JP2003188724A - アナログ信号をデジタル信号に変換する方法および信号検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータ相電流の全域に亘って高い分解能で電
流検出を行うことのできる電流検出装置を提案するこ
と。 【解決手段】 サーボドライバ２の電流検出装置１では
電流センサ１１によりｖ相電流ｉｖを検出し、この電圧
値を前段および後段の増幅器１２、１３を介して増幅し
て、Ａ／Ｄ変換器１４に対して所定ゲインの入力電圧Ｄ
ｉｖ２として供給する。Ａ／Ｄ変換器１４では入力電圧
をデジタル値Ｄｉｖ２’に変換し、この値に基づき電流
検出制御器１５では検出電圧のデジタル値ＩＶを算出す
る。この制御器１５では電流指令値ｉｖＣＯＭと前回サ
ンプリングされた検出電流値ｉｖＺに基づき検出電流値
の予測範囲を設定し、この予測範囲の中心値ｉｖ０に対
応する電圧値を差動演算増幅器１２の演算基準電圧Ｖｉ
ｖＯＦＦとし、予測範囲に基づき演算増幅器１３の帰還
抵抗Ｒ４を調整してＡ／Ｄ変換器１４の入力ゲインを調
整する。モータ相電流の大小に拘わらずに常に高い分解
能で電流検出が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御対象の駆動状
態をアナログ信号として検出し、このアナログ信号のデ
ジタル変換値に基づき制御対象の駆動制御を行う駆動制
御装置などにおいて用いることのできるアナログ信号を
デジタル信号に変換する方法に関するものである。

【０００２】また、本発明は、ＡＣサーボドライバにお
けるモータ電流などの制御パラメータを検出するための
信号検出装置に関し、Ａ／Ｄ変換器を介してデジタル化
された信号検出値に基づきモータ駆動制御を精度良く行
うための信号検出装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】ＡＣサーボドライバにおいては、位置、
速度、電流の制御はマイクロプロセッサによるデジタル
制御が主流になりつつある。電流のデジタル制御では、
モータの相電流をアナログ電圧値として検出し、検出さ
れたアナログ電圧値を差動増幅器を介してゲイン調整し
た後にＡ／Ｄ変換器に入力して、デジタル値に変換して
いる。かかるデジタル制御においては、Ａ／Ｄ変換器の
分解能がモータの電流検出精度に直接に影響を与える。
電流検出精度が低いと、モータ停止時などにおける制御
性が低下して、振動などが発生し易くなる。

【０００４】ここで、Ａ／Ｄ変換器の入力電圧が当該Ａ
／Ｄ変換器の入力電圧レンジ内に納まるように、一定の
増幅率を持つ演算増幅器により調整されている。一般に
は、駆動するモータの相電流の最大値が検出された場合
に、入力電圧値がＡ／Ｄ変換器のフルレンジ内に収まる
ようにゲインが設定されている。このため、Ａ／Ｄ変換
器を介してフィードバックされる検出電流の分解能は、
Ａ／Ｄ変換器のビット数から定まる分解能となってい
る。

【０００５】かかる弊害を回避するために、例えば、特
開平１１−２７４９３０号公報に記載の電流検出回路で
は、Ａ／Ｄ変換器の入力電圧のゲイン切り換え機構を配
置して、モータ検出電流が小さい場合にはゲインを大き
くし、モータ電流が小さい場合などにおける電流検出の
分解能を高めるようにしている。同様に、特開平１０−
１３２８６１号公報に開示の電流検出装置においては、
モータに対する電流指令値に応じて演算増幅器の増幅率
を切り換えて、電流検出の分解能を高めるようにしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法は、検出電流値あるいは電流指令値に基
づき演算増幅器の増幅率を切り換えているので、検出電
流値あるいは電流指令値が小さい程、演算増幅器の増幅
率が大きくなり、従って、Ａ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換操
作による検出電流の分解能を高めることができる。しか
しながら、検出電流値あるいは電流指令値が大きい場合
には、従来と同様に演算増幅器の増幅率を抑えてＡ／Ｄ
変換器の入力電圧値が入力電圧レンジ内に納まるように
しなければならない。よって、検出電流値あるいは電流
指令値に応じて検出電流の分解能が変動し、モータ電流
の全域に亘って検出電流の分解能を改善することができ
ない。

【０００７】ここで、このような弊害は、モータ駆動制
御のために電流検出を行う場合以外にも発生する。すな
わち、制御対象の制御パラメータをアナログ信号として
検出し、検出されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器を介し
てデジタル化し、得られたデジタル値に基づき制御対象
を駆動制御するシステムにおいて発生する可能性の高い
問題である。

【０００８】本発明の課題は、この点に鑑みて、制御対
象の制御パラメータをアナログ信号として検出し、検出
したアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ信
号をデジタル信号に変換する方法において、検出される
アナログ信号の値の大小に拘わらず検出信号の分解能を
改善することにある。

