JP2011089885A - レゾルバデジタルコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバから入力される信号の遅れ時間の変動に追随した補正を、レゾルバの動作中常に行うことのできるレゾルバデジタルコンバータ提供する。
【解決手段】位相遅れ時間測定部１が、励磁信号生成部１０１から出力される励磁信号ＲＳと、レゾルバからの出力Ｓ１、Ｓ２との間の、位相遅れ時間を測定し、可変ディレイ部２が、位相遅れ時間測定部１により算出された位相遅れ時間ＤＴに応じたディレイで励磁信号ＲＳを遅延させ、同期検波部１０５へ入力する同期信号ＳＳとして出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レゾルバデジタルコンバータに関する。

レゾルバデジタルコンバータは、回転機器に装着されたレゾルバへ励磁信号を出力し、レゾルバから入力される交流信号から回転機器の回転角度を算出し、その回転角度をデジタルデータとして出力する。

回転角度の算出にあたっては、レゾルバからの交流信号に含まれる励磁信号成分を除去するために、励磁信号による同期検波が行われる。このとき、励磁信号とレゾルバからの交流信号との間に遅れ時間があると、同期検波の位相がずれて、同期検波の感度が低下する。その結果、回転角度の算出に誤差が生じ、出力する回転角度データの精度が低下するという問題が生じる。

従来、上述の遅れ時間に起因する問題に対して、レゾルバから入力される交流信号の遅れ時間を算出し、その遅れ時間にもとづいて算出した回転角度の補正を行なう方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、上述の提案の方式では、交流信号の遅れ時間の算出が、レゾルバの停止時にのみ行われるため、レゾルバの動作中に、例えば温度変動による遅れ時間の変動が発生した場合など、その遅れ時間の変動に追随した回転角度の補正が行なえない、という問題があった。

特開２００５−１４７７２９号公報 （第３−６ページ、図１）

そこで、本発明の目的は、レゾルバから入力される信号の遅れ時間の変動に追随した補正を、レゾルバの動作中常に行うことのできるレゾルバデジタルコンバータ提供することにある。

本発明の一態様によれば、レゾルバへ供給する励磁信号を生成する励磁信号生成手段と、前記レゾルバから入力される前記励磁信号が振幅変調された位相の異なる２つの交流信号から励磁信号成分を除去する同期検波手段とを備えるレゾルバデジタルコンバータであって、前記交流信号の前記励磁信号からの位相遅れ時間を測定する位相遅れ時間測定手段と、前記位相遅れ時間測定手段により算出された前記位相遅れ時間に応じたディレイで前記励磁信号を遅延させ、前記同期検波手段へ入力する同期信号として出力する可変ディレイ手段とを有することを特徴とするレゾルバデジタルコンバータが提供される。

本発明によれば、レゾルバから入力される信号の遅れ時間の変動に追随した補正を、レゾルバの動作中常に行うことができる。

本発明の実施例に係るレゾルバデジタルコンバータの構成の例を示すブロック図。 本発明の実施例に係るレゾルバデジタルコンバータから出力される励磁信号とレゾルバから出力される交流信号の関係を示す図。 本発明の実施例の位相遅れ時間測定部の内部構成の例を示すブロック図。 図３に示す位相遅れ時間測定部の動作説明図。 レゾルバから出力される交流信号の０点に関する説明図。 本発明の実施例の可変ディレイ部の内部構成の例を示すブロック図。 本発明の実施例に係るレゾルバデジタルコンバータの動作の例を示す波形図。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施例に係るレゾルバデジタルコンバータの構成の例を示すブロック図である。

