JP2003344106A - Rotation angle detector - Google Patents

Rotation angle detector

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JP2003344106A
JP2003344106A JP2002148145A JP2002148145A JP2003344106A JP 2003344106 A JP2003344106 A JP 2003344106A JP 2002148145 A JP2002148145 A JP 2002148145A JP 2002148145 A JP2002148145 A JP 2002148145A JP 2003344106 A JP2003344106 A JP 2003344106A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a rotation angle detector capable of detecting the rotation angle at a high accuracy even when using a resolver in an environment involving leaking fluxes. <P>SOLUTION: The displacement detector comprises signal generating means 10, 11 for outputting signals synchronous with an exciting period of a resolver having a one-phase excited two-phase output, a first transforming means for Fourier-transforming each output of the resolver in a one-period section of the exciting period, a second transforming means for Fourier-transforming each output of the resolver in a one-period section with a 1/2-period shift from the exciting period of the first transforming means, and an operational means for adding or subtracting an output signal of the first transforming means to or from that of the second transforming means, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、回転電機などか
らの漏洩磁束があった場合においても、精度よく回転角
度を検出することが可能なレゾルバを用いた回転角度検
出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation angle detecting device using a resolver capable of accurately detecting a rotation angle even when there is a leakage magnetic flux from a rotary electric machine or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】回転体の回転位置を検出するためにレゾ
ルバを角度検出器として用い、レゾルバの出力をフーリ
エ変換することにより特定周波数成分を抽出して角度を
算出することが知られている。例えば、特開平11−1
18520号公報には、一相励磁二相出力の90度位相
差を有する二相のレゾルバ出力をデジタル角度に変換す
るようにしたデジタル角度変換法において、レゾルバの
出力をA/D変換した後にフーリエ変換し、出力波形に
含まれる一定周波数成分の位相を演算してデジタル角度
を算出するデジタル角度変換法の技術が開示されてい
る。
2. Description of the Related Art It is known that a resolver is used as an angle detector to detect the rotational position of a rotating body, and the output of the resolver is Fourier-transformed to extract a specific frequency component to calculate an angle. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 11-1
In Japanese Patent No. 18520, in a digital angle conversion method in which a two-phase resolver output having a 90-degree phase difference of a one-phase excitation two-phase output is converted into a digital angle, Fourier output is performed after A / D conversion of the resolver output. There is disclosed a technique of a digital angle conversion method in which a phase of a constant frequency component included in an output waveform is converted to calculate a digital angle.

【0003】また、特開平4−16712号公報には、
一つの回転子巻線と二つの固定子巻線とを有するレゾル
バを用いて回転角度を検出するものにおいて、回転子巻
線の出力をA/D変換した後にフーリエ変換して出力波
形に含まれる一定周波数成分の位相を演算し、回転角を
算出する技術が開示されている。いずれの技術もレゾル
バの出力からデジタル角度を得るために必要なハードウ
エアを大幅に簡略化するためにフーリエ変換を用いたも
のであり、フーリエ変換することにより直流オフセット
成分や高調波成分を除去し、アクティブフィルタやLC
フィルタの使用を排除するようにしたものである。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 4-16712 discloses that
In a method for detecting a rotation angle using a resolver having one rotor winding and two stator windings, the output of the rotor winding is A / D converted and then Fourier-transformed to be included in an output waveform. A technique of calculating the rotation angle by calculating the phase of a constant frequency component is disclosed. Both technologies use Fourier transform to greatly simplify the hardware required to obtain a digital angle from the resolver output.By performing Fourier transform, DC offset components and harmonic components are removed. , Active filters and LC
It eliminates the use of filters.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、レゾルバを回
転電機などの角度検出に使用する場合など、回転電機か
らの漏洩磁束が存在する雰囲気でレゾルバを使用する場
合、この漏洩磁束の磁束変化によりレゾルバの励磁周波
数より低い周波数の低次ノイズが出力波形に重畳され、
この低次ノイズはフーリェ変換しても除去できないもの
である。例えば、図5のように、クローポール型の同期
機1の回転軸2にレゾルバ3を取り付けた場合、界磁コ
イル4が回転軸2と同心状に設けられているため、同期
機1の軸方向に矢印で示すような磁束が発生し、この磁
束が回転子5の回転と共にレゾルバ3の出力コイルに同
期機1の回転速度と同期した電圧を誘起する。
However, when the resolver is used in an atmosphere in which leakage magnetic flux from the rotating electric machine exists, such as when the resolver is used for angle detection of the rotating electric machine, the resolver changes due to the change in the leakage magnetic flux. Low-order noise with a frequency lower than the excitation frequency of is superimposed on the output waveform,
This low-order noise cannot be removed by Fourier transform. For example, when the resolver 3 is attached to the rotary shaft 2 of the claw pole type synchronous machine 1 as shown in FIG. 5, the field coil 4 is provided concentrically with the rotary shaft 2, and therefore the axis of the synchronous machine 1 is reduced. A magnetic flux as indicated by an arrow is generated in the direction, and this magnetic flux induces a voltage synchronized with the rotation speed of the synchronous machine 1 in the output coil of the resolver 3 as the rotor 5 rotates.

