the AD conversion value is reduced. An error occurs. In order to compensate for this, in the present embodiment, the AD conversion value (sin θ, cos θ) has a hysteresis characteristic. That is, when the difference between the current AD change value one sample before and the current value is within a certain value (for example, 5 LSB), the AD conversion value is set to the value one sample before. This can prevent chattering of the encoder pulse and pulse output when the motor is stopped.
[0023]
FIG. 2 is a conceptual diagram showing sin θ and cos θ output from the
[0024]
As can be seen from the drawing, the rotor shaft angle θ can be obtained by directly calculating from the above-mentioned sin θ and cos θ. However, the
[0025]
Further, the output of the
[0026]
As described above, the
[0027]
B. Next, an operation of the R / D converter according to the embodiment of the present invention will be described. Here, FIGS. 3 to 7 are flowcharts for explaining the operation of the R / D converter according to the present embodiment.
[0028]
First, in step S1, the sampling frequency (SDFS) of the
[0029]
Next, in step S2, the sine wave output and the cosine wave output of the
[0030]
Next, in step S3, the DC-converted DC sin θ and cos θ are converted into AC sin θ and cos θ. Next, in step S4, the hysteresis (for example, 5LSB) of the AD conversion value is set. Next, in step S5, the current position (quadrant) of the rotor of the
[0031]
First, a case where the polarities of the sin conversion and cos θ of the AD conversion output are in the first quadrant (0 to 90 °) will be described. If the polarities of sin θ and cos θ are in the first quadrant, the process in the first quadrant is performed in step S6. In the processing in the first quadrant, first, in step S20, it is determined whether sin θ is 0.707 or less. If sin θ is 0.707 or less, that is, if the rotor shaft angle is 45 ° or less, hysteresis correction of sin θ is performed in step S21. That is, when the difference between the current sample θ and the current sin θ is within a certain value (5 LSB in this case), the value of sin θ is set to the value one sample before. Next, in step S22, the rotor shaft angle θ is read from the sin θ: θ table 34 using sin θ as an address. Next, returning to the routine of FIG. 3, in step S10, the encode signals A and B are read from the θ: A, B table 36 using the rotor shaft angle θ as an address, and the encode signals A and B are output in step S11. Output from
[0032]
On the other hand, if sin θ is 0.707 or more in the first quadrant, that is, if sin θ is in the range of 45 ° to 90 °, hysteresis correction is performed on cos θ in step S23. That is, when the difference between the previous sample and the current cos θ is within a certain value (5LSB in this case), the value of cos θ is set to the value of the previous sample. Next, in step S24, the normalization table 35 for sin θ is searched and normalized using cos θ as an address. Next, in step S25, the rotor axis angle θ is read from the sin θ: θ table 34 using the normalized cos θ as an address. Next, in step S26, the rotor shaft angle θ is corrected by the equation θ = 45 ° −θ. This is because in the range of 45 ° to 90 °, instead of sin θ, cos θ, which decreases with an increase in the rotor axis angle, is used as an address. By this correction, the rotor axis angle becomes a value of 0 to 45 °. Take. Next, returning to the routine of FIG. 3, in step S10, the encode signals A and B are read from the θ: A, B table 36 using the rotor shaft angle θ as an address, and the encode signals A and B are output in step S11. Output from
[0033]
Next, the case where the polarities of the sin conversion and cos θ of the AD conversion output are in the second quadrant (90 ° to 180) will be described. If the polarities of sin θ and cos θ are in the second quadrant, the processing in the second quadrant is performed in step S7 shown in FIG. In the processing in the second quadrant, first, in step S30, it is determined whether sin θ is 0.707 or less. In the second quadrant, if sinθ is 0.707 or more, that is, if sinθ is in the range of 90 ° to 135 °, hysteresis correction of cosθ is performed in step S31. That is, when the difference between the previous sample and the current cos θ is within a certain value (5LSB in this case), the value of cos θ is set to the value of the previous sample. Next, in step S32, the absolute value ABS (cos θ) of cos θ is obtained. This is because cos θ is negative in the second quadrant. Next, in step S33, the normalization table 35 of SINθ is searched and normalized using the ABS (cos θ) as an address. Next, in step S34, the rotor axis angle θ is read from the sin θ: θ table 34 using the normalized COS θ as an address. Next, returning to the routine of FIG. 3, in step S10, the encode signals A and B are read from the θ: A, B table 36 using the rotor shaft angle θ as an address, and the encode signals A and B are output in step S11. Output from
[0034]
