JP2007114165A - Device and method for detecting position of moving object - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体の位置検出装置および方法に関し、特に、移動体に設けられたエンコーダ、例えば、高分解能エンコーダやレゾルバエンコーダが出力する2相の正弦波信号に基づいて、移動体の位置を検出する位置検出装置および方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and a method for detecting a position of a moving body, and in particular, based on a two-phase sine wave signal output from an encoder provided on the moving body, for example, a high-resolution encoder or a resolver encoder. The present invention relates to a position detecting apparatus and method for detecting.
従来、センサを用いて、移動体、例えば、回転体の回転角度を検出する際に、センサの回転角度信号に対して、応答遅れをなくすとともに、回転角度信号に電気的なノイズが混入したときに、ノイズのレベルに拘わらずノイズの影響を抑える回転角度検出装置として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。
Conventionally, when detecting the rotation angle of a moving body, for example, a rotating body using a sensor, response delay is eliminated with respect to the rotation angle signal of the sensor, and electrical noise is mixed in the rotation angle signal. In addition, as a rotation angle detection device that suppresses the influence of noise regardless of the noise level, for example, the one described in
図6は、特許文献1に記載される従来の回転角度検出装置において実行されるプログラムの概略機能ブロック図である。プログラム16は、図6に示すように、レゾルバの出力信号θ0に基づいて回転体の回転軸の出力信号θ0を求める信号処理部26と、出力信号θ0に基づいてモータを制御するモータ制御部28と、修正角度θ1をモニタへ表示するモニタ出力部30を有する。
FIG. 6 is a schematic functional block diagram of a program executed in the conventional rotation angle detection device described in
信号処理部26は、出力信号θ0を2階微分して回転軸の推定加速度γを算出する加速度算出部32と、推定加速度γを最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINで制限する加速度制限部34と、推定加速度γと最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINの大小関係により最大閾値γMAXおよび最小閾値γMINを修正する閾値修正部36と、加速度制限部34が推定加速度γを制限する処理結果に基づいて回転軸の修正角度θ1を算出する回転角度算出部38とを有する。
The
また、従来、回転角度検出装置として、図7に示すように、例えば、電動機制御装置51に適用した回転角度検出装置55が知られている。電動機制御装置51は、電動機52、例えば、交流または直流用電動機のロータの位置および速度を制御する制御装置であり、エンコーダ53、位置指令器54、回転角度検出装置55、減算器56、ローパスフィルタ回路(以下、LPF回路という)57、PI回路58およびアンプ回路59を備える。
Conventionally, as shown in FIG. 7, for example, a rotation angle detection device 55 applied to an electric motor control device 51 is known as a rotation angle detection device. The motor control device 51 is a control device that controls the position and speed of the rotor of an electric motor 52, for example, an AC or DC motor, and includes an encoder 53, a
エンコーダ53は、電動機52のロータの回転軸に連結され、回転角度に相当する2相の正弦波信号を発生する信号発生器である。具体的には、A相の正弦波信号A(以下、信号Aという)、およびA信号に対し、位相が90度だけ異なるB相の正弦波信号B(以下、信号Bという)を出力する2相の信号発生器である。
The encoder 53 is a signal generator that is connected to the rotation shaft of the rotor of the electric motor 52 and generates a two-phase sine wave signal corresponding to the rotation angle. Specifically, an A-phase sine wave signal A (hereinafter referred to as signal A) and a B-phase sine wave signal B (hereinafter referred to as signal B) having a phase difference of 90 degrees with respect to the A signal are
位置指令器54は、電動機52のロータの回転角度の目標値を設定する指令器である。