【０００９】また、本発明の課題は、ＡＣサーボドライ
バをデジタル制御するために、モータ相電流などの検出
信号をＡ／Ｄ変換器を介してデジタルに変換する信号検
出装置において、モータ電流などの検出値の大小に拘わ
らず検出信号の分解能を改善することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のアナログ信号をデジタル信号に変換する
方法は、事前情報を用いて、実際に検出されるアナログ
信号の変動範囲を事前に予測し、予測した変動範囲に含
まれるアナログ信号が、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに包
含され、かつ、当該Ａ／Ｄ変換器の分解能が最大となる
ように、実際に検出された前記アナログ信号にアナログ
演算を施し、アナログ演算後のアナログ信号を前記Ａ／
Ｄ変換器に入力して、デジタル信号に変換するようにし
ている。

【００１１】ここで、前記事前情報としては、前回のＡ
／Ｄ変換器によるデジタル変換値を用いることができ
る。

【００１２】また、前記事前情報として、上記のデジタ
ル変換値と、実際に検出される前記アナログ信号の指令
値を用いることができる。

【００１３】さらに、前記事前情報としては、実際に検
出される前記アナログ信号の連続性の有無、および／ま
たは所定時間内の最大変動幅を挙げることができる。

【００１４】次に、実際に検出されたアナログ信号に対
する前記アナログ演算は、 （アナログ演算器のゲイン）×（アナログ信号−アナロ
グ演算器のオフセット値） とすることができる。

【００１５】この場合、前記ゲインおよび／またはオフ
セット値を変更することにより、予測した変動範囲に含
まれるアナログ信号が、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに包
含され、かつ、当該Ａ／Ｄ変換器の分解能が最大となる
ように調整すればよい。

【００１６】また、事前に予測した変動範囲に含まれる
アナログ信号が前記Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに包含さ
れるように、Ａ／Ｄ変換器に入力されるアナログ信号に
演算を施すための差動増幅器の演算基準電圧と増幅率を
決定すればよい。

【００１７】また、この場合、実際に検出されたアナロ
グ信号が事前に予測した変動範囲に入らなかった場合に
は、Ａ／Ｄ変換器に入力されるアナログ信号が当該Ａ／
Ｄ変換器の入力レンジに包含されるように、前記差動増
幅器の演算基準電圧と増幅率を決定し、実際に検出され
た前記アナログ信号のデジタル変換を再度行うことが望
ましい。

【００１８】再度のデジタル変換の典型的な方法は、前
記演算基準電圧を零とし、前記増幅率を最小として、前
記アナログ信号のデジタル変換を再度行うことである。

【００１９】本発明の方法では、検出されるアナログ信
号の変動範囲を事前に予測しておき、予測した変動範囲
に含まれるアナログ信号が、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジ
内に納まるように演算増幅器の増幅率が設定される。ア
ナログ信号の変動範囲を狭くしておけば、従来のように
モータ相電流の最大値に基づき演算増幅器の増幅率を予
め一義的に決定している場合に比べて、大きな増幅率を
採用することができるので、その分、Ａ／Ｄ変換器によ
る分解能を高めることができる。また、検出されたアナ
ログ信号の値が大きい場合においても、演算増幅器の増
幅率を下げる必要がないので、検出されたアナログ信号
の大小に拘わりなくＡ／Ｄ変換器による検出信号の分解
能を改善できる。

【００２０】次に、本発明のアナログ信号をデジタル信
号に変換する方法は、Ａ／Ｄ変換対象の信号である時間
的に連続変換するアナログ信号に対して、Ａ／Ｄ変換し
た前回の結果を利用して、今回のＡ／Ｄ変換時に検出さ
れる実際のアナログ信号の範囲を予測し、予測した範囲
に応じて、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジが予測した範囲に
含まれるように、差動増幅器の演算基準電圧と増幅率を
決定し、実際に検出された前記アナログ信号を、この差
動増幅器を介して、前記Ａ／Ｄ変換器に入力して、デジ
タル変換を行うようにしている。

【００２１】ここで、検出対象のアナログ値の制御目標
である指令値を利用可能な場合には、前記のＡ／Ｄ変換
した前回の結果と、実際に検出されるアナログ信号の指
令値とに基づき、今回のＡ／Ｄ変換時に検出される実際
のアナログ信号の範囲を予測することが望ましい。

【００２２】次に、本発明の信号検出装置は、モータ駆
動制御に関するパラメータを、アナログ信号として検出
するセンサと、前記センサの検出値を演算基準電圧に基
づき演算増幅する演算増幅器と、前記演算増幅器の出力
電圧をデジタル電圧に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記セ
ンサにより検出されるアナログ信号が含まれる所定幅の
範囲を予測し、前記演算増幅器の前記演算基準電圧を、
予測した前記範囲の中心値に対応する電圧値に設定する
制御器とを有している。