【0005】一相励磁、二相出力のレゾルバにおいての
理想的な出力信号は、 SIN信号=ksinθ・sinωt COS信号=kcosθ・sinωt であるが、この信号に種々のノイズが加わることにな
り、上記の漏洩磁束によるノイズはレゾルバの励磁周波
数f=2πωより低周波のノイズ成分となる。このため
に、レゾルバの出力信号はレゾルバの励磁一周期の区間
において、 SIN信号=ksinθ・sinωt+a+bt+ct
2 +・・ COS信号=kcosθ・sinωt+a+bt+ct
2 +・・ のようにノイズを含んだ値となる。
An ideal output signal in a resolver with one-phase excitation and two-phase output is: SIN signal = k sin θ · sin ωt COS signal = k cos θ · sin ωt. However, various noises are added to this signal, and The noise due to the leakage magnetic flux is a noise component having a frequency lower than the excitation frequency f = 2πω of the resolver. Therefore, the output signal of the resolver is as follows: SIN signal = ksin θ · sin ωt + a + bt + ct
2 + ··· COS signal = kcos θ · sin ωt + a + bt + ct
It becomes a value including noise such as 2 +.

【0006】この信号をレゾルバの励磁一周期の区間に
おいてフーリエ変換すると、ノイズの二次成分以上を無
視すれば、 ksinθ−b(2π/ω2 )cosωt0 となってノイズ成分を含んだ値となり、予測移動データ
や絶対位置データに誤差が含まれている場合には、求め
た回転位置データにも誤差が累積され、角度検出精度が
悪くなるものであった。
When this signal is subjected to Fourier transform in the section of one period of excitation of the resolver, ignoring the second-order component or more of noise, ksin θ-b (2π / ω 2 ) cosωt0 becomes a value including the noise component, When the predicted movement data and the absolute position data include an error, the error is accumulated in the obtained rotational position data, and the angle detection accuracy deteriorates.

【0007】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたもので、漏洩磁束が存在するような雰囲気
でレゾルバを使用する場合においても、高精度で回転角
度を検出することが可能であり、耐ノイズ性の高い回転
角度検出装置を得ることを目的とするものである。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is possible to detect a rotation angle with high accuracy even when a resolver is used in an atmosphere in which leakage magnetic flux exists. It is intended to obtain a rotation angle detection device having high noise resistance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明に係わる回転角
度検出装置は、一相励磁二相出力を有するレゾルバの励
磁周期と同期した信号を出力する信号発生手段と、レゾ
ルバの各出力を励磁周期の一周期区間に対してフーリエ
変換する第一の変換手段と、レゾルバの各出力を励磁周
期の一周期区間に対して第一の変換手段とは励磁周期の
1/2周期ずらせてフーリエ変換する第二の変換手段
と、第一の変換手段の出力信号と第二の変換手段の出力
信号とを加算、または、減算する演算手段とを備えるよ
うにしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A rotation angle detecting device according to the present invention includes a signal generating means for outputting a signal synchronized with an excitation cycle of a resolver having a one-phase excitation and two-phase output, and an excitation cycle for each output of the resolver. Fourier transform is performed by shifting the output of the resolver by ½ cycle of the excitation cycle with respect to the first conversion means for performing Fourier transform for one cycle section of the resolver and the first conversion means for each cycle of the excitation cycle. The second conversion means and the calculation means for adding or subtracting the output signal of the first conversion means and the output signal of the second conversion means are provided.

【0009】また、励磁周期と同期した信号の立ち上が
りを検出して第一の変換手段によるフーリエ変換が行わ
れ、立ち下がりを検出して第二の変換手段によるフーリ
エ変換が行われるようにしたものである。さらに、第一
の変換手段の出力信号と第二の変換手段の出力信号との
合成値から演算される回転角度は、最新の回転角度と、
励磁周期の1/2周期前の回転角度とが検出され、最新
の回転角度の検出時間遅れが、1/2周期前の回転角度
により補正されるようにしたものである。
Further, the first conversion means performs the Fourier transform by detecting the rising edge of the signal synchronized with the excitation period, and the falling edge is detected by the second converting means. Is. Furthermore, the rotation angle calculated from the combined value of the output signal of the first conversion means and the output signal of the second conversion means is the latest rotation angle,
The rotation angle 1/2 cycle before the excitation cycle is detected, and the detection time delay of the latest rotation angle is corrected by the rotation angle 1/2 cycle before.

