JP2004301806A

JP2004301806A - Ｒ／ｄコンバータ

Info

Publication number: JP2004301806A
Application number: JP2003098349A
Authority: JP
Inventors: Takao Takehara; 孝男竹原
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-28
Also published as: US6894629B2; EP1465346A1; US20040233079A1

Abstract

【課題】ロータ軸回転角度検出の高精度化、レゾルバの高回転対応化を図ることができるＲ／Ｄコンバータを提供する。
【解決手段】ＡＤコンバータ１１は、レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換する。マイクロコンピュータ１２は、上記ＡＤ変換出力であるｓｉｎθ，ｃｏｓθの絶対値をアドレスとし、データＲＯＭ１９から角度データθを読み出し、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現在位置（現在軸角度）を判定し、読み出した上記θにオフセットを加味することにより、最終的なロータ軸回転角を取得する。
【選択図】図１

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、上記出力電圧（Ｓ３−Ｓ１，Ｓ４−Ｓ２）のうち、絶対値の小さい側の信号分を絶対値の大きい側の信号分で除算し、その商信号に基づいて角度データを得る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来技術では、上記出力電圧（Ｓ３−Ｓ１，Ｓ４−Ｓ２）からｔａｎθおよびｃｏｔθを算出するとともに、出力電圧（Ｓ３−Ｓ１）からＡ・ｓｉｎωｔの符号を判定し、該符号判定結果と、該符合判定結果から得られるロータ軸の角度区間と、上記ｔａｎθまたはｃｏｔθのいずれか一方とをコードとし、予めテーブル変換器に上記コードに対応させて記憶されている角度データ（すなわち、ロータ軸角度θ）を読み出して出力する。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−３８３０２号公報
【０００６】
【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、テーブル変換器に０°〜３６０°の範囲でコードに対応させた角度データを記憶させておく必要があり、高精度が必要な場合、メモリ容量を増大させなければならなくなるという問題がある。また、マイクロコンピュータによりｔａｎθおよびｃｏｔθを計算する方法は、演算時間も長くなり、高回転への対応が難しいという問題がある。
【０００７】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ロータ軸回転角度検出の高精度化、レゾルバの高回転対応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。
【０００８】
【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、０〜９０°の範囲の角度データを予め保持する角度データ記憶手段と、前記ＡＤコンバータによりデジタル化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のアドレスに変換するアドレス変換手段と、前記アドレス変換手段により変換されたアドレスを前記角度データ記憶手段に与え、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取得手段と、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と、前記判断手段に判断された象限に基づくオフセット値を、前記角度データ読出取得手段によって読み出された角度データに設定することにより最終的な前記レゾルバのロータ軸角度とする演算手段とを具備することを特徴としている。
【０００９】
上記Ｒ／Ｄコンバータによれば、０〜９０°の範囲の角度データを予め角度データ記憶手段に保持しておき、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、アドレス変換手段により、前記ＡＤコンバータによりデジタル化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のアドレスに変換し、該アドレスを角度データ読出取得手段により前記角度データ記憶手段に与え、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、判断手段により、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し、該象限に基づくオフセット値を、演算手段により、前記角度データ読出取得手段によって読み出された角度データに設定するので、ロータ軸回転角度検出の高精度化、レゾルバの高回転対応化を図ることが可能となる。
【００１０】
また、本発明では、前記アドレス変換手段により、０〜４５°の範囲では、前記正弦波値を読み出しアドレスに変換し、４５°〜９０°の範囲では、前記余弦波値を読み出しアドレスに変換することを好ましい形態としている。これにより、データ量の低減化を図ることが可能となる。
【００１１】
また、本発明では、前記デジタル信号処理プロセッサの記憶手段に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を格納し、自動生成されるアドレスに基づいて、記憶手段に格納された値を出力し、ＤＡコンバータにより、前記記憶手段からの値をアナログ信号に変換し、前記レゾルバの励磁用正弦波として出力することを好ましい形態としている。また、本発明では、除去手段により、前記ＤＡコンバータから出力されるレゾルバへの励磁用正弦波の量子化による高域成分を除去することを好ましい形態としている。
【００１２】
【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。
【００１３】
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、Ｒ／Ｄコンバータ１は、ＡＤコンバータ１１、マイクロコンピュータ１２、アドレス生成部１３、データＲＯＭ１４、ＤＡコンバータ１５、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１６、増幅器１７、アドレス生成部１８、データＲＯＭ１９およびシリアルポート２０から構成されている。
【００１４】
ＡＤコンバータ１１は、例えば、１０〜１２ビットの分解能を有し、マイクロコンピュータ１２からのサンプリングクロックに従ってレゾルバ（図示省略）の正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換する。
【００１５】
マイクロコンピュータ１２は、ＡＤコンバータ１１のサンプリングタイミング、レゾルバへの励磁用正弦波を生成するためのアドレス生成部１３のアドレス生成タイミングを同期させるべく、ＡＤコンバータ１１およびアドレス生成部１３に同一のサンプリングクロックを供給する。
【００１６】
このように、双方を同期させることにより、正弦波の特定位相で、レゾルバ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。
【００１７】
マイクロコンピュータ１２は、ＡＤコンバータ１１の出力であるｓｉｎθ，ｃｏｓθの一方の絶対値から後述するからデータＲＯＭ１９のアドレスを生成し、データＲＯＭ１９からθを読み出してシリアルポート２０に供給する。また、マイクロコンピュータ１２は、θから、エンコード出力Ａ，Ｂを生成し、外部へ出力する。
【００１８】
アドレス生成部１３は、上記マイクロコンピュータ１２からのサンプリングクロックに従って、データＲＯＭ１４のアドレスを生成する。データＲＯＭ１４には、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ており、アドレス生成部１３からのアドレスに従って、ＤＭＡ（ダイレクト・メモリ・アクセス）により、格納された値を出力する。ＤＡコンバータ１５は、上記データＲＯＭ１４からの値をアナログ信号に変換してＬＰＦ１６に出力する。ＬＰＦ１６は、ＤＳＰ２から出力されるレゾルバ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１７は、ＬＰＦ１６からの励磁用正弦波を増幅し、レゾルバに供給する。
【００１９】