【００２３】検出対象のアナログ信号としては、モータ
のＤＣ電流や直流電圧などを挙げることができるが、本
発明による典型的な信号検出装置はモータ相電流を検出
するための電流検出装置として適用できる。

【００２４】この場合、本発明の電流検出装置は、モー
タ相電流をアナログ電圧として検出する電流センサと、
前記電流センサの検出電圧を演算基準電圧に基づき演算
増幅する演算増幅器と、前記演算増幅器の出力電圧をデ
ジタル電圧に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記モータ相電
流が含まれる所定幅の電流値範囲を予測し、前記演算増
幅器の前記演算基準電圧を、予測した前記電流値範囲の
中心電流値に対応する電圧値に設定する制御器とを有し
ている。

【００２５】この構成の電流検出装置では、所定幅の電
流値範囲に含まれるモータ相電流値が、Ａ／Ｄ変換器の
入力電圧レンジ内に納まるように演算増幅器の増幅率を
設定し、この電流値範囲を狭くしておけば、従来のよう
にモータ相電流の最大値に基づき演算増幅器の増幅率を
予め一義的に決定している場合に比べて、大きな増幅率
を採用することができるので、その分、Ａ／Ｄ変換器に
よる分解能を高めることができる。また、モータ相電流
が大きい場合においても、演算増幅器の増幅率を下げる
必要がないので、モータ相電流の大小に拘わりなくＡ／
Ｄ変換器による検出電流の分解能を改善できる。

【００２６】ここで、このような電流値範囲は、モータ
相電流の前回のサンプリング値および／またはモータに
対する電流指令値に基づき予測することができる。

【００２７】また、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される入力
電圧が当該Ａ／Ｄ変換器の入力電圧レンジ内の値となる
ように、予測した前記電流値範囲に基づき、前記演算増
幅器の増幅率を制御するゲイン制御手段を有しているこ
とが望ましい。

【００２８】このようなゲイン制御手段は、増幅率を変
更可能な前記演算増幅器と、この演算増幅器の増幅率を
制御する前記制御器から構成することができる。

【００２９】ゲイン制御手段を備えていると、予測した
電流値範囲内に検出電圧値が入らない事態に陥った場合
に対処できる。すなわち、ゲイン制御手段は、前記演算
増幅器の出力電圧が前記入力電圧レンジから外れたこと
を検出すると、前記演算増幅器の増幅率を最小増幅率に
切り換えると共に、当該演算増幅器の演算基準電圧を零
に戻せばよい。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用したＡＣサーボドライバの電流検出装置の実施例
を説明する。

【００３１】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
係る電流検出装置を示す概略ブロック図である。本例の
電流検出装置１は、ＡＣサーボドライバ２により制御さ
れるサーボモータ３の相電流ｉｕ、ｉｖを検出するため
のものであり、同一構成のｕ相電流検出部４およびｖ相
電流検出部５を備えている。サーボモータ３には、三相
（ｕ相、ｖ相およびｗ相）の駆動電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗ
がパワートランジスタから構成されるパワースイッチン
グ回路６から供給され、このパワースイッチング回路６
は不図示のＡＣサーボドライバ２における駆動制御装置
によって駆動制御される。モータ駆動制御装置の構成は
公知のものをそのまま適用できるので、本明細書ではそ
の図示および説明を省略する。

【００３２】電流検出装置１のｖ相電流検出部５は、モ
ータ３のｖ相電流を検出するための電流センサ１１と、
前段側差動演算増幅器１２と、後段側演算増幅器１３
と、これら前段側および後段側の増幅器１２、１３を介
して入力される所定の振幅のアナログ入力電圧をデジタ
ル値に変換するＡ／Ｄ変換器１４と、電流検出制御器１
５を備えている。電流検出制御器１５は、Ｄ／Ａ変換器
のようなアナログ電圧発生回路１６を介して、前段側差
動演算増幅器１２の演算基準電圧ＶｉｖＯＦＦを制御す
ると共に、後段側演算増幅器１３の増幅率を制御する。

【００３３】各部の動作を詳しく説明すると、電流セン
サ１１では、ｖ相電流ｉｖに比例するアナログ電圧Ｖｉ
ｖを生成して出力し、当該アナログ電圧Ｖｉｖを抵抗Ｒ
１を経由して前段側差動演算増幅器１２の−入力端子１
２ａに供給する。この前段側差動演算増幅器１２の＋入
力端子１２ｂにはアナログ電圧発生回路１６で生成され
た演算基準電圧ＶｉｖＯＦＦが抵抗Ｒ１を経由して供給
されている。従って、前段側差動演算増幅器１２では、
入力電圧差（＝ＶｉｖＯＦＦ−Ｖｉｖ）を決められた増
幅率Ｒ２／Ｒ１で増幅して、その出力端子１２ｃから電
圧Ｄｉｖ１を出力する。