【0010】さらにまた、第一の変換手段の出力信号と
第二の変換手段の出力信号との合成値から演算される回
転角度は、最新の回転角度と、励磁周期の1/2周期前
の回転角度とが検出され、最新の回転角度と1/2周期
前の回転角度の差に最新の回転角度検出後の経過時間を
乗算することにより、最新の回転角度検出後の回転角度
の変化を推定するようにしたものである。
Furthermore, the rotation angle calculated from the combined value of the output signal of the first conversion means and the output signal of the second conversion means is the latest rotation angle and 1/2 cycle before the excitation cycle. The rotation angle is detected, and the change in the rotation angle after the latest rotation angle is detected by multiplying the difference between the latest rotation angle and the rotation angle 1/2 cycle before by the elapsed time after the latest rotation angle is detected. It is an estimate.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の実施の形態1による回転角度検出装置の構成を示すブ
ロック図、図2ないし図4は、効果を説明する特性図で
あり、図2はレゾルバ出力にノイズの重畳がない場合、
図3は高次ノイズが重畳する場合、図4は高次ノイズと
低次ノイズとが重畳する場合の特性例である。また、図
1のブロック図には四系列の処理回路があり、同一部分
には例えば15a、15b、15cなどの符号を付与し
ており、動作説明は一系列の動作を代表して行うことと
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. 1 is a block diagram showing a configuration of a rotation angle detection device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are characteristic diagrams for explaining the effect. FIG. 2 shows that the resolver output has no noise superimposed. If
FIG. 3 is a characteristic example when high-order noise is superimposed, and FIG. 4 is a characteristic example when high-order noise and low-order noise are superimposed. In addition, the block diagram of FIG. 1 includes four series of processing circuits, and the same portions are denoted by reference numerals such as 15a, 15b, and 15c, and the operation description will be performed on behalf of one series of operations. To do.

【0012】図1において、10はレゾルバの励磁周期
と同期したsinωtを生成する信号発生器、11は同
じくcosωtを生成する信号発生器、SIN信号とあ
るのはレゾルバ出力のSIN信号、COS信号とあるの
はレゾルバ出力のCOS信号である。12a〜12dは
乗算器、13a〜13dは積分器、14a〜14dは立
ち上がり立ち下がり検出器、15a〜15d、16a〜
16d、17a〜17d、18a〜18dはサンプルホ
ールド回路、19a〜19d、20a〜20dは減算
器、21a〜21dは加算器である。また、22と23
とは信号U1とU2とを入力して二乗和の平方根を求め
る演算器、24はSINθとCOSθとから角度を求め
る角度演算器、25はゼロクロス検出器、26と27は
サンプルホールド回路、28は減算器、29は加算器、
30は乗算器、31は信号発生器10のsinωtのゼ
ロクロスによりリセットされるカウンタである。
In FIG. 1, 10 is a signal generator for generating sin ωt synchronized with the excitation period of the resolver, 11 is a signal generator for similarly generating cos ωt, and SIN signal is the SIN signal or COS signal of the resolver output. There is a COS signal at the resolver output. 12a to 12d are multipliers, 13a to 13d are integrators, 14a to 14d are rising and falling detectors, 15a to 15d, 16a to.
Reference numerals 16d, 17a to 17d and 18a to 18d denote sample and hold circuits, 19a to 19d and 20a to 20d denote subtractors, and 21a to 21d denote adders. Also, 22 and 23
Is a calculator for calculating the square root of the sum of squares by inputting the signals U1 and U2, 24 is an angle calculator for calculating an angle from SINθ and COSθ, 25 is a zero-cross detector, 26 and 27 are sample and hold circuits, and 28 is Subtractor, 29 is an adder,
Reference numeral 30 is a multiplier, and 31 is a counter that is reset by the zero crossing of sin ωt of the signal generator 10.

【0013】このような構成を有する回転角度検出装置
において、レゾルバの出力信号であるSIN信号とCO
S信号とは各乗算器12a〜12dに入力され、信号発
生器10および11で生成されるsinωtとcosω
tがそれぞれに乗算されて積分器13a〜13dに入力
される。また、信号発生器10および11の出力は立ち
上がり立ち下がり検出器14a〜14dにも入力され、
立ち上がり立ち下がり検出器14a〜14dはそれぞれ
の信号の立ち上がりと立ち下がりとを検出して各サンプ
ルホールド回路15a〜18dに対してサンプルホール
ドの信号として与える。この信号により装置は次のよう
に動作するが、以下にレゾルバのSIN信号と信号発生
器10のsinωtとによるフーリエ正弦変換部分を例
にとり、動作の説明を行う。
In the rotation angle detecting device having such a structure, the SIN signal which is the output signal of the resolver and the CO
The S signal is input to each of the multipliers 12a to 12d, and sin ωt and cos ω generated by the signal generators 10 and 11 are input.
Each is multiplied by t and input to the integrators 13a to 13d. The outputs of the signal generators 10 and 11 are also input to the rising and falling detectors 14a to 14d,
The rising and falling detectors 14a to 14d detect the rising and falling of each signal and give them to the sample and hold circuits 15a to 18d as sample and hold signals. The device operates as follows by this signal, but the operation will be described below by taking the Fourier sine transform part by the SIN signal of the resolver and sinωt of the signal generator 10 as an example.

【0014】乗算器12aにて乗算されたレゾルバのS
IN信号と信号発生器10のsinωt信号とは積分器
13aにて時間で積分される。立ち上がり立ち下がり検
出器14aは信号発生器10によるsinωt信号のゼ
ロクロス立ち上がりを検出してサンプルホールド回路1
5aに信号を与え、その時点における積分器13aの積
分値がサンプルホールド回路15aに保持される。この
とき、信号発生器10からのsinωt信号はレゾルバ
の励磁周期と同期した信号を用いているので正確な変換
周期が得られる。
Resolver S multiplied by the multiplier 12a
The IN signal and the sinωt signal of the signal generator 10 are integrated in time by the integrator 13a. The rising / falling detector 14a detects the zero-crossing rising of the sinωt signal from the signal generator 10 and detects the sample-hold circuit 1
A signal is given to 5a, and the integrated value of the integrator 13a at that time is held in the sample hold circuit 15a. At this time, since the sin ωt signal from the signal generator 10 uses a signal synchronized with the excitation cycle of the resolver, an accurate conversion cycle can be obtained.