On the other hand, in the second quadrant, if sin θ is 0.707 or less, that is, if the rotor shaft angle is in the range of 135 ° to 180 °, hysteresis correction of sin θ is performed in step S35. That is, when the difference between the current sample θ and the current sin θ is within a certain value (5 LSB in this case), the value of sin θ is set to the value one sample before. Next, in step S36, the rotor shaft angle θ is read from the sin θ: θ table 34 using sin θ as an address. Next, in step S37, the rotor shaft angle θ is corrected by the equation θ = 45 ° −θ. This is because sin θ decreases as the rotor axis angle θ increases in the range of 135 ° to 180 °, and the rotor axis angle takes a value of 0 to 45 ° by this correction. Next, returning to the routine of FIG. 3, in step S10, the encode signals A and B are read from the θ: A, B table 36 using the rotor shaft angle θ as an address, and the encode signals A and B are output in step S11. Output from
[0035]
Next, the case where the polarities of the sin conversion and cos θ of the AD conversion output are in the third quadrant (180 ° to 270) will be described. If the polarities of sin θ and cos θ are in the third quadrant, the processing in the third quadrant is performed in step S8 shown in FIG. In the processing in the third quadrant, first, in step S40, the absolute value ABS (sin θ) of sin θ is obtained. This is because sin θ is negative in the third quadrant. Next, in step S41, it is determined whether or not sin θ is equal to or less than 0.707. If sin θ is 0.707 or less, that is, if the rotor shaft angle is in the range of 180 ° to 225 °, hysteresis correction of sin θ is performed in step S42. That is, when the difference between the current sample θ and the current sin θ is within a certain value (5 LSB in this case), the value of sin θ is set to the value one sample before. Next, in step S43, the normalization table 35 for sinθ is searched and normalized. This is because sinθ is negative (asymmetric with respect to sinθ in the first quadrant) in the third quadrant. Next, in step S44, the rotor shaft angle θ is read from the sin θ: θ table 34 using the absolute value ABS (sin θ) of sin θ as an address. Next, returning to the routine of FIG. 3, in step S10, the encode signals A and B are read from the θ: A, B table 36 using the rotor shaft angle θ as an address, and the encode signals A and B are output in step S11. Output from
[0036]
On the other hand, if sin θ is 0.707 or more in the third quadrant, that is, if sin θ is in the range of 225 ° to 270 °, hysteresis correction is performed on cos θ in step S45. That is, when the difference between the previous sample and the current cos θ is within a certain value (5LSB in this case), the value of cos θ is set to the value of the previous sample. Next, in step S46, an absolute value ABS (cos θ) of cos θ is obtained. This is because cos θ is negative in the third quadrant. Next, in step S47, the normalization table 35 for sin θ is searched and normalized using cos θ as an address. Next, in step S48, the rotor axis angle θ is read from the sin θ: θ table 34 using the normalized cos θ as an address. Next, in step S49, the rotor shaft angle θ is corrected by the equation θ = 45 ° −θ. This is because in the range of 225 ° to 270 °, instead of sin θ, cos θ, which decreases with an increase in the rotor axis angle, is used as an address. By this correction, the rotor axis angle becomes a value of 0 to 45 °. Take. Next, returning to the routine of FIG. 3, in step S10, the encode signals A and B are read from the θ: A, B table 36 using the rotor shaft angle θ as an address, and the encode signals A and B are output in step S11. Output from
[0037]
Next, the case where the polarities of the sin conversion and cos θ of the AD conversion output are in the fourth quadrant (270 ° to 360 °) will be described. If the polarities of sin θ and cos θ are in the fourth quadrant, the processing in the fourth quadrant is performed in step S9 shown in FIG. In the processing in the fourth quadrant, first, in step S50, the absolute value ABS (sin θ) of sin θ is obtained. This is because sin θ is negative in the fourth quadrant. If sin θ is 0.707 or more, that is, if sin θ is in the range of 270 ° to 315 °, hysteresis correction of cos θ is performed in step S52. That is, when the difference between the previous sample and the current cos θ is within a certain value (5LSB in this case), the value of cos θ is set to the value of the previous sample. Next, in step S54, the normalization table 35 for sin θ is searched and normalized using cos θ as an address. Next, in step S55, the rotor shaft angle θ is read from the sin θ: θ table 34 using the normalized cos θ as an address. Next, returning to the routine of FIG. 3, in step S10, the encode signals A and B are read from the θ: A, B table 36 using the rotor shaft angle θ as an address, and the encode signals A and B are output in step S11. Output from
[0038]