The
回転角度検出装置55は、LPF回路60、LPF回路61、arctan(A/B)演算器62、およびLPF回路63を備える。
The rotation angle detection device 55 includes an LPF circuit 60, an LPF circuit 61, an arctan (A /
LPF回路60およびLPF回路61は、エンコーダ53による信号Aおよび信号Bをそれぞれ入力し、信号Aおよび信号Bに重畳される電気的なノイズを除いた信号Aおよび信号Bをarctan(A/B)演算器62に出力する。
The LPF circuit 60 and the LPF circuit 61 receive the signal A and the signal B from the encoder 53, respectively, and the signal A and the signal B excluding electric noise superimposed on the signal A and the signal B are arctan (A / B). The result is output to the
arctan(A/B)演算器62は、ノイズが除去された信号Aおよび信号Bを入力し、信号Aおよび信号Bをarctan(A/B)の演算式に代入し、演算の結果により得られる回転角度をLPF回路63に出力する。LPF回路63によってさらにノイズを除去して、エンコーダ53の回転角度θを減算器56に出力する。
The arctan (A /
減算器56は、位置指令器54による回転角度目標値と、回転角度θとを入力し、回転角度目標値から回転角度θを減算し、演算の結果により得られる回転角度偏差をLPF回路57に出力する。LPF回路57は、回転角度偏差に重畳するノイズを除去して、PI回路58に出力する。
The subtracter 56 inputs the rotation angle target value and the rotation angle θ by the
PI回路58およびアンプ回路57、例えば、インバータ回路を介して、回転角度偏差がゼロとなるように制御され、電動機52のロータの位置および速度が制御される。
以上説明したように、従来の位置検出装置では、回転体の回転角度を検出するレゾルバから出力信号θ0を入力し、この出力信号θ0を2階微分して推定加速度γを求める。得られた推定加速度γをプラスの値である最大閾値γMAXおよびマイナスの値である最小閾値γMINにより制限して、修正加速度γ1を求める。得られた修正加速度γ1を積分して修正速度を求めるとともに、この修正速度を積分して修正角度を求める。 As described above, in the conventional position detection device, the output signal θ0 is input from the resolver that detects the rotation angle of the rotating body, and the output signal θ0 is second-order differentiated to obtain the estimated acceleration γ. The estimated acceleration γ thus obtained is limited by a maximum threshold value γ MAX that is a positive value and a minimum threshold value γ MIN that is a negative value, thereby obtaining a corrected acceleration γ1. The obtained corrected acceleration γ1 is integrated to obtain a corrected speed, and this corrected speed is integrated to obtain a corrected angle.
以上により求めた回転角度は、高分解能エンコーダの回転角度の精度およびノイズの点において、充分でないという問題が生じる虞がある。何故ならば、高分解能エンコーダにおいて、速度および加速度を推定によって定めており、かつ加速度の変化に対応が難しいからである。 There is a possibility that the rotation angle obtained as described above may not be sufficient in terms of accuracy and noise of the rotation angle of the high resolution encoder. This is because in a high-resolution encoder, speed and acceleration are determined by estimation, and it is difficult to cope with changes in acceleration.
また、エンコーダ53によるA相およびB相の信号に重畳する電気的なノイズを除去するために、LPF回路を用いる場合、位相遅れによる角度誤差という問題が生じる虞がある。 Further, when an LPF circuit is used to remove electrical noise superimposed on the A-phase and B-phase signals by the encoder 53, there is a possibility that a problem of angular error due to phase delay may occur.
そこで、本発明は、エンコーダによる2相の正弦波信号に電気的なノイズが重畳しても、位相遅れが抑制でき、かつ位置の精度を向上できる位置検出装置および方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a position detection apparatus and method that can suppress phase delay and improve position accuracy even if electrical noise is superimposed on a two-phase sine wave signal by an encoder. To do.