【0015】続いて、t=π/ω後には立ち上がり立ち
下がり検出器14aがsinωt信号のゼロクロス立ち
下がりを検出し、この立ち下がり信号はサンプルホール
ド回路17aに与えられてサンプルホールド回路17a
にはその時点における積分値が保持される。さらにt=
π/ω後にはsinωt信号のゼロクロス立ち上がり信
号が出力されることになり、この立ち上がり信号により
サンプルホールド回路15aに保持されていた積分値は
サンプルホールド回路16aに移されて保持されると共
に、サンプルホールド回路15aにはその時点における
新たな積分値が保持される。
Subsequently, after t = π / ω, the rising / falling detector 14a detects the zero-crossing falling of the sinωt signal, and this falling signal is given to the sample / hold circuit 17a and the sample / hold circuit 17a.
Holds the integrated value at that time. Furthermore, t =
After π / ω, a zero-cross rising signal of the sinωt signal is output, and the integrated value held in the sample hold circuit 15a is transferred to the sample hold circuit 16a and held by the rising signal, and the sample hold The circuit 15a holds the new integrated value at that time.

【0016】さらに、t=π/ω後にはsinωt信号
のゼロクロス立ち下がり信号が出力され、サンプルホー
ルド回路17aに保持されていた積分値はサンプルホー
ルド回路18aに移されて保持されると共に、サンプル
ホールド回路17aにはその時点における新たな積分値
が保持される。そして、サンプルホールド回路15aに
保持された新しい積分値とサンプルホールド回路16a
に移された積分値とは減算器19aにて減算され、サン
プルホールド回路17aに保持された新しい積分値とサ
ンプルホールド回路18aに移された積分値とは減算器
20aにて減算され、これらの各減算値が加算器21a
にて加算される。
Further, after t = π / ω, the zero crossing falling signal of the sinωt signal is output, the integrated value held in the sample hold circuit 17a is transferred to and held in the sample hold circuit 18a, and at the same time, the sample hold operation is performed. The circuit 17a holds the new integrated value at that time. Then, the new integrated value held in the sample hold circuit 15a and the sample hold circuit 16a
Is subtracted by the subtractor 19a, and the new integrated value held in the sample hold circuit 17a and the integrated value transferred in the sample hold circuit 18a are subtracted by the subtractor 20a. Each subtracted value is an adder 21a
Will be added at.

【0017】ここで、サンプルホールド回路15aとサ
ンプルホールド回路16aと減算器19aとはフーリエ
変換の第一の変換手段を構成するものであり、サンプル
ホールド回路17aとサンプルホールド回路18aと減
算器20aとはフーリエ変換の第二の変換手段を構成す
るものである。従って、図1の回転角度検出装置には四
組の第一の変換手段と第二の変換手段とを有することに
なる。
Here, the sample-hold circuit 15a, the sample-hold circuit 16a, and the subtractor 19a constitute the first conversion means of the Fourier transform, and the sample-hold circuit 17a, the sample-hold circuit 18a, and the subtractor 20a. Represents the second transform means of the Fourier transform. Therefore, the rotation angle detection device of FIG. 1 has four sets of the first conversion means and the second conversion means.

【0018】そして、第一の変換手段の出力(減算器1
9aによる減算値)は、SIN信号×sinωtのフー
リエ正弦変換結果のSs1、第二の変換手段の出力(減
算器20aによる減算値)は、SIN信号×sinωt
のフーリエ正弦変換結果のSs2となる。また、Ss2
はSs1に対して変換区間が励磁周期でπ遅れたもので
ある。このSs1とSs2とは、レゾルバ信号であるS
IN信号のSINωt成分は同じ符号であるが、SIN
信号に乗った時間一次成分ノイズ(低周波ノイズ)は符
号が逆になっているので、加算器21aにて加算された
Ss1+Ss2はSIN信号の低周波ノイズがキャンセ
ルされ、SIN信号のSINωtの成分のみとなる。も
し、SINωt成分の符号が逆で、ノイズ成分の符号が
同じである場合には、加算器21aに代わって減算器を
用いることになる。
The output of the first conversion means (subtractor 1
The subtraction value by 9a) is Ss1 of the Fourier sine conversion result of the SIN signal x sinωt, and the output of the second conversion means (the subtraction value by the subtractor 20a) is the SIN signal x sinωt.
The result is the Fourier sine transformation result of Ss2. Also, Ss2
Indicates that the conversion section is delayed by π in the excitation period with respect to Ss1. The Ss1 and Ss2 are resolver signals S
The SINωt component of the IN signal has the same sign, but SIN
Since the time primary component noise (low frequency noise) on the signal has the opposite sign, Ss1 + Ss2 added by the adder 21a cancels the low frequency noise of the SIN signal and only the SINωt component of the SIN signal. Becomes If the sign of the SINωt component is opposite and the sign of the noise component is the same, a subtracter is used instead of the adder 21a.