On the other hand, if sin θ is 0.707 or less in the fourth quadrant, that is, if the rotor shaft angle is in the range of 315 ° to 360 °, hysteresis correction of sin θ is performed in step S56. That is, when the difference between the current sample θ and the current sin θ is within a certain value (5 LSB in this case), the value of sin θ is set to the value one sample before. Next, in step S57, the normalization table 35 for sinθ is searched and normalized. This is because sin θ is negative (asymmetric with respect to sin θ in the first quadrant) in the fourth quadrant. Next, in step S58, the rotor shaft angle θ is read from the sin θ: θ table 34 using the absolute value ABS (sin θ) of sin θ as an address. Next, in step S59, the rotor shaft angle θ is corrected by the equation θ = 45 ° −θ. This is because in the range of 315 ° to 360 °, sin θ decreases as the angle θ increases, and the rotor shaft angle takes a value of 0 to 45 ° by this correction. Next, returning to the routine of FIG. 3, in step S10, the encode signals A and B are read from the θ: A, B table 36 using the rotor shaft angle θ as an address, and the encode signals A and B are output in step S11. Output from
[0039]
As described above, according to the present embodiment, since a high-level operation is not required, even the
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the AD converter converts the sine wave output and the cosine wave output of the resolver from AD to AD, and corrects the AD converted sine wave and cosine wave values by hysteresis correction. Then, one of the sine wave value and the cosine wave value subjected to the hysteresis correction is given as an address to the angle data storage unit by the angle data reading unit, and the angle data corresponding to the sine wave value and the cosine wave value is read. The angle data is given to the encode data storage means as an address by the encode data read means, and the encode data is read and output from the output to the outside. Therefore, it is possible to reduce the angle error and increase the response speed. The advantage that it can be obtained is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an R / D converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an angle and a quadrant of a resolver.
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the R / D converter according to the embodiment;
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the R / D converter according to the embodiment;
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the R / D converter according to the embodiment;
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the R / D converter according to the embodiment;
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the R / D converter according to the embodiment;
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional R / D converter.
[Explanation of symbols]
1 Resolver 2 R /
23
31
34 sin θ: θ table (angle data storage means)
35 Normalization table (normalization means)
36 θ: A, B table (encoding data storage means)
38 Output port (output means)
Claims (4)
前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をAD変換するADコンバータと、
前記ADコンバータからの正弦波値及び余弦波値をヒステリシス補正する補正手段と、
前記レゾルバのロータ軸角度データを保持する角度データ記憶手段と、
前記ADコンバータから正弦波値及び余弦波値に対するエンコードデータを予め保持するエンコードデータ記憶手段と、
前記補正手段によりヒステリシス補正された正弦波値及び余弦波値のいずれか一方を前記角度データ記憶手段にアドレスとして与え、正弦波値及び余弦波値に対応する角度データを読み出す角度データ読出手段と、
前記角度データ読出手段により読み出された角度データを前記エンコードデータ記憶手段にアドレスとして与え、前記エンコードデータを読み出すエンコードデータ読出手段と、
前記エンコードデータ読出手段により読み出されたエンコードデータを外部へ出力する出力手段と
を具備することを特徴とするR/Dコンバータ。An R / D converter for determining a rotor axis angle of the resolver based on a sine wave output and a cosine wave output of the resolver,
An AD converter that performs AD conversion on a sine wave output and a cosine wave output of the resolver;
Correction means for performing hysteresis correction on the sine wave value and the cosine wave value from the AD converter;
Angle data storage means for holding the rotor axis angle data of the resolver,
Encoding data storage means for previously holding encoding data for the sine wave value and the cosine wave value from the AD converter;
Angle data reading means for giving one of a sine wave value and a cosine wave value subjected to hysteresis correction by the correction means as an address to the angle data storage means, and reading angle data corresponding to the sine wave value and the cosine wave value,
Encoding data reading means for giving the angle data read by the angle data reading means to the encoded data storage means as an address, and reading the encoded data;
Output means for outputting the encoded data read by the encoded data reading means to the outside.
前記補正手段は、
前記判断手段に判断された象限に基づいて、前記ADコンバータからの正弦波値または余弦波値のいずれか一方に対してヒステリシス補正することを特徴とする請求項1記載のR/Dコンバータ。Determining means for determining which of a quadrant formed by dividing the angular space of the resolver into four equal parts based on the polarity of the sine wave value and the cosine wave value from the AD converter; Equipped,
The correction means,
2. The R / D converter according to claim 1, wherein one of a sine wave value and a cosine wave value from the AD converter is subjected to hysteresis correction based on the quadrant determined by the determination unit.
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