JP2007057316A - レゾルバインターフェース装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストに構成でき、レゾルバ毎の調整が容易なレゾルバインターフェース装置を提供する。
【解決手段】レゾルバ１からの２次側電圧Ｅｃ、Ｅｓを増幅器１０で受けて増幅し、ＡＤ変換手段２０へ出力する。補正手段３１は、ＡＤ変換された２次側電圧Ｅｃ、Ｅｓ（変換結果）を受けて、予め記憶手段４０に保存されている補正パラメータを使って、振幅、位相およびオフセットを補正し、補正された２相の２次側電圧Ｅｘ、Ｅｙを位置算出手段３２に出力する。位置算出手段３２はＥｘ、Ｅｙからｔａｎ^−１（Ｅｘ／Ｅｙ）を演算し、位置情報をシリアルインターフェイス５０を通して外部へ出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レゾルバからの出力信号を得て位置情報を生成するレゾルバインターフェース装置に関わり、特に、低コストに構成でき、レゾルバ毎の調整が容易なレゾルバインターフェース装置に関する。

従来、レゾルバを用いて位置情報を検出する位置検出装置において、レゾルバの機械的精度等のレゾルバ自身に起因した固有の検出誤差を予め求めてデータ記憶手段に保存し、位置検出時に、この記憶手段内に保持されている誤差データを参照して位置情報を補正処理する位置検出装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。

図８は、従来の位置検出装置の構成図である。
図８において１は１相励磁２相出力の巻線を有するレゾルバ、３はレゾルバインターフェース装置である。レゾルバインターフェース装置３は、レゾルバ１へ励磁信号を与える駆動手段６０と、レゾルバ１から出力される２相の２次側電圧をディジタル値に変換するＡＤ変換手段２０と、位置補正データを記憶する記憶手段８０と、ＡＤ変換手段２０の変換結果に基づき位置情報を算出し、記憶手段８０に記憶されている位置補正データを参照して位置情報を補正するＣＰＵ７０（位置算出手段）と、補正された位置情報を外部装置へ伝送するシリアルインターフェース９０とで構成されている。
ここで、記憶手段８０に記憶されている位置補正データは、例えば、高精度な位置検出装置との比較により、予め得られた誤差データであり、シリアルインターフェース９０を介して記憶手段８０に書き込まれるものである。

次に、位置検出装置の動作について説明する。
ＣＰＵ７０が駆動手段６０を介してレゾルバ１へ波高値Ｅｒの矩形波を与えると、波高値Ｅｒに対してレゾルバ１の回転角θのｃｏｓθ、ｓｉｎθを乗じた値の波高値Ｅｃ、Ｅｓの２次側電圧がレゾルバから出力される。これをＡＤ変換手段２０にてディジタル値に変換しＣＰＵ７０に取り込む。ＣＰＵ７０では、ｔａｎ^−１（Ｅｓ／Ｅｃ）の結果とｔａｎ^−１の関数表を参照して位置情報を求め、さらに、記憶手段８０に記憶されている位置誤差データを参照して位置情報を補正する。この誤差補正された位置情報を、シリアルインターフェース９０を介して外部装置に伝送していた。

このように、従来のレゾルバインターフェース装置は、高精度な位置検出装置との比較により得られた位置誤差データを、予め記憶手段に取り込み、位置検出時に位置誤差データを参照して位置情報を補正していた。
特開２０００−５５６０６号公報（第３−５頁、図１）

しかしながら、従来のレゾルバインターフェース装置は、例えば、高精度な位置検出装置と当該位置検出装置を接続し、両装置によって検出された位置情報を比較して、誤差データを取得しており、誤差データの取得に大掛かりな装置を必要とした。また作業性も悪いものであった。さらに、高分解能の位置情報を得るには、細かく誤差データを取得する必要があり、誤差データを記憶するための高価で大容量のメモリを必要とした。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で誤差データを取得でき、高分解能の位置検出においても大容量のメモリを必要としない低コストのレゾルバインターフェース装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、レゾルバの１次側を励磁する駆動手段と、レゾルバの２次側から出力される２相の２次側電圧をそれぞれディジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、デジタル変換された前記２次側電圧を補正する補正手段と、前記補正手段の出力から位置情報を算出する位置算出手段と、を備えたレゾルバインターフェース装置において、前記レゾルバインターフェース装置は、前記補正手段の信号から補正パラメータを求める調整手段と、前記調整手段で求めた補正パラメータを記憶する記憶手段とを備え、前記補正手段は、前記記憶手段に記憶した補正パラメータを使って前記２次側電圧を補正するものである。