次に、データＲＯＭ１９は、上記マイクロコンピュータ１２によって上記ｓｉｎθ，ｃｏｓθの絶対値から生成されたアドレスに従って、予め格納されていた角度データθを出力する。
【００２０】
ここで、データＲＯＭ１９に保持する角度データθについて説明する。図２は、ＡＤＣ１１から出力されるｓｉｎθ，ｃｏｓθ、およびロータ軸角度を示す概念図である。ロータ軸角度は、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１２では、演算処理が遅いため、レゾルバ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、上記データＲＯＭ１９に予め角度データθを記憶させ、上記ｓｉｎθ，ｃｏｓθをアドレスとして、格納されている角度データθを読み出すことにより、高度な演算を行なうことなく、ロータ軸回転角を求めるようにしている。
【００２１】
但し、ロータ軸回転角０〜３６０°の範囲で角度データθを保持すると、特に、高精度化を図るために、分解能を上げようとすると、従来技術で述べたように、メモリ容量の増大という問題が発生する。そこで、本実施形態では、図２に示すように、ロータ軸回転角０〜９０°の範囲における角度データθを保持し、メモリ容量が増大するのを防いでいる。
【００２２】
さらに、ｓｉｎθの最大値、もしくはその近傍では、振幅変化に対するロータ軸角度の変化が小さく分解能が低下することになるので、図２および図３に示すように、ｓｉｎθの絶対値が０〜０．７０７の範囲（ロータ軸回転角にして０°〜４５°）では、ｓｉｎθの絶対値をアドレスとして用い、ｓｉｎθの絶対値が０．７０７〜１の範囲（ロータ軸回転角にして４５°〜９０°）では、ｃｏｓθの絶対値をアドレスとして用いるようにしている。これにより、ｓｉｎθの最大値、もしくはその近傍で生じる分解能の低下を防止することが可能となる。
【００２３】
また、上述したように、本実施形態では、上記データＲＯＭ１９に０〜９０°の範囲だけの角度データθを保持しているので、ｓｉｎθ，ｃｏｓθから０〜３６０°のロータ軸回転角を取得するためには、ｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性からロータ軸の象限を確定する必要がある。
【００２４】
そこで、マイクロコンピュータ１２は、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現在位置（現在軸角度）を判定する。具体的には、ＡＤＣ１１から出力されるｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性を判定することにより、ロータ軸の象限を決定する。本実施形態では、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。各象限には、図示するオフセットが設定されており、マイクロコンピュータ１２は、データＲＯＭ１９から読み出した角度データθにオフセットを加味することにより、最終的なロータ軸回転角とする。
【００２５】
シリアルポート２０は、上記マイクロコンピュータ１２からのロータ軸回転角をシリアルデータに変換して出力する。
【００２６】
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４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。
【００２７】
まず、ＤＡコンバータ１５のサンプリング周波数（ＳＤＦＳ）を２００ＫＨｚとし、アドレス生成部１３によるサーキュラーアドレシングにて、データＲＯＭ１４の値をサイクリックに送信することにより２００／２０＝１０ＫＨｚの励磁正弦波が得られる（ステップＳ１）。電源投入後、レゾルバの励磁状態が安定するまで上記動作を行なう。この初期安定化のための時間はタイマ（図示略）で設定する。
【００２８】
次に、ステップＳ２で、レゾルバ正弦波出力及び余弦波出力を取り込み、ＡＤコンバータ１１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は同一信号を用い、レゾルバ励磁正弦波を出力すると同時に、レゾルバ正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換する。
【００２９】
次に、ステップＳ３で、マイクロコンピュータ１２で、ＡＤコンバータ１１からの出力ｓｉｎθの絶対値が０〜０．７０７の範囲であるか否かを判断し、ｓｉｎθの絶対値が０〜０．７０７の範囲である場合、ステップＳ４で、該ｓｉｎθの絶対値をデータＲＯＭ１９の読み出しアドレスに変換してデータＲＯＭ１９をアクセスする。
【００３０】
一方、ｓｉｎθの絶対値が０〜０．７０７の範囲でない場合、ステップＳ５で、ｓｉｎθの絶対値が０．７０７〜１の範囲であるか否かを判断し、ｓｉｎθの絶対値が０．７０７〜１の範囲である場合、ステップＳ６で、該ｃｏｓθの絶対値をデータＲＯＭ１９の読み出しアドレスに変換してデータＲＯＭ１９をアクセスする。
【００３１】
いずれの場合も、ステップＳ７で、データＲＯＭ１９から角度データθを読み出し、ステップＳ８で、ＡＤ変換出力のｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性をチェックし、レゾルバのロータの現在位置（現在軸角度）を判定する。ＡＤ変換出力のｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性が第１象限（０−９０°）であれば、ステップＳ９で、上記角度データθをそのままロータ軸角度とする。また、極性が第２象限（９０−１８０°）であれば、ステップＳ１０で、上記θを１８０°から減じた値をロータ軸角度とする。
【００３２】
また、極性が第３象限（１８０−２７０°）であれば、ステップＳ１１で、上記角度データθを１８０°に加えた値をロータ軸角度とする。そして、極性が第４象限（２７０−３６０°）であれば、ステップＳ１２で、上記角度データθを３６０°から減じた値をロータ軸角度とする。そして、ステップＳ１３で、最終的に得たロータ軸回転角をシリアルポート２０に出力する。次に、ステップＳ１４で、ＡＤ変換出力のｓｉｎθ，ｃｏｓθからエンコード出力Ａ，Ｂを算出し、ステップＳ１５で、出力ポートからエンコード出力Ａ，Ｂを出力する。
【００３３】
上述したように、本実施形態によれば、ロータリ軸角度０〜９０°の範囲で角度データθを保持しているので、ロータ軸回転角度検出の高精度化に対応させるべく、分解能を上げる場合でも、データＲＯＭ１９のメモリ容量の増大を抑えることができる。また、ｓｉｎθの絶対値が０〜０．７０７の範囲では、ｓｉｎθの絶対値をアドレスとして用い、ｓｉｎθの絶対値が０．７０７〜１の範囲では、ｃｏｓθの絶対値をアドレスとして用いるようにしたので、ｓｉｎθの最大値、もしくはその近傍で生じる分解能の低下を防止することができ、高精度化が可能となる。また、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でも、レゾルバの高回転対応化に十分対応することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明によれば、０〜９０°の範囲の角度データを予め角度データ記憶手段に保持しておき、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、アドレス変換手段により、前記ＡＤコンバータによりデジタル化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のアドレスに変換し、該アドレスを角度データ読出取得手段により前記角度データ記憶手段に与え、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、判断手段により、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し、該象限に基づくオフセット値を、演算手段により、前記角度データ読出取得手段によって読み出された角度データに設定するようにしたので、ロータ軸回転角度検出の高精度化、レゾルバの高回転対応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】レゾルバの角度とオフセットとを示す概念図である。
【図３】ロータ軸角度を取得するためのデータ構成を説明するための概念図である。
【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。
【符号の説明】
１Ｒ／Ｄコンバータ
１１ＡＤコンバータ
１２マイクロコンピュータ（アドレス変換手段、角度データ読出取得手段、判断手段、演算手段）
１３アドレス生成部
１４データＲＯＭ（記憶手段）
１５ＤＡコンバータ
１６ＬＰＦ（除去手段）
１７増幅器
１９データＲＯＭ（角度データ記憶手段）
２０シリアルポート