【００３４】後段側演算増幅器１３はその帰還抵抗Ｒ４
が抵抗値を変更可能な電子ボリュームであり、当該帰還
抵抗Ｒ４の値は電流検出制御器１５によって切り換え制
御される。この後段側演算増幅器１３の−入力端子１３
ａには前段側差動演算増幅器１２の出力電圧Ｄｉｖ１が
抵抗Ｒ３を経由して入力され、その＋入力端子１３ｂは
グランドに接続されている。入力された電圧Ｄｉｖ１
は、増幅率−Ｒ４／Ｒ３で増幅され、その出力端子１３
ｃから電圧Ｄｉｖ２として出力され、Ａ／Ｄ変換器１４
に供給される。

【００３５】Ａ／Ｄ変換器１４は、入力電圧Ｄｉｖ２を
デジタル変換してデジタル値Ｄｉｖ２’を生成して、電
流検出制御器１５に供給する。電流検出制御器１５で
は、供給されたデジタル値Ｄｉｖ２’に基づきＶ相電流
ｉｖに対応するデジタル値ＩＶを算出する。算出された
デジタル値ＩＶは不図示のモータ駆動制御装置の側にフ
ィードバックされ、モータ駆動制御装置ではフィードバ
ックされたデジタル値ＩＶに基づきサーボモータを駆動
制御する。

【００３６】ここで、電流センサ１１における変換係数
（Ｖ相電流ｉｖと検出電圧Ｖｉｖの関係を表す係数）を
Ｇ、Ａ／Ｄ変換器１４のフルレンジを−ＶｒｅｆからＶ
ｒｅｆまでとし、Ａ／Ｄ変換器１４の分解能をＮとする
と、Ｖ相電流ｉｖのデジタル値ＩＶは次式のように算出
される。 Ｖｉｖ＝Ｇ＊ｉｖ Ｄｉｖ１＝（Ｒ２／Ｒ１）＊（ＶｉｖＯＦＦ−Ｖｉｖ） Ｄｉｖ２＝−（Ｒ４／Ｒ３）＊Ｄｉｖ１ Ｄｉｖ２’＝Ｎ／（２＊Ｖｒｅｆ）＊Ｄｉｖ２ ＩＶ＝（１／Ｇ）＊｛ＶｉｖＯＦＦ＋（Ｖｒｅｆ＊２／
Ｎ）＊（Ｒ３／Ｒ４）＊（Ｒ１／Ｒ２）＊Ｄｉｖ２’｝

【００３７】次に、本例の電流検出制御器１５において
は、電流センサ１１によるｖ相電流検出値が含まれる一
定幅の電流値範囲を予測し、前段側差動演算増幅器１２
の演算基準電圧ＶｉｖＯＦＦを、予測した電流値範囲中
心電流値に対応する電圧値に設定するようにしている。
また、Ａ／Ｄ変換器の入力電圧Ｄｉｖ２が入力電圧レン
ジ内に納まるように、入力ゲインを調整している。

【００３８】このために、電流検出制御器１５は、前段
側差動演算増幅器１２の演算基準電圧ＶｉｖＯＦＦおよ
び後段側演算増幅器１３の増幅率Ｒ４／Ｒ３を次のよう
に設定している。

【００３９】電流検出制御器１５は、前回サンプリング
された電流センサ１１による検出電流値ｉｖＺを保持す
るメモリを備えていると共に、モータ駆動制御装置にお
いて発生する電流指令値ｉｖＣＯＭが供給されるように
なっている。今回サンプリング（検出）されるｖ相電流
値はこれらの値に近似していることが極めて高い確率で
予測されることに鑑みて、検出されるｖ相電流値の範囲
の中心値ｉｖ０を次式により算出する。 ｉｖ０＝（ｉｖＣＯＭ＋ｉｖＺ）／２ ｖ相電流値ｉｖは、この中心値ｉｖ０を中心として、上
下に一定の変動幅ｉｖＲを想定する。例えば、この上下
の変動幅ｉｖＲを次式により算出する。 ｉｖＲ＝｜ｉｖＣＯＭ−ｉｖＺ｜／２＋Δ ここで、Δは事前に決められた最小変動量である。従っ
て、ｖ相電流値ｉｖの予測される変動幅は（ｉｖ０−ｉ
ｖＲ）から（ｉｖ０＋ｉｖＲ）までの範囲である。

【００４０】電流検出制御器１５では、前段側差動演算
増幅器１２の演算基準電圧ＶｉｖＯＦＦを上記の中心値
ｉｖ０に対応する電圧値に設定する。また、前段側差動
演算増幅器１２および後段側演算増幅器１３の増幅率に
より定まるＡ／Ｄ変換器１４の入力電圧の振幅を、上記
の変動幅の最小値（ｉｖ０−ｉｖＲ）および最大値（ｉ
ｖ０＋ｉｖＲ）がＡ／Ｄ変換機１４の入力電圧レンジの
フルレンジ内に納まるように設定する。すなわち、後段
側演算増幅器１３の帰還抵抗Ｒ４の値を切り換えて、当
該演算増幅器の増幅率Ｒ４／Ｒ３を次式のように調整し
て、当該ゲインを設定している。