本実施例のレゾルバデジタルコンバータは、その基本的な構成として、レゾルバへ供給する励磁信号ＲＳを生成する励磁信号生成部１０１と、レゾルバからの出力Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ入力されるＡＤコンバータ１０２Ａ、１０２Ｂと、ＡＤコンバータ１０２Ａの出力Ｄ１、ＡＤコンバータ１０２Ｂの出力Ｄ２がそれぞれ入力される乗算部１０３Ａ、１０３Ｂと、乗算部１０３Ａの出力から乗算部１０３Ｂの出力を減算する減算器１０４と、励磁信号ＲＳにもとづく同期信号ＳＳにより減算器１０４の出力を同期検波する同期検波部１０５と、同期検波部１０５の出力を積分して回転機器の角速度ｖを算出する角速度算出部１６と、角速度算出部１０６により算出された角速度ｖを積分して回転機器の回転角度φを算出する回転角度算出部１０７と、回転角度算出部１０７により算出された回転角度φに応じた余弦関数値ｃｏｓφを乗算部１０３Ａへ出力するＣＯＳテーブル１０８と、回転角度算出部１０７により算出された回転角度φに応じた正弦関数値ｓｉｎφを乗算部１０３Ｂへ出力するＳＩＮテーブル１０９と、を備えている。

図２に、励磁信号生成部１０１により生成される励磁信号ＲＳと、レゾルバからの出力Ｓ１、Ｓ２の信号波形の例を示す。

図２（ａ）に示すように、励磁信号生成部１０１により生成される励磁信号ＲＳは、矩形派である。

この励磁信号ＲＳは、外部のフィルタ（図示せず）により、図２（ｂ）に示すような正弦波ｓｉｎωｔに変換され、レゾルバへ供給する励磁波とされる。

レゾルバからは、回転機器の回転角度θに応じて励磁波ｓｉｎωｔを振幅変調した２つの出力信号、Ｓ１（＝ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ）、Ｓ２（＝ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）が出力される。

図２（ｃ）にレゾルバ出力Ｓ１の波形例、図２（ｄ）にレゾルバ出力Ｓ２の波形例を示す。

このとき、励磁信号ＲＳと、レゾルバ出力Ｓ１、Ｓ２との間には、レゾルバの動作時間や、レゾルバとレゾルバデジタルコンバータ間の信号伝達時間などにより、位相遅れが生じる。このときの位相遅れ時間をＤＴと表す。

レゾルバ出力Ｓ１、Ｓ２は、それぞれＡＤコンバータ１０２Ａ、１０２Ｂへ入力され、デジタルＤ１、Ｄ２に変換される。

ＡＤコンバータ１０２Ａの出力Ｄ１は、乗算部１０３Ａへ入力される。乗算部１０３Ａは、ＣＯＳテーブル１０８により帰還入力された前回演算結果の回転角度φに対する余弦関数値ｃｏｓφを乗じて、（ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ）・ｃｏｓφを出力する。

一方、ＡＤコンバータ１０２Ｂの出力は、乗算部１０３Ｂへ入力される。乗算部１０３Ｂは、ＳＩＮテーブル１０９により帰還入力された前回演算結果の回転角度φに対する正弦関数値ｓｉｎφを乗じて、（ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）・ｓｉｎφを出力する。

減算器１０４は、乗算部１０３Ａの出力から乗算部１０３Ｂの出力を減算し、
（ｓｉｎθ・ｓｉｎωｔ）・ｃｏｓφ−（ｃｏｓθ・ｓｉｎωｔ）・ｓｉｎφ
＝（ｓｉｎθ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθ・ｓｉｎφ）・ｓｉｎωｔ
＝ｓｉｎ（θ−φ）・ｓｉｎωｔ
を出力する。

同期検波部１０５は、同期信号ＳＳにより減算器１０４の出力をサンプリングし、励磁信号ＲＳに同期した同期検波を行う。これにより、減算器１０４の出力から励磁信号ＲＳの成分が除去され、同期検波部１０５からは、
ｓｉｎ（θ−φ）
が出力される。

（θ−φ）の値が小さいときは、ｓｉｎ（θ−φ）≒（θ−φ）である。（θ−φ）は、φ＝θとするための制御偏差εである。したがって、同期検波部１０５の出力を制御偏差ε＝ｓｉｎ（θ−φ）
とみなすことができる。