また、請求項２に記載の発明は、前記補正手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル変換された前記２次側電圧の振幅を調整する第１振幅調整手段と、前記第１振幅調整手段で振幅調整された２次側電圧の位相を調整する位相調整手段と、前記位相調整手段からの出力の振幅を調整する第２振幅調整手段と、前記第２振幅調整手段によって振幅調整された出力のオフセットを調整するオフセット調整手段と、を備えたものである。

また、請求項３に記載の発明は、補正パラメータを、前記Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル変換された前記２次側電圧の振幅を調整する第１振幅調整ゲインと、前記位相調整手段からの出力の振幅を調整する第２振幅調整ゲインと、前記第２振幅調整手段によって振幅調整された出力のオフセットを調整するオフセット調整値とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、前記調整手段は、前記レゾルバを動作させた時に得られる前記補正手段内の信号から補正パラメータを演算し、この補正パラメータを前記記憶手段に記憶するものである。

また、請求項５に記載の発明は、前記位置算出手段で求めた位置情報を外部装置へ伝送するためのシリアルインターフェースを備えたものである。

本発明のレゾルバインターフェース装置は、補正手段の信号から補正パラメータを求める調整手段を備えているので、補正パラメータを得るのに別の検出装置を必要とせず簡単な構成で補正パラメータが得られる。
また、記憶手段は補正パラメータを記憶しているので大容量のメモリを必要とせず低コストである。
また、補正手段は補正パラメータを使って２次側電圧を補正しているので、検出位置に関わらず一度得られた同じ補正パラメータによって補正できる。従って補正処理が簡単である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明のレゾルバインターフェース装置の構成図である。
図において、１はレゾルバ、２はレゾルバインターフェース装置である。
レゾルバ１は、図示しない１相の回転子巻線を有する回転子と２相の固定子巻線を有する固定子から構成されている。
レゾルバインターフェース装置２は、固定子巻線（図示せず）から得られた２次側電圧を増幅する増幅器１０と、ＡＤ変換手段２０と、位置データを算出するＣＰＵ３０と、位置誤差データを記憶する記憶手段４０と、補正された位置データをシリアル変換し図示しない外部装置へ送信するシリアルインターフェイス５０と、レゾルバ１の回転子巻線（図示せず）に励磁信号を与える駆動手段６０で構成されている。また、ＣＰＵ３０には、ソフトウェアによる補正手段３１、位置算出手段３２及び調整手段３３が組み込まれている。

次に、動作について説明する。
ＣＰＵ３０が出力する定周期な制御信号に基づき、駆動手段６０がレゾルバ１の回転子巻線（図示せず）へ矩形波の励磁信号を与えると、レゾルバ１の固定子巻線（図示せず）から２相の２次側電圧Ｅｃ、Ｅｓが出力される。増幅器１０は、２次側電圧Ｅｃ、Ｅｓを増幅し、ＡＤ変換手段２０へ出力する。ＡＤ変換手段２０は、ＣＰＵ３０の定周期な制御信号に基づいて、ＡＤ変換動作と変換結果の出力を行なう。ＡＤ変換された２次側電圧Ｅｃ、Ｅｓは補正手段３１に入力される。補正手段３１は、後述の段落００２１に記載した方法によって予め記憶手段４０に保存されている補正パラメータを使って、Ｅｃ、Ｅｓの振幅、位相およびオフセットを補正し、補正された２相の出力Ｅｘ、Ｅｙを算出し、位置算出手段３２に出力する。位置算出手段３２はＥｘ、Ｅｙからｔａｎ^−１（Ｅｘ／Ｅｙ）を演算し、ｔａｎ^−１の関数表を参照して回転子（図示せず）の位置情報を得る。位置情報はシリアルインターフェイス５０を通して外部へ出力される。

次に、補正手段３１の動作を説明する。
図２は補正手段３１の動作を示すブロック図で、ソフトウェアによる処理を、回路ブロック図で示したものでる。
図に示すように、補正手段３１は、第１振幅調整手段３１１、位相調整手段３１２、第２振幅調整手段３１３、オフセット調整手段３１４を備え、補正処理は、第１振幅調整、位相調整、第２振幅調整、オフセット調整の順序で実行される。

第１振幅調整は、２次側電圧Ｅｃ、Ｅｓに振幅調整ゲインＧｘ１、Ｇｙ１をそれぞれ乗じて振幅が等しくなるように補正するもので、振幅補正されたＥｘ１、Ｅｙ１が得られる。位相調整は、Ｅｘ１、Ｅｙ１から、互いに９０度位相差のＥｘ２、Ｅｙ２を求めるもので、それぞれ、Ｅｘ１−Ｅｙ１とＥｘ１＋Ｅｙ１の演算により得られる。
図３は位相調整の原理を示すベクトル図で、Ｅｘ１、Ｅｙ１間にΔθの誤差があっても、位相調整後は互いに９０度位相差のＥｘ２、Ｅｙ２に変換される。