【0019】上記の従来技術の説明でも述べたように、
フーリエ変換することにより直流オフセット成分や高調
波ノイズ成分は除去されるが、以上のように処理するこ
とにより、フーリエ変換のみでは除去できない低周波成
分のノイズも除去されることになり、レゾルバから出力
されるノイズの乗ったSIN信号からノイズのないSI
Nωtの成分が抽出できることになる。以上にレゾルバ
のSIN信号と信号発生器10のsinωt信号とによ
るフーリエ正弦変換部分を説明したが、SIN信号と信
号発生器11のcosωt信号とによるフーリエ変換、
COS信号と信号発生器10のsinωt信号とによる
フーリエ変換、COS信号と信号発生器11のcosω
t信号とによるフーリエ変換も同様であり、説明が重複
するので省略する。
As mentioned in the above description of the prior art,
The DC offset component and the harmonic noise component are removed by performing the Fourier transform, but by the above processing, the low frequency component noise that cannot be removed only by the Fourier transform is also removed and output from the resolver. No noise from SI signal with noise
The component of Nωt can be extracted. The Fourier sine transform part using the SIN signal of the resolver and the sinωt signal of the signal generator 10 has been described above. The Fourier transform using the SIN signal and the cosωt signal of the signal generator 11,
Fourier transform by COS signal and sinωt signal of signal generator 10, COS signal and cosω of signal generator 11
The Fourier transform using the t signal is also the same, and the description thereof will be duplicated and therefore omitted.

【0020】このようにしてフーリエ正弦変換およびフ
ーリエ余弦変換で得られた信号は、直流オフセット成分
と、高次高調波ノイズ成分と、低周波ノイズ成分とが除
去されたものであり、SIN信号と信号発生器10のs
inωt信号とによる変換結果をU1とし、SIN信号
と信号発生器11のcosωt信号とによる変換結果を
U2として演算器22に入力し、(U12 +U22
1/2 として二乗和の平方根を求めれば、SIN信号のノ
イズ成分が消去された信号kSINθの振幅が得られ
る。この場合の符号はフーリエ正弦変換の符号、また
は、フーリエ余弦変換の符号で決めればよい。COS信
号の場合も同様にしてkCOSθを求めることができ
る。
The signal obtained by the Fourier sine transform and the Fourier cosine transform in this way is a signal obtained by removing the DC offset component, the high-order harmonic noise component, and the low-frequency noise component, and is the SIN signal. Signal generator 10 s
The conversion result based on the inωt signal is U1, and the conversion result based on the SIN signal and the cosωt signal from the signal generator 11 is input to U2, which is (U1 2 + U2 2 ).
If the square root of the sum of squares is calculated as 1/2 , the amplitude of the signal kSINθ in which the noise component of the SIN signal is eliminated can be obtained. The sign in this case may be determined by the sign of the Fourier sine transform or the sign of the Fourier cosine transform. In the case of the COS signal, kCOSθ can be similarly calculated.

【0021】以上のようにして求めたノイズ消去後のS
IN信号とCOS信号とを角度演算器24に入力し、 θ=arctan(SINθ/COSθ) としてレゾルバの回転角度θを演算することができる。
S after noise elimination obtained as described above
By inputting the IN signal and the COS signal to the angle calculator 24, the rotation angle θ of the resolver can be calculated by θ = arctan (SINθ / COSθ).

【0022】このようにして得られたレゾルバの回転角
度θは、演算にレゾルバ励磁周期の1.5倍の時間を要
することになる。つまり、信号発生器10と11とから
の信号にレゾルバの励磁出力信号を用いてsinωt信
号とcosωt信号とを得た場合には、ゼロクロスを四
回使用して演算するものであるから、最初の立ち上がり
から最後の立ち下がりまでにレゾルバ励磁周期の1.5
周期を必要とする。レゾルバの回転角度の変化が遅いと
きにはこの検出遅れは問題ではないが、回転角度の変化
が比較的速い場合にはレゾルバ信号を角度に変換する時
間の1/2、すなわち、 t=(1.5/2)×(2π/ω) の間、検出時間が遅れ、過去の値を検出していることに
なる。
The rotation angle θ of the resolver thus obtained requires 1.5 times as long as the resolver excitation period for calculation. That is, when the sin ωt signal and the cos ωt signal are obtained by using the excitation output signal of the resolver for the signals from the signal generators 10 and 11, the zero cross is used four times, and therefore the first Resolver excitation period of 1.5 from rising to the last falling
Need a cycle. When the change of the rotation angle of the resolver is slow, this detection delay is not a problem, but when the change of the rotation angle is relatively fast, 1/2 of the time for converting the resolver signal into an angle, that is, t = (1.5 The detection time is delayed during / 2) × (2π / ω), and the past value is detected.