角速度算出部１０６は、制御偏差εを積分することにより回転機器の角速度ｖを算出し、回転角度算出部１０７は、角速度算出部１０６により算出された角速度ｖを積分することにより回転機器の回転角度φを算出する。

このようにして、図１に示す構成のレゾルバデジタルコンバータは、回転機器の回転角度θに応じた回転角度φを出力する。

上述したように、レゾルバからの出力Ｓ１、Ｓ２に含まれる励磁信号成分を除去するために、同期検波部１０５による同期検波が行われる。このとき、励磁信号ＲＳとレゾルバからの出力Ｓ１、Ｓ２との間には、図２に示したように、位相遅れ時間ＤＴの位相差がある。そのため、励磁信号ＲＳでそのまま同期検波を行うと同期検波の位相がずれて、同期検波の感度が低下する。その結果、回転角度の算出に誤差が生じ、出力する回転角度データの精度が低下する。

そこで、本実施例では、励磁信号ＲＳとレゾルバからの出力Ｓ１、Ｓ２との間の位相遅れ時間を測定する位相遅れ時間測定部１と、位相遅れ時間測定部１により算出された位相遅れ時間ＤＴに応じたディレイで励磁信号ＲＳを遅延させ、同期検波部１０５へ入力する同期信号ＳＳとして出力する可変ディレイ部２と、を設ける。

図３に、位相遅れ時間測定部１の内部構成の例を示す。

図３に示す例では、位相遅れ時間測定部１は、レゾルバ出力Ｓ１の振幅レベルの０点を検出して０点検出信号Ｚ１を出力する０点検出部１１Ａと、レゾルバ出力Ｓ２の振幅レベルの０点を検出して０点検出信号Ｚ２を出力する０点検出部１１Ｂと、０点検出信号Ｚ１、０点検出信号Ｚ２のいずれかが出力されたときに０点検出信号Ｚを出力するＯＲゲート１２と、励磁信号ＲＳの立ち上りでカウントを開始し、０点検出信号Ｚが出力されたときにカウントを停止し、そのときのカウント値を位相遅れ時間ＤＴとして出力するカウンタ１３と、により構成されている。ここで、カウンタ１３は、高周波のクロック信号ＣＫによりカウントを行うものとする。

図４に、図３に示す構成例の位相遅れ時間測定部１の動作波形の例を示す。

カウンタ１３は、励磁信号ＲＳの立ち上りでカウントを開始し、例えば、レゾルバ出力Ｓ１の振幅レベルの０点が検出されたときにカウントを停止する。

なお、ここでは、０点検出をイメージしやすいように、レゾルバ出力Ｓ１のアナログ波形を示しているが、実際には、ＡＤコンバータ１０２Ａの出力Ｄ１が‘０’であるかどうかによって、０点検出部１１Ａによる０点検出は行われる。

ところで、励磁信号ＲＳからの位相遅れ時間ＤＴは、レゾルバ出力Ｓ１もレゾルバ出力Ｓ２も同じであるので、どちらか一方の０点検出を行うだけでも位相遅れ時間ＤＴの測定は、基本的に可能である。

しかし、本実施例では、レゾルバ出力Ｓ１とレゾルバ出力Ｓ２の両方で０点検出を行うようにしている。以下、レゾルバ出力Ｓ１とレゾルバ出力Ｓ２の両方で０点検出を行う理由について述べる。

図５に示すように、レゾルバ出力Ｓ１の場合はｓｉｎθ＝０となるＡの付近、レゾルバ出力Ｓ２の場合はｃｏｓθ＝０となるＢの付近で、信号レベルが非常に小さくなる。そのため、この付近では、０点検出に誤差が生じやすい。