第２振幅調整は、Ｅｘ２、Ｅｙ２に振幅調整ゲインＧｘ２、Ｇｙ２をそれぞれ乗じて振幅が等しくなるように補正するもので、第２振幅調整によって振幅補正されたＥｘ３、Ｅｙ３が得られる。

オフセット調整は、Ｅｘ３、Ｅｙ３のオフセットを除去するもので、Ｅｘ３、Ｅｙ３からオフセット調整値Ｏｆｓｘ、Ｏｆｓｙをそれぞれ差し引くことによって、オフセットが除去され、正負の振幅が等しいＥｘ、Ｅｙが得られる。
なお、振幅調整ゲインＧｘ１、Ｇｙ１、Ｇｘ２、Ｇｙ２及びオフセット調整値Ｏｆｓｘ、Ｏｆｓｙは、以下に示す方法によって、調整手段３３で求められ、記憶手段４０に記憶された補正パラメータである。

次に、補正パラメータの取得方法について図を用いて説明する。
図４は、調整手段３３の実行ステップを示すフローチャートである。
図に示すように、調整手段３３は、５つのステップを実行する。ステップ１で、レゾルバを一定速度で動作させ、ステップ２で、第１振幅調整ゲインＧｘ１、Ｇｙ１を算出し、ステップ３で、第２振幅調整ゲインＧｘ２、Ｇｙ２を算出し、ステップ４で、オフセット調整値Ｏｆｓｘ、Ｏｆｓｙを算出し、ステップ５で、以上の算出した補正パラメータを記憶手段４０へ保存する。

次に、調整手段３３の実行ステップにおけるステップ２、ステップ３、ステップ４について、それぞれの詳細な実行ステップを、それぞれ図５、図６、図７を用いて説明する。

図５は、振幅調整値Ｇｘ１、Ｇｙ１を算出する実行ステップを示すフローチャートで、調整手段３３におけるステップ２の詳細な実行ステップを示すものである。
先ず、ステップ２１で２次側電圧Ｅｃ、Ｅｓのピーク値を既定回数分抽出する。ピーク値は正負共に抽出する。既定回数は平均値を求めるに適当な回数とする。
次にステップ２２で抽出した既定回数分のピーク値からその絶対値の平均値Ｅｃｍ、Ｅｓｍを算出する。そしてステップ２３でＥｃｍ、Ｅｓｍの大小を比較し、ステップ２４でこの比較結果を踏まえ、Ｅｃｍ≧Ｅｓｍの場合は、式（１）、式（２）にて、Ｅｃｍ＜Ｅｓｍの場合は、式（３）、式（４）にて振幅調整ゲインＧｘ１、Ｇｙ１を算出する。なお、数式の中の基準値は、演算オーバーフローと分解能を考慮して決定する。

図６は、振幅調整値Ｇｘ２、Ｇｙ２を算出する実行ステップを示すフローチャートで、調整手段３３におけるステップ３の詳細な実行ステップを示すものである。
先ずステップ３１で第１振幅調整と位相調整を行なった後のデータＥｘ２、Ｅｙ２のピーク値を既定回数分抽出する。ピーク値は正負共に抽出する。既定回数は平均値を求めるに適当な回数とする。
次にステップ３２で抽出した既定回数分のピーク値からその絶対値の平均値Ｅｘ２ｍ、Ｅｙ２ｍを求める。そしてステップ３３で、Ｅｘ２ｍ、Ｅｙ２ｍの大小を比較し、ステップ３４でこの比較結果を踏まえ、Ｅｘ２ｍ≧Ｅｙ２ｍの場合は、式（５）、式（６）にて、Ｅｘ２ｍ＜Ｅｙ２ｍの場合は、式（７）、式（８）にて振幅調整ゲインＧｘ２、Ｇｙ２を算出する。なお、数式の中の基準値は、演算オーバーフローと分解能を考慮して決定する。

図７は、オフセット調整値Ｏｆｓｘ、Ｏｆｓｙを算出する実行ステップを示すフローチャートで、調整手段３３におけるステップ４の詳細な実行ステップを示すフローチャートである。
先ず、ステップ４１で、第２振幅調整を行なった後のデータＥｘ３、Ｅｙ３のピーク値を既定回数分抽出する。ピーク値は正負共に抽出する。既定回数は平均値を求めるに適当な回数とする。
次にステップ４２で正負のピーク値の平均値Ｅｘ３ｍ＋、Ｅｘ３ｍ−、Ｅｙ３ｍ＋、Ｅｙ３ｍ−を求め、ステップ４３で式（９）、式（１０）にてオフセット調整値Ｏｆｓｘ、Ｏｆｓｙを求める。