【００４１】検出電流ｉｖの予測範囲は（ｉｖ０−ｉｖ
Ｒ）から（ｉｖ０＋ｉｖＲ）までの範囲であるので、 Ｒ４／Ｒ３＝（Ｒ１／Ｒ２）＊Ｖｒｅｆ／（Ｇ＊ｉｖ
Ｒ） このように本例の電流検出装置１においては、検出され
るモータ相電流値を、前回のサンプリングで得られた相
電流検出値および電流指令値に基づき、一定の範囲内に
あると予測し、これに基づき、Ａ／Ｄ変換器１４の入力
電圧Ｄｉｖ２のゲイン調整を行なっている。すなわち、
前段側差動演算増幅器１２の演算基準電圧ＶｉｖＯＦＦ
を調整すると共に、後段側演算増幅器１３の増幅率Ｒ４
／Ｒ３を調整している。

【００４２】実際に検出されるモータ相電流値は、前回
のサンプリング値および電流指令値に基づけば、極めて
高い確率で予測した変動幅内の値になり、しかも、この
変動幅を小さな値とすることができる。従って、従来の
ようにモータ相電流の最大値に基づきＡ／Ｄ変換器の入
力ゲインを設定していた場合に比べて、入力ゲインを大
きくすることができるので、Ａ／Ｄ変換器による電流検
出の分解能を高めることができる。また、従来のように
検出電流あるいは電流指令の大きさに基づきＡ／Ｄ変換
器の入力ゲインを調整しいる場合とは異なり、検出電流
値あるいは電流指令値が大きな場合においてもＡ／Ｄ変
換器の入力ゲインを大きくとることができるので、モー
タ相電流の全域に亘って高分解能で相電流検出を行うこ
とができる。

【００４３】なお、上記の説明はｖ相電流検出部５に関
するものであるが、ｕ相電流検出部４も同様の構成およ
び作用によりｕ相電流の検出を行うものであるので、そ
の説明は省略する。

【００４４】（実施例２）図２は本発明を適用した実施
例２に係る電流検出装置を示す概略ブロック図である。
本例の電流検出装置２０の基本的な構成は上記の電流検
出装置１と同様であるので、対応する部位には同一の符
号を付し、それらの説明は省略する。

【００４５】本例の電流検出装置２０は、上記の電流検
出装置１における前段側差動演算増幅器１２および後段
側演算増幅器１３の代わりに、単一の差動演算増幅器２
１を備えている点が異なっている。

【００４６】この差動演算増幅器２１は、帰還抵抗とし
て並列接続されたＲ２、Ｒ５を備えており、一方の帰還
抵抗Ｒ５には電子スイッチ２２が直列接続され、この電
子スイッチ２２が電流検出制御器１５によってオンオフ
制御される。電子スイッチ２２をオンオフすることによ
り、この差動演算増幅器２１の増幅率が二段階に切り換
え可能である。

【００４７】この構成の電流検出装置２０においても、
実施例１の電流検出装置１と同様に、電流指令値と前回
の電流検出値に基づき、差動演算増幅器２１の演算基準
電圧ＶｉｖＯＦＦが決定される。しかるに、増幅率は通
常は一定の値Ｒ２／Ｒ１に保持される。

【００４８】この場合、図３のフローチャートに示す手
順に従って電流検出を行う。この図に示すように、ま
ず、制御器１５はＡ／Ｄ変換器１４によるＡ／Ｄ変換結
果Ｄｉｖ’を読み込む（ステップＳＴ１）。次に、読み
込んだ値が飽和しているか否か、すなわち、Ａ／Ｄ変換
器１４の入力電圧Ｄｉｖが入力電圧レンジのフルレンジ
を越えているか否かを判別する（ステップＳＴ２）。飽
和していない場合には、演算基準電圧ＶｉｖＯＦＦ（Ｏ
ＦＦＳＥＴ値）とＡ／Ｄ変換結果Ｄｉｖ’に基づき、電
流検出値ＩＶを算出する（ステップＳＴ３）。

【００４９】しかるに、飽和している場合には、演算基
準電圧ＶｉｖＯＦＦを零にリセットすると共に、電子ス
イッチ２２をオンに切り換えて、差動演算増幅器２１の
増幅率を最小にして、Ａ／Ｄ変換を再度行う（ステップ
ＳＴ４）。この後に、Ａ／Ｄ変換結果に基づき、新しい
演算基準電圧ＶｉｖＯＦＦを決定して、電子スイッチ２
２をオフに切り換えて差動演算増幅器２１の増幅率を元
の値に戻す（ステップＳＴ５）。