上記目的を達成するために、本発明は、移動体に連結されたエンコーダが出力するA相およびB相の2相の正弦波信号に基づいて、移動体の位置を検出する位置検出装置において、移動体の目標位置を設定する位置指令器と、エンコーダの出力するA相の正弦波信号と、位相がA相の正弦波信号と90度だけ異なるB相の正弦波信号と、目標位置に基づくA相の余弦波発振信号と、位相がA相の余弦波発振信号と90度だけ異なるB相の余弦波発振信号とを入力し、余弦波発振信号と正弦波信号との位相差を検出する位相差検出手段とを備え、位相差がゼロとなるように、正弦波信号の周波数および位相を、余弦波発振信号の周波数および位相にそれぞれ一致させて、移動体の位置が目標位置と同じになることで移動体の位置を検出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a position detection device for detecting the position of a moving body based on two-phase sine wave signals of A phase and B phase output from an encoder connected to the moving body. Based on a position commander for setting a target position of the moving body, an A-phase sine wave signal output from the encoder, a B-phase sine wave signal whose phase differs from the A-phase sine wave signal by 90 degrees, and the target position An A-phase cosine wave oscillation signal and a B-phase cosine wave oscillation signal whose phase is different from the A-phase cosine wave oscillation signal by 90 degrees are input, and the phase difference between the cosine wave oscillation signal and the sine wave signal is detected. Phase difference detection means, and the frequency and phase of the sine wave signal are matched with the frequency and phase of the cosine wave oscillation signal so that the phase difference is zero, so that the position of the moving body is the same as the target position. To detect the position of the moving object And features.
さらに、好適には、位相差検出手段は、目標位置を入力し、目標位置をA相の余弦波発振信号と、B相の余弦波発振信号とに変換するSIN/COS変換器と、A相の正弦波信号とA相の余弦波発振信号とを入力し、これら信号を乗算して得られる第1の乗算信号を出力する第1の乗算器と、B相の正弦波信号とB相の余弦波発振信号とを入力し、これら信号を乗算して得られる第2の乗算信号を出力する第2の乗算器と、第1の乗算信号と第2の乗算信号とを入力し、これら信号を加算して得られる正弦波信号と余弦波発振信号との間の位相差を出力する加算器とを備えることを特徴とする。 Further, preferably, the phase difference detection means inputs a target position, and converts the target position into an A-phase cosine wave oscillation signal and a B-phase cosine wave oscillation signal, and an A-phase converter. The first multiplier for inputting the first sine wave signal and the A-phase cosine wave oscillation signal and outputting the first multiplication signal obtained by multiplying these signals, the B-phase sine wave signal and the B-phase sine wave signal A cosine wave oscillation signal is input, a second multiplier that outputs a second multiplication signal obtained by multiplying these signals, a first multiplication signal and a second multiplication signal are input, and these signals are input. And an adder that outputs a phase difference between a sine wave signal and a cosine wave oscillation signal obtained by adding the two.
また、移動体に連結されたエンコーダが出力するA相およびB相の2相の正弦波信号に基づいて、移動体の位置を検出する位置検出方法において、2相の正弦波信号のうち、A相の正弦波信号を検出するステップと、位相がA相の正弦波信号と90度だけ異なるB相の正弦波信号を検出するステップと、正弦波信号の周波数に同期し、かつ、移動体の目標位置に基づくA相の余弦波発振信号を生成するステップと、A相の余弦波発振信号と位相が90度だけ異なるB相の余弦波発振信号を生成するステップと、A相の正弦波信号とA相の余弦波発振信号とを乗算し、第1の乗算信号を生成するステップと、B相の正弦波信号とB相の余弦波発振信号とを乗算し、第2の乗算信号を生成するステップと、第1の乗算信号と第2の乗算信号とを加算し、余弦波発振信号と正弦波信号との位相差を生成するステップとを含み、位相差がゼロとなるように制御されているときに、目標位置と移動体の位置とが一致することで、移動体の位置を検出することを特徴とする。 Further, in the position detection method for detecting the position of the moving body based on the A-phase and B-phase two-phase sine wave signals output from the encoder connected to the moving body, the A of the two-phase sine wave signals Detecting a phase sine wave signal, detecting a phase B sine wave signal whose phase is different by 90 degrees from the phase A sine wave signal, synchronized with the frequency of the sine wave signal, and Generating an A-phase cosine wave oscillation signal based on the target position, generating a B-phase cosine wave oscillation signal that is 90 degrees out of phase with the A-phase cosine wave oscillation signal, and an A-phase sine wave signal And the A-phase cosine wave oscillation signal are multiplied to generate a first multiplication signal, and the B-phase sine wave signal and the B-phase cosine wave oscillation signal are multiplied to generate a second multiplication signal. And adding a first multiplication signal and a second multiplication signal. And generating a phase difference between the cosine wave oscillation signal and the sine wave signal, and when the phase difference is controlled to be zero, the target position matches the position of the moving object. The position of the moving body is detected.