【0023】この検出遅れは次のようにして補正するこ
とにより、現在の角度を正確に推定することができる。
角度はゼロクロス毎、すなわち、レゾルバ励磁周期の半
周期毎に変換されるものであるから、今回変換が終わっ
た角度データをθ1、励磁半周期前に得た角度データを
θ2とするとき、現在の角度θtは、 θt=θ1+(θ1−θ2)=2θ1−θ2 と演算することにより推定できることになる。なお、こ
の演算は、励磁半周期毎に信号を出力するゼロクロス検
出器25と、この信号により保持動作するサンプルホー
ルド回路26と27と、両保持データを減算してθ1−
θ2を算出する減算器28と、これにθ1を加算する加
算器29とにより行われるもので、加算器29の出力が
時間遅れを補正した角度θtになる。
The present angle can be accurately estimated by correcting this detection delay as follows.
Since the angle is converted every zero cross, that is, every half cycle of the resolver excitation cycle, when the angle data obtained by this conversion is θ1 and the angle data obtained before the excitation half cycle is θ2, The angle θt can be estimated by calculating θt = θ1 + (θ1−θ2) = 2θ1−θ2. In this calculation, a zero-cross detector 25 that outputs a signal every excitation half cycle, sample hold circuits 26 and 27 that perform a holding operation by this signal, and both held data are subtracted to obtain θ1-
This is performed by a subtractor 28 that calculates θ2 and an adder 29 that adds θ1 to this, and the output of the adder 29 becomes the angle θt with the time delay corrected.

【0024】また、角度変換が行われた後、次の角度変
換が行われるのは励磁半周期後であるが、このデータ間
の角度を次のようにして推定することができる。すなわ
ち、推定する現在の角度をθt0とし、θ1演算後の時
間をt0とするとき、 θt0=θ1+(θ1−θ2)×(ω/π)×t0 として推定演算できるものである。なお、この演算を行
うのは、上記の減算器28が演算する(θ1−θ2)
に、t0を乗算する乗算器30と、このt0を与えるカ
ウンタ31とである。
Further, after the angle conversion is performed, the next angle conversion is performed after the half cycle of the excitation, but the angle between the data can be estimated as follows. That is, when the current angle to be estimated is θt0 and the time after the calculation of θ1 is t0, the estimated calculation can be performed as θt0 = θ1 + (θ1-θ2) × (ω / π) × t0. Note that this subtraction is performed by the subtractor 28 (θ1-θ2).
Is a multiplier 30 that multiplies by t0, and a counter 31 that gives this t0.

【0025】上記の説明では回転角度θをarctan
(SINθ/COSθ)として求めたが、デジタルトラ
ッキングにより回転角度θを求めることもでき、また、
励磁半周期ずれた角度データを用いて現在角度を推定し
たが、励磁半周期ずれたSIN信号、および、励磁半周
期ずれたCOS信号を用いてSINθとCOSθとを推
定し、推定したSINθとCOSθとを用いて角度を演
算することもできる。さらに、上記の演算はアナログ回
路でも演算が可能であり、また、アナログ信号をデジタ
ル信号に変換してデジタル演算することも可能である。
In the above description, the rotation angle θ is defined as arctan.
Although calculated as (SIN θ / COS θ), the rotation angle θ can also be calculated by digital tracking.
Although the current angle was estimated using the angle data deviated by the excitation half cycle, SINθ and COSθ were estimated using the SIN signal deviated by the excitation half cycle and the COS signal deviated by the excitation half cycle, and the estimated SINθ and COSθ The angle can also be calculated using and. Further, the above calculation can be performed by an analog circuit, and it is also possible to convert an analog signal into a digital signal and perform digital calculation.

【0026】以上のように構成した回転角度検出装置に
より信号処理を行った結果が図2ないし図4に示した特
性図で、いずれも(a)はレゾルバの出力波形、(b)
はフーリエ変換のみの波形、(c)はこの発明の回転角
度検出装置による信号処理後の波形である。図2は
(a)のレゾルバの出力波形にノイズがないものであ
り、当然のことながら(b)にも(c)にもノイズはな
い。図3は(a)のレゾルバの出力波形に高次ノイズが
乗ったもので、この高次ノイズはフーリエ変換すること
によりキャンセルされるため、(b)の波形ではノイズ
が消去され、(c)の波形にもノイズはない。図4は
(a)のレゾルバの出力波形に高次ノイズと低次ノイズ
が乗ったものであり、この低次ノイズはフーリエ変換し
ても図の(b)のように消えることがなく、角度検出に
悪影響を及ぼすが、この発明の回転角度検出装置による
信号処理を施すと図の(c)に示すようにノイズは全く
影響のないレベルまで消去することができる。
The results of signal processing performed by the rotation angle detecting device configured as described above are the characteristic diagrams shown in FIGS. 2 to 4. In each case, (a) is the resolver output waveform, and (b) is the same.
Is a waveform of only Fourier transform, and (c) is a waveform after signal processing by the rotation angle detecting device of the present invention. In FIG. 2, the output waveform of the resolver in (a) has no noise, and as a matter of course, neither (b) nor (c) has noise. FIG. 3 shows the output waveform of the resolver shown in FIG. 3A, in which high-order noise is superimposed. Since this high-order noise is canceled by Fourier transform, noise is eliminated in the waveform shown in FIG. There is no noise in the waveform of. Fig. 4 shows the output waveform of the resolver in (a) with high-order noise and low-order noise. This low-order noise does not disappear even if Fourier transform is performed as in (b) in the figure, and the angle Although the detection is adversely affected, if the signal processing by the rotation angle detection device of the present invention is performed, noise can be erased to a level having no influence as shown in FIG.