【００５０】本例の電流検出装置２０は、構造が簡単で
ありながら、所定の分解能でモータ相電流の検出が可能
である。

【００５１】また、万が一電流値が予測した範囲を越え
てＡ／Ｄ変換器が飽和した場合には、差動演算増幅器２
１の増幅率を一旦最小に変更している。これにより、荒
い分解能でＡ／Ｄ変換を行って実際の電流値の値を確認
することができる。よって、この結果に基づき電流値の
予測範囲をシフトさせることにより（すなわち、差動演
算増幅器の演算基準電圧ＶｉＶＯＦＦを再設定すること
により）、高分解能のＡ／Ｄ変換に復帰させることがで
きる。

【００５２】（実施例３）図４は本発明を適用した実施
例３の係る電流検出装置を示す概略ブロック図であり、
実施例１の電流検出装置２の変形例である。図４におい
ては、実施例１の電流検出装置２に対応する部位には同
一の符号を付し、以下においては、実施例１の場合と相
違する部分を中心に説明する。

【００５３】本実施例の電流検出装置３０が実施例１と
異なる点は、実施例１では２段増幅器による構成である
のに対して、本実施例では１段の増幅器による構成とな
っていることと、増幅器の＋端子にアナログ電圧を直接
に入力していることである。これに加えて、Ａ／Ｄ変換
器の入力レンジは、実施例１の場合には−Ｖｒｅｆ〜Ｖ
ｒｅｆとしたのに対して、本実施例では０〜Ｖｒｅｆと
している点が異なっている。

【００５４】本例の電流検出装置３０の動作を説明す
る。電流検出制御器１５は、ｖ相電流指令値ｉｖＣＯＭ
と前回のｖ相電流検出値ｉｖＺを用いて、ｖ相電流の範
囲を（Ｉｖ０−ＩｖＲ，Ｉｖ０＋ＩｖＲ）と予測する。
ここで、Δを事前に定めた一定値であるとすると、 Ｉｖ０＝（ｉｖＣＯＭ＋ｉｖＺ）／２ ＩｖＲ＝｜ｉｖＣＯＭ−ｉｖＺ｜／２＋Δ である。次に、これらＩｖ０とＩｖＲを用いて、アナロ
グ電圧ＶｉｖＯＦＦとＲ２を次のように決定する。 Ｇａｉｎ＝Ｒ２／Ｒ１＝Ｖｒｅｆ／（２＊Ｇ＊ＩｖＲ） Ｒ２＝Ｒ１＊Ｇａｉｎ ＶｉｖＯＦＦ＝（Ｖｒｅｆ／２＋Ｇａｉｎ＊Ｇ＊Ｉｖ
０）／（１＋Ｇａｉｎ） 電流検出制御器１５は、上記のように決定したアナログ
電圧ＶｉｖＯＦＦを差動増幅器３１の＋端子に設定し、
また、上記のように決定したＲ２の値を電子ボリューム
Ｒ２の値として設定する。このように設定された差動増
幅器３１は、電圧信号Ｖｉｖに対して次のような演算を
実行して、電圧信号ＤｉｖをＡ／Ｄ変換器１４へ出力す
る。 Ｄｉｖ＝（１＋Ｇａｉｎ）＊ＶｉｖＯＦＦ−Ｇａｉｎ＊
Ｖｉｖ Ａ／Ｄ変換器１４は、その分解能をNとすると、Ｄｉｖ
を次式によりデジタル量Ｄｉｖ’に変換する。 Ｄｉｖ’＝Ｎ／Ｖｒｅｆ＊Ｄｉｖ 次に、電流検出制御器１５は、次式により、ｉｖを算出
する。 ｉｖ＝｛（１＋Ｇａｉｎ）＊ＶｉｖＯＦＦ−Ｄｉｖ’＊
Ｖｒｅｆ／Ｎ）｝／（Ｇ＊Ｇａｉｎ）

【００５５】（その他の実施の形態）なお、上記の各例
では、電流指令値と、検出電流の前回のサンプリング値
に基づき、実際に検出されるモータ相電流値が含まれる
範囲を予測している。この代わりに、検出電流の前回の
サンプリング値のみ、あるいは電流指令値のみに基づ
き、範囲を予測してもよい。

【００５６】また、上記の実施例１では前段側差動増幅
器および後段側差動増幅器を備えているが、実施例３に
示したように、後段側差動増幅器を省略することも可能
である。

【００５７】次に、上記の各例はモータ相電流検出用の
ものであるが、本発明は、モータのＤＣ電流、モータ相
電圧、直流電圧等、その変化の動きが予め予想できるも
のであれば、その変化をアナログ信号として検出してデ
ジタル信号に変換する場合にも適用することができる。