以上の位置検出装置および方法における移動体の一例は、電動機のロータである。 An example of the moving body in the above position detection apparatus and method is a rotor of an electric motor.
以上説明したように、本発明によれば、エンコーダによる2相の正弦波信号にノイズが重畳しても、位相遅れが抑制でき、位置の検出精度が向上できる。 As described above, according to the present invention, even when noise is superimposed on a two-phase sine wave signal by an encoder, phase delay can be suppressed and position detection accuracy can be improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して、説明する。図1は、本発明に係る回転角度検出装置を電動機制御装置に適用した実施例を示す制御ブロック図である。図1において、図9と同一の機能を示す要素は、同一の符号を付して示す。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a control block diagram showing an embodiment in which a rotation angle detection device according to the present invention is applied to an electric motor control device. 1, elements having the same functions as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
図1において、電動機制御装置71は、電動機52、例えば、交流または直流用電動機のロータの位置および速度を制御する制御装置であり、エンコーダ53、回転角度検出装置72、LPF回路57、PI回路58、およびアンプ回路59を備える。回転角度検出装置72は、位相差検出手段73および位置指令器54を有する。
In FIG. 1, an electric
位相差検出手段73は、エンコーダ53による信号Aおよび信号Bと、位置指令器54による回転角度目標値を入力し、回転角度の位相差φのsin値を出力する。sin値は、LPF回路97を経て、PI回路58に出力される。PI回路58は、位置制御器(図示せず)および速度制御器(図示せず)を備え、アンプ回路59、例えば、インバータ回路および駆動回路を介して電動機52を位置および速度制御し、電動機のロータを所定の位置および速度に制御する。
The phase difference detection means 73 receives the signals A and B from the encoder 53 and the rotation angle target value from the
次に、回転角度検出装置72の構成を詳細に説明する。回転角度検出装置72は、前述したように、位置指令器54および位相差検出手段73を備える。
Next, the configuration of the rotation angle detection device 72 will be described in detail. The rotation angle detection device 72 includes the
位置指令器54は、電動機52のロータの回転角度目標値を設定する指令器である。位相差検出手段73は、SIN/COS変換器(A)74、第1の乗算器75、第2の乗算器76、および加算器77を備える。
The
SIN/COS変換器(A)74は、位置指令器54による回転角度目標値を入力し、2相のうち、A相の余弦波発振信号C(以下、信号Cという)を第1の乗算器75に出力し、かつ前記A相と位相が90度だけ異なるB相の余弦波発振信号D(以下、信号Dという)を第2の乗算器76に出力する。
The SIN / COS converter (A) 74 receives the rotation angle target value from the
第1の乗算器75は、エンコーダ53による信号AとSIN/COS変換器(A)74による信号Cを入力し、信号Aと信号Cを乗算し、演算の結果により得られる第1の乗算信号Eを加算器77に出力する。
The
第2の乗算器76は、エンコーダ53による信号BとSIN/COS変換器(A)74による信号Dを入力し、信号Bと信号Dを乗算し、演算の結果により得られる第2の乗算信号Fを加算器77に出力する。
The
加算器77は、第1の乗算信号Eと第2の乗算信号Fとを入力し、第1の乗算信号Eと第2の乗算信号Fを加算し、演算の結果により得られる回転角度の位相差φのsin値GをLPF回路57に出力する。
The
LPF回路57は、位相差φのsin値Gを入力し、所定の周波数以下の信号を通すフィルタであり、一般的に知られている、例えば、抵抗、コンデンサおよびインダクタの組合せによる回路である。
The
図2は、本発明に係る回転角度検出装置における経過時間に対するエンコーダの正弦波信号と回転角度の位相差を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the phase difference between the sine wave signal of the encoder and the rotation angle with respect to the elapsed time in the rotation angle detection device according to the present invention.