【0027】以上に説明したように、この発明の回転角
度検出装置によれば、レゾルバを回転電機と同軸に設け
るなど、漏洩磁束が存在するような雰囲気で使用し、レ
ゾルバの出力にこの漏洩磁束による低次ノイズが乗った
場合においてもこのノイズを消去することができ、電磁
的な雰囲気を選ぶことなく正確に回転角度を検出するこ
とが可能になると共に、回転角度の検出遅れを精度よく
補正することが可能になるものである。
As described above, according to the rotation angle detecting apparatus of the present invention, the resolver is used in an atmosphere where there is a leakage magnetic flux, such as by providing the resolver coaxially with the rotating electric machine, and the leakage flux is used as the output of the resolver. This noise can be eliminated even when low-order noise is generated, and the rotation angle can be detected accurately without selecting the electromagnetic atmosphere, and the detection delay of the rotation angle can be corrected accurately. It is possible to do.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の回転
角度検出装置において、請求項1に記載の発明によれ
ば、一相励磁二相出力を有するレゾルバの励磁周期と同
期した信号を出力する信号発生手段と、レゾルバの各出
力を励磁周期の一周期区間に対してフーリエ変換する第
一の変換手段と、第一の変換手段とは励磁周期の1/2
周期ずらせて同様にフーリエ変換する第二の変換手段
と、第一の変換手段の出力信号と第二の変換手段の出力
信号とを加算、または、減算する演算手段とを備えるよ
うにしたので、励磁周波数より低い周波数のノイズ成分
を除去することが可能になり、クローポール型の同期機
など、軸方向の漏洩磁束の大きい回転電機の回転角度検
出に用いても高精度に回転角度を検出することができる
回転角度検出装置を得ることができるものである。
As described above, in the rotation angle detecting device of the present invention, according to the invention of claim 1, a signal synchronized with the excitation cycle of the resolver having a one-phase excitation and two-phase output is output. Signal generating means, first converting means for Fourier-transforming each output of the resolver with respect to one period section of the excitation cycle, and the first converting means are ½ of the excitation cycle.
Since the second conversion means for performing Fourier transform in the same manner by shifting the cycle, and the operation means for adding or subtracting the output signal of the first conversion means and the output signal of the second conversion means are provided, It is possible to remove noise components with a frequency lower than the excitation frequency, and the rotation angle can be detected with high accuracy even when used to detect the rotation angle of a rotating electrical machine with a large axial magnetic flux leakage, such as a claw pole type synchronous machine. It is possible to obtain a rotation angle detection device that can do this.

【0029】また、請求項2に記載の発明によれば、励
磁周期と同期した信号の立ち上がりを検出して第一の変
換手段によるフーリエ変換が行われ、立ち下がりを検出
して第二の変換手段によるフーリエ変換が行われるよう
にしたので、フーリエ変換を行うにあたり、正確な変換
周期が得られ、回転角度の検出精度を向上することがで
きるものである。
According to the second aspect of the invention, the first transforming means performs the Fourier transform by detecting the rising edge of the signal synchronized with the excitation period, and the falling edge is detected by the second transforming operation. Since the Fourier transform is performed by the means, an accurate conversion cycle can be obtained when performing the Fourier transform, and the detection accuracy of the rotation angle can be improved.

【0030】さらに、請求項3に記載の発明によれば、
第一の変換手段の出力信号と第二の変換手段の出力信号
との合成値から演算される回転角度は、最新の回転角度
と、励磁周期の1/2周期前の回転角度とが検出され、
最新の回転角度の検出時間遅れが、1/2周期前の回転
角度により補正されるようにしたので、フーリエ変換に
要した回転角度検出時間の遅れを精度よく補正すること
ができ、高精度に回転角度を検出することができるもの
である。
Further, according to the invention described in claim 3,
As the rotation angle calculated from the combined value of the output signal of the first conversion means and the output signal of the second conversion means, the latest rotation angle and the rotation angle ½ cycle before the excitation cycle are detected. ,
Since the latest detection time delay of the rotation angle is corrected by the rotation angle of 1/2 cycle before, it is possible to accurately correct the delay of the rotation angle detection time required for the Fourier transform, and with high accuracy. The rotation angle can be detected.