Ｅｃｍ≧Ｅｓｍの場合
Ｇｘ１＝基準値 ・・・（１）
Ｇｙ１＝基準値×Ｅｃｍ／Ｅｓｍ ・・・（２）
Ｅｃｍ＜Ｅｓｍの場合
Ｇｘ１＝基準値×Ｅｓｍ／Ｅｃｍ ・・・（３）
Ｇｙ１＝基準値 ・・・（４）

Ｅｘ２ｍ≧Ｅｙ２ｍの場合
Ｇｘ２＝基準値 ・・・（５）
Ｇｙ２＝基準値×Ｅｘ２ｍ／Ｅｙ２ｍ ・・・（６）
Ｅｘ２ｍ＜Ｅｙ２ｍの場合
Ｇｘ１＝基準値×Ｅｙ２ｍ／Ｅｘ２ｍ ・・・（７）
Ｇｙ１＝基準値 ・・・（８）

Ｏｆｓｘ＝（Ｅｘ３ｍ＋）＋（Ｅｘ３ｍ−） ・・・（９）
Ｏｆｓｙ＝（Ｅｙ３ｍ＋）＋（Ｅｙ３ｍ−） ・・・（１０）

このように、本発明ではレゾルバ自身に起因した固有の検出誤差をレゾルバから出力される２相の２次側電圧から予め求めてパラメータとしてデータ記憶手段に保存し、位置検出時にこのパラメータをつかって、位置情報を補正しているので、検出誤差を測定するための新たな装置を必要とせず、また、誤差データを記憶するための高価で大容量のメモリを必要としないので、低コストに構成でき、レゾルバ毎の調整が容易なレゾルバインターフェース装置が実現できる。

レゾルバは振動や温度等の耐環境性に優れ、本発明のレゾルバインターフェース装置を適用することによって、ＦＡ分野における幅広い利用が可能となる。特に、産業用ロボットへの適用は有効である。

本発明のレゾルバインターフェース装置の構成図 本発明の補正手段の動作を示すブロック図 本発明の位相調整の原理を示すベクトル図 本発明の調整手段の実行ステップを示すフローチャート 本発明の振幅調整値Ｇｘ１、Ｇｙ１を算出する実行ステップを示すフローチャート 本発明の振幅調整値Ｇｘ２、Ｇｙ２を算出する実行ステップを示すフローチャート 本発明のオフセット調整値Ｏｆｓｘ、Ｏｆｓｙを算出する実行ステップを示すフローチャート 従来の位置検出装置の構成図

符号の説明

１ レゾルバ
２、３ レゾルバインターフェース装置
１０ 増幅器
２０ ＡＤ変換手段
３０、７０ ＣＰＵ
３１ 補正手段
３１１ 第１振幅調整手段
３１２ 位相調整手段
３１３ 第２振幅調整手段
３１４ オフセット調整手段
３２ 位置算出手段
３３ 調整手段
４０、８０ 記憶手段
５０、９０ シリアルインターフェース
６０ 駆動手段

Claims (5)

1. レゾルバの１次側を励磁する駆動手段と、
   レゾルバの２次側から出力される２相の２次側電圧をそれぞれディジタル信号に変換するＡＤ変換手段と、
   デジタル変換された前記２次側電圧を補正する補正手段と、
   前記補正手段の出力から位置情報を算出する位置算出手段と、
   を備えたレゾルバインターフェース装置において、
   前記レゾルバインターフェース装置は、前記補正手段の信号から補正パラメータを求める調整手段と、
   前記調整手段で求めた補正パラメータを記憶する記憶手段とを備え、
   前記補正手段は、前記記憶手段に記憶した補正パラメータを使って前記２次側電圧を補正することを特徴とするレゾルバインターフェース装置。
2. 前記補正手段は、
   前記Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル変換された前記２次側電圧の振幅を調整する第１振幅調整手段と、
   前記第１振幅調整手段で振幅調整された２次側電圧の位相を調整する位相調整手段と、
   前記位相調整手段からの出力の振幅を調整する第２振幅調整手段と、
   前記第２振幅調整手段によって振幅調整された出力のオフセットを調整するオフセット調整手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレゾルバインターフェース装置。
3. 補正パラメータは、
   前記Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル変換された前記２次側電圧の振幅を調整する第１振幅調整ゲインと、
   前記位相調整手段からの出力の振幅を調整する第２振幅調整ゲインと、
   前記第２振幅調整手段によって振幅調整された出力のオフセットを調整するオフセット調整値であることを特徴とする請求項２に記載のレゾルバインターフェース装置。
4. 前記調整手段は、前記レゾルバを動作させた時に得られる前記補正手段内の信号から補正パラメータを演算し、この補正パラメータを前記記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１に記載のレゾルバインターフェース装置。
5. 前記位置算出手段で求めた位置情報を外部装置へ伝送するためのシリアルインターフェースを備えたことを特徴とする請求項１記載のレゾルバインターフェース装置。

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