図2(A)は、エンコーダの正弦波信号Aを、図2(B)は、位相が正弦波信号Aと90度だけ異なる正弦波信号Bを、図2(C)は、信号Gとする回転角度の位相差φのsin値を、図2(D)は、信号Gとする位相差φのsin値に電気的なノイズが重畳した回転角度位相差曲線をそれぞれ示す。 2A shows the sine wave signal A of the encoder, FIG. 2B shows the sine wave signal B whose phase is 90 degrees different from that of the sine wave signal A, and FIG. 2D shows a rotation angle phase difference curve in which electrical noise is superimposed on the sin value of the phase difference φ as the signal G. FIG.
次に、回転角度の位相差検出手段72の動作について説明する。図1において、エンコーダ53による信号Aは、例えば、
A=sinωet (1)
とする。
Next, the operation of the rotation angle phase difference detection means 72 will be described. In FIG. 1, the signal A by the encoder 53 is, for example,
A = sinω e t (1)
And
信号Bは、
B=sin(ωet+π/2)=cosωet (2)
とする。また、SIN/COS変換器(A)74による信号Cは、例えば、
C=cos(ωot−φ) (3)
とする。
Signal B is
B = sin (ω e t + π / 2) = cosω e t (2)
And The signal C by the SIN / COS converter (A) 74 is, for example,
C = cos (ω o t−φ) (3)
And
信号Dは、
D=cos(ωot−φ+π/2)=−sin(ωot−φ) (4)
とする。ここで、ωe、ωoは、エンコーダ53による信号Aおよび信号B、SIN/COS変換器(A)74による信号Cおよび信号Dのそれぞれの角周波数を示す。
Signal D is
D = cos (ω o t−φ + π / 2) = − sin (ω o t−φ) (4)
And Here, ω e and ω o indicate the respective angular frequencies of the signals A and B by the encoder 53 and the signals C and D by the SIN / COS converter (A) 74.
電動機制御装置71が、電動機52のロータの位置および速度が、正常に制御されるとき、エンコーダ53の角周波数ωeとSIN/COS変換器(A)74の角周波数ωoは、瞬時において同一の角周波数ωであると見なせる。また、φは、エンコーダ53による信号とSIN/COS変換器(A)74による信号との間の回転角度の位相差を示す。そこで、以下の説明ではωe、ωoをωとする。
When the
したがって、第1の乗算器75によって、信号Aに信号Cを乗算し、演算の結果により得られる第1の乗算信号Eは、
E=A×C=sinωt×cos(ωt−φ) (5)
となる。
Therefore, the
E = A × C = sinωt × cos (ωt−φ) (5)
It becomes.
同様に、第2の乗算器76によって、信号Bに信号Dを乗算し、演算の結果により得られる第2の乗算信号Fは、
F=B×D=−cosωt×sin(ωt−φ) (6)
となる。
Similarly, the
F = B × D = −cos ωt × sin (ωt−φ) (6)
It becomes.
そして、加算器77によって、第1の乗算信号Eと第2の乗算信号Fとを加算し、演算の結果により得られる出力信号Gは、
出力信号G=E+F=sinφ (7)
となる。すなわち、加算器77の出力信号Gは、図2(C)に示すように、経過時間tに対し、sinφとなり、常に回転角度の位相差φに依存し、直流成分のみとなる。
Then, the
Output signal G = E + F = sinφ (7)
It becomes. That is, as shown in FIG. 2C, the output signal G of the
次に、LPF回路57の動作について説明する。いま、仮に、エンコーダ53の信号Aにノイズ周波数成分、例えば、
ノイズ周波数成分=asinωnt (8)
が重畳すると仮定する。ここで、a、ωn、tは、ノイズの振幅、ノイズの角周波数、経過時間をそれぞれ示すものとする。
Next, the operation of the
Noise frequency component = asinωnt (8)
Are superimposed. Here, a, ωn, and t represent the noise amplitude, the noise angular frequency, and the elapsed time, respectively.
式5のsinωtの代わりに、sinωt+asinωnt
を代入して、出力信号Gnを算出すると、
出力信号Gn=sinφ+a×{sin(ωnt+ωt−φ)+sin(ωnt−ωt+φ)}
となる。
Instead of sinωt in