しかし、レゾルバから出力される信号は、ｓｉｎθとｃｏｓθの間に９０°の位相差がある。したがって、ｓｉｎθ＝０とｃｏｓθ＝０が、同時に起きることはない。

そこで本実施例では、レゾルバ出力Ｓ１とレゾルバ出力Ｓ２の両方で０点検出を行い、０点検出に誤差が生じることを防止している。

図６に、可変ディレイ部２の内部構成の例を示す。

図６に示す例では、可変ディレイ部２は、励磁信号ＲＳを順次遅延させた出力をタップへ出力するタップ付き多段ディレイ部２１と、位相遅れ時間測定部１から出力された位相遅れ時間ＤＴの大きさに応じてタップ付き多段ディレイ部２１の出力タップを切り換え、同期信号ＳＳを出力するタップ切り換え部２２と、により構成されている。

タップ切り換え部２２による出力タップの切り換えにより、励磁信号ＲＳを位相遅れ時間ＤＴに合わせて遅延させた同期信号ＳＳを出力することができる。

これにより、レゾルバの動作中に、励磁信号ＲＳに対するレゾルバ出力Ｓ１、Ｓ２の位相遅れ時間ＤＴが変動しても、その変動に追随して、同期信号ＳＳの位相を補正することができる。

図７に、レゾルバ出力Ｓ１、Ｓ２の位相遅れ時間ＤＴの変動に対する同期信号ＳＳの位相補正の様子を示す。

図７に示すように、レゾルバ出力Ｓ１、Ｓ２の位相遅れ時間が、ＤＴ１からＤＴ２へ変動した場合、その変動に追随して、励磁信号ＲＳに対する同期信号ＳＳの位相が補正される。

このような本実施例によれば、レゾルバの動作中に、励磁信号ＲＳに対するレゾルバ出力Ｓ１、Ｓ２の位相遅れ時間ＤＴを常に測定し、その位相遅れ時間ＤＴに応じて、同期検波部１０５へ入力する同期信号ＳＳの位相を補正することができる。これにより、レゾルバの動作中に位相遅れ時間ＤＴが変動しても、その変動に追随したる同期信号ＳＳの位相の補正を常に行うことができる。その結果、同期検波部１０５における同期検波の感度の低下を防止でき、回転角度算出部１０７における回転角度算出の精度の低下を防止することができる。

１ 位相遅れ時間測定部
２ 可変ディレイ部
１１Ａ、１１Ｂ ０点検出部
１２ ＯＲゲート
１３ カウンタ
２１ タップ付き多段ディレイ部
２２ タップ切り換え部
１０１ 励磁信号生成部
１０２Ａ、１０２Ｂ ＡＤコンバータ
１０３Ａ、１０３Ｂ 乗算部
１０４ 減算器
１０５ 同期検波部
１０６ 角速度算出部
１０７ 回転角度算出部
１０８ ＣＯＳテーブル
１０９ ＳＩＮテーブル

Claims (5)

1. レゾルバへ供給する励磁信号を生成する励磁信号生成手段と、前記レゾルバから入力される前記励磁信号が振幅変調された位相の異なる２つの交流信号から励磁信号成分を除去する同期検波手段とを備えるレゾルバデジタルコンバータであって、
   前記交流信号の前記励磁信号からの位相遅れ時間を測定する位相遅れ時間測定手段と、
   前記位相遅れ時間測定手段により算出された前記位相遅れ時間に応じたディレイで前記励磁信号を遅延させ、前記同期検波手段へ入力する同期信号として出力する可変ディレイ手段と
   を有することを特徴とするレゾルバデジタルコンバータ。
2. 前記位相遅れ時間測定手段が、
   前記交流信号のレベルの０点を検出して０点検出信号を出力する０点検出手段と、
   前記励磁信号の立ち上りから前記０点検出信号が出力されるまでの時間を測定する測定手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載のレゾルバデジタルコンバータ。
3. 前記位相遅れ時間測定手段は、
   前記２つの交流信号のいずれかから前記０点を検出したときに、前記０点検出信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のレゾルバデジタルコンバータ。
4. 前記交流信号をデジタルデータに変換するＡＤコンバータを有する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレゾルバデジタルコンバータ。
5. 前記ＡＤコンバータの出力が、前記０点検出器へ入力される
   ことを特徴とする請求項４に記載のレゾルバデジタルコンバータ。

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