【００５８】さらには、本発明は、モータ駆動制御に限
定されることなく、一般的に、検出されたアナログ信号
をデジタル信号に変換する場合に適用可能である。特
に、本発明は、検出対象のアナログ信号が時間的に連続
変化するものである場合や、一定時間値の最大変動幅が
高い確率で予測できる場合などに極めて有効である。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、モー
タ相電流などのアナログ信号検出値の変動範囲を事前に
予測し、Ａ／Ｄ変換器の入力ゲインを決める差動増幅器
における演算基準電圧を、予測した当該変動範囲の中心
値に対応する値となるように設定している。

【００６０】従って、本発明によれば、従来のようにモ
ータ相電流などの検出アナログ電流の最大値に基づきＡ
／Ｄ変換器の入力ゲインを設定していた場合（差動増幅
器の演算基準電圧を零に設定していた場合）に比べて、
入力ゲインを大きくすることができる。よって、Ａ／Ｄ
変換器による信号検出の分解能を高めることができる。
また、従来のように検出電流あるいは電流指令の大きさ
に基づきＡ／Ｄ変換器の入力ゲインを調整しいる場合と
は異なり、検出信号値あるいは信号指令値が大きな場合
においてもＡ／Ｄ変換器の入力ゲインを大きくとること
ができるので、検出信号の全域に亘って高分解能で信号
検出を行うことができる。

【００６１】また、本発明では、差動増幅器の増幅率を
少なくとも二段階に切り換え可能とし、Ａ／Ｄ変換器が
飽和した場合には差動増幅器の演算基準電圧を例えば零
にリセットすると共にその増幅率を小さな値に切り換え
るようにしている。この構成によれば、一時的に荒い分
解能で信号検出を行い、その値が含まれる範囲を確認し
た後に、この値を含む範囲を再設定して、再度、高い分
解能で信号検出を行うことができる。よってＡ／Ｄ変換
器が飽和状態に陥った場合に迅速に当該状態から復帰さ
せることができる。

【００６２】次に、本発明では、モータ相電流などのア
ナログ信号の検出値が含まれる所定幅の範囲を予測し、
Ａ／Ｄ変換器の入力ゲインを決める差動増幅器における
演算基準電圧を、予測した当該範囲の中心に対応する値
となるように設定すると共に、予測した範囲に基づき差
動増幅器の増幅率を調整している。従って、本発明によ
れば、常に高い分解能で信号検出を行うことができると
共に、Ａ／Ｄ変換器の飽和状態を確実に回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施例１に係る電流検出装置
の概略ブロック図である。

【図２】本発明を適用した実施例２に係る電流検出装置
の概略ブロック図である。

【図３】図２の電流検出装置による電流検出動作を示す
概略フローチャートである。

【図４】本発明を適用した実施例３に係る電流検出装置
の概略ブロック図である。

【符号の説明】

１、２０、３０ 電流検出装置 ２ サーボドライバ ３ サーボモータ ４ ｕ相電流検出部 ５ ｖ相電流検出部 ６ パワースイッチング回路 １１ 電流センサ １２ 前段差動演算増幅器 １３ 後段演算増幅器 １４ Ａ／Ｄ変換器 １５ 電流検出制御器 １６ アナログ電圧生成回路 ２１ 差動演算増幅器 ３１ 演算増幅器 ２２ 電子スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H570 AA23 BB20 DD04 DD08 DD10 GG01 JJ03 JJ16 JJ30 LL02 5H575 AA19 BB10 DD03 DD10 GG10 JJ03 JJ05 JJ16 LL22 5J022 AA01 BA01 BA07 BA08 CB01 CC02 CF02