Claims

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、
０〜９０°の範囲の角度データを予め保持する角度データ記憶手段と、
前記ＡＤコンバータによりデジタル化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のアドレスに変換するアドレス変換手段と、
前記アドレス変換手段により変換されたアドレスを前記角度データ記憶手段に与え、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取得手段と、
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と、
前記判断手段に判断された象限に基づくオフセット値を、前記角度データ読出取得手段によって読み出された角度データに設定することにより最終的な前記レゾルバのロータ軸角度とする演算手段とを具備することを特徴とするＲ／Ｄコンバータ。
前記アドレス変換手段は、
０〜４５°の範囲では、前記正弦波値を読み出しアドレスに変換し、４５°〜９０°の範囲では、前記余弦波値を読み出しアドレスに変換することを特徴とする請求項１記載のＲ／Ｄコンバータ。
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を格納し、自動生成されるアドレスに基づいて、前記格納された値を出力する記憶手段と、
前記記憶手段からの値をアナログ信号に変換し、前記レゾルバの励磁用正弦波として出力するＤＡコンバータとを具備することを特徴とする請求項１または２記載のＲ／Ｄコンバータ。
前記ＤＡコンバータから出力されるレゾルバへの励磁用正弦波の量子化による高域成分を除去する除去手段を具備することを特徴とする請求項３記載のＲ／Ｄコンバータ。