【0031】さらにまた、請求項4に記載の発明によれ
ば、第一の変換手段の出力信号と第二の変換手段の出力
信号との合成値から演算される回転角度は、最新の回転
角度と、励磁周期の1/2周期前の回転角度とが検出さ
れ、最新の回転角度と1/2周期前の回転角度との差に
最新の回転角度検出後の経過時間を乗算することによ
り、最新の回転角度検出後の回転角度の変化を推定する
ようにしたので、請求項3の効果に加え、データ検出の
間におけるデータ補間ができ、高精度に回転角度を検出
することができるものである。
Further, according to the invention described in claim 4, the rotation angle calculated from the combined value of the output signal of the first conversion means and the output signal of the second conversion means is the latest rotation angle. And the rotation angle 1/2 cycle before the excitation cycle are detected, and the difference between the latest rotation angle and the rotation angle 1/2 cycle before is multiplied by the elapsed time after the latest rotation angle detection, Since the change in the rotation angle after the latest rotation angle detection is estimated, in addition to the effect of claim 3, data interpolation can be performed during data detection, and the rotation angle can be detected with high accuracy. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1による回転角度検出
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a rotation angle detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1による回転角度検出
装置の効果を説明するための特性図例である。
FIG. 2 is an example of a characteristic diagram for explaining the effect of the rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態1による回転角度検出
装置の効果を説明するための特性図例である。
FIG. 3 is an example of a characteristic diagram for explaining the effect of the rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の実施の形態1による回転角度検出
装置の効果を説明する特性図例である。
FIG. 4 is a characteristic diagram example for explaining effects of the rotation angle detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 従来の回転角度検出装置の問題点を説明する
構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a problem of a conventional rotation angle detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、11 信号発生器、12a〜12d、30 乗算
器、13a〜13d 積分器、14a〜14d 立ち上
がり立ち下がり検出器、15a〜18d、26、27
サンプルホールド回路、19a〜20d、28 減算
器、21a〜21d、29 加算器、22、23 演算
器、24 角度演算器、25 ゼロクロス検出器、31
カウンタ。
10, 11 Signal generator, 12a-12d, 30 Multiplier, 13a-13d Integrator, 14a-14d Rise / fall detector, 15a-18d, 26, 27
Sample hold circuit, 19a to 20d, 28 subtractor, 21a to 21d, 29 adder, 22, 23 calculator, 24 angle calculator, 25 zero cross detector, 31
counter.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一相励磁二相出力を有するレゾルバの励
磁周期と同期した信号を出力する信号発生手段、前記レ
ゾルバの各出力を前記励磁周期の一周期区間に対してフ
ーリエ変換する第一の変換手段、前記レゾルバの各出力
を前記励磁周期の一周期区間に対して前記第一の変換手
段とは前記励磁周期の1/2周期ずらせてフーリエ変換
する第二の変換手段、前記第一の変換手段の出力信号と
前記第二の変換手段の出力信号とを加算、または、減算
する演算手段を備えたことを特徴とする回転角度検出装
置。
1. A signal generating means for outputting a signal synchronized with an excitation cycle of a resolver having a one-phase excitation two-phase output, and a first Fourier transform of each output of the resolver with respect to one cycle section of the excitation cycle. Conversion means, second conversion means for performing Fourier transform by shifting each output of the resolver with respect to one period section of the excitation cycle by ½ cycle of the excitation cycle with respect to the first conversion means, the first conversion means A rotation angle detecting device comprising a calculating means for adding or subtracting an output signal of the converting means and an output signal of the second converting means.
【請求項2】 前記励磁周期と同期した信号の立ち上が
りを検出して前記第一の変換手段によるフーリエ変換が
行われ、立ち下がりを検出して前記第二の変換手段によ
るフーリエ変換が行われることを特徴とする請求項1に
記載の回転角度検出装置。
2. A rising edge of a signal synchronized with the excitation cycle is detected to perform a Fourier transform by the first converting means, and a falling edge is detected to perform a Fourier transform by the second converting means. The rotation angle detector according to claim 1.
【請求項3】 前記第一の変換手段の出力信号と前記第
二の変換手段の出力信号との合成値から演算される回転
角度は、最新の回転角度と、前記励磁周期の1/2周期
前の回転角度とが検出され、前記最新の回転角度の検出
時間遅れが、前記1/2周期前の回転角度により補正さ
れることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の
回転角度検出装置。
3. The rotation angle calculated from the combined value of the output signal of the first conversion means and the output signal of the second conversion means is the latest rotation angle and 1/2 cycle of the excitation cycle. The previous rotation angle is detected, and the detection time delay of the latest rotation angle is corrected by the rotation angle before the 1/2 cycle, The rotation angle according to claim 1 or 2, Detection device.
【請求項4】 前記第一の変換手段の出力信号と前記第
二の変換手段の出力信号との合成値から演算される回転
角度は、最新の回転角度と、前記励磁周期の1/2周期
前の回転角度とが検出され、前記最新の回転角度と前記
1/2周期前の回転角度の差に前記最新の回転角度検出
後の経過時間を乗算することにより、前記最新の回転角
度検出後の回転角度の変化を推定することを特徴とする
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の回転角度検
出装置。
4. The rotation angle calculated from the combined value of the output signal of the first conversion means and the output signal of the second conversion means is the latest rotation angle and 1/2 cycle of the excitation cycle. The previous rotation angle is detected, and the difference between the latest rotation angle and the rotation angle of the 1/2 cycle before is multiplied by the elapsed time after the latest rotation angle is detected to detect the latest rotation angle. The rotation angle detecting device according to any one of claims 1 to 3, wherein a change in the rotation angle is estimated.
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