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 事前情報を用いて、実際に検出されるア
   ナログ信号の変動範囲を事前に予測し、 予測した変動範囲に含まれるアナログ信号が、Ａ／Ｄ変
   換器の入力レンジに包含され、かつ、当該Ａ／Ｄ変換器
   の分解能が最大となるように、実際に検出された前記ア
   ナログ信号にアナログ演算を施し、 アナログ演算後のアナログ信号を前記Ａ／Ｄ変換器に入
   力して、デジタル信号に変換する、アナログ信号をデジ
   タル信号に変換する方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記事前情報は、前回のＡ／Ｄ変換器によるデジタル変
   換値を含むことを特徴とするアナログ信号をデジタル信
   号に変換する方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記事前情報は、実際に検出される前記アナログ信号の
   指令値を含むことを特徴とするアナログ信号をデジタル
   信号に変換する方法。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、 前記事前情報は、実際に検出される前記アナログ信号の
   連続性の有無、および／または所定時間内の最大変動幅
   を含むことを特徴とするアナログ信号をデジタル信号に
   変換する方法。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のうちのいずれかの項
   において、 実際に検出されたアナログ信号に対する前記アナログ演
   算は、 （アナログ演算器のゲイン）×（アナログ信号−アナロ
   グ演算器のオフセット値）であることを特徴とするアナ
   ログ信号をデジタル信号に変換する方法。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記ゲインおよび／またはオフセット値を変更すること
   により、予測した変動範囲に含まれるアナログ信号が、
   Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに包含され、かつ、当該Ａ／
   Ｄ変換器の分解能が最大となるように調整することを特
   徴とするアナログ信号をデジタル信号に変換する方法。
7. 【請求項７】 請求項６において、 事前に予測した変動範囲に含まれるアナログ信号が前記
   Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに包含されるように、Ａ／Ｄ
   変換器に入力されるアナログ信号に演算を施すための差
   動増幅器の演算基準電圧と増幅率を決定することを特徴
   とするアナログ信号をデジタル信号に変換する方法。
8. 【請求項８】 請求項７において、 実際に検出されたアナログ信号が事前に予測した変動範
   囲に入らなかった場合には、Ａ／Ｄ変換器に入力される
   アナログ信号が当該Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに包含さ
   れるように、前記差動増幅器の演算基準電圧と増幅率を
   決定し、 実際に検出された前記アナログ信号のデジタル変換を再
   度行うことを特徴とするアナログ信号をデジタル信号に
   変換する方法。
9. 【請求項９】 請求項８において、 前記演算基準電圧を零とし、前記増幅率を最小として、
   前記アナログ信号のデジタル変換を再度行うことを特徴
   とするアナログ信号をデジタル信号に変換する方法。
10. 【請求項１０】 Ａ／Ｄ変換対象の信号である時間的に
    連続変換するアナログ信号に対して、Ａ／Ｄ変換した前
    回の結果を利用して、今回のＡ／Ｄ変換時に検出される
    実際のアナログ信号の範囲を予測し、 予測した範囲に応じて、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジが予
    測した範囲に含まれるように、差動増幅器の演算基準電
    圧と増幅率を決定し、 実際に検出された前記アナログ信号を、この差動増幅器
    を介して、前記Ａ／Ｄ変換器に入力して、デジタル変換
    を行う、アナログ信号をデジタル信号に変換する方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、 前記のＡ／Ｄ変換した前回の結果と、実際に検出される
    アナログ信号の指令値とに基づき、今回のＡ／Ｄ変換時
    に検出される実際のアナログ信号の範囲を予測すること
    を特徴とするアナログ信号をデジタル信号に変換する方
    法。
12. 【請求項１２】 モータ駆動制御に関するパラメータ
    を、アナログ信号として検出するセンサと、 前記センサの検出値を演算基準電圧に基づき演算増幅す
    る演算増幅器と、 前記演算増幅器の出力電圧をデジタル電圧に変換するＡ
    ／Ｄ変換器と、 前記センサにより検出されるアナログ信号が含まれる所
    定幅の範囲を予測し、 前記演算増幅器の前記演算基準電圧を、予測した前記範
    囲の中心値に対応する電圧値に設定する制御器とを有す
    ることを特徴とする信号検出装置。
13. 【請求項１３】 モータ相電流をアナログ電圧として検
    出する電流センサと、 前記電流センサの検出電圧を演算基準電圧に基づき演算
    増幅する演算増幅器と、 前記演算増幅器の出力電圧をデジタル電圧に変換するＡ
    ／Ｄ変換器と、 前記モータ相電流が含まれる所定幅の電流値範囲を予測
    し、前記演算増幅器の前記演算基準電圧を、予測した前
    記電流値範囲の中心電流値に対応する電圧値に設定する
    制御器とを有することを特徴とする電流検出装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、 前記制御器は、前回サンプリングされたモータ相電流の
    検出値および／またはモータに対する電流指令値に基づ
    き、前記電流値範囲を予測することを特徴とする電流検
    出装置。
15. 【請求項１５】 請求項１３または１４において、 前記Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧が当該Ａ／Ｄ変
    換器の入力電圧レンジ内の値となるように、予測した前
    記電流値範囲に基づき、前記演算増幅器の増幅率を制御
    するゲイン制御手段を有していることを特徴とする電流
    検出装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５において、 前記ゲイン制御手段は、増幅率を変更可能な前記演算増
    幅器と、この演算増幅器の増幅率を制御する前記制御器
    から構成されていることを特徴とする電流検出装置。
17. 【請求項１７】 請求項１５または１６において、 前記ゲイン制御手段は、前記出力電圧が前記入力電圧レ
    ンジから外れたことを検出すると、前記演算増幅器の増
    幅率を最小増幅率に切り換えると共に、当該演算増幅器
    の演算基準電圧を零に戻すことを特徴とする電流検出装
    置。
18. 【請求項１８】 請求項１４において、 増幅率を少なくとも二段階に切り換え可能な前記演算増
    幅器と、この演算増幅器の増幅率を切り換え制御する前
    記制御器を有し、 前記制御器は、前記出力電圧が前記入力電圧レンジから
    外れたことを検出すると、前記演算増幅器の増幅率を低
    い増幅率に切り換えると共に、当該演算増幅器の演算基
    準電圧を零に戻すことを特徴とする電流検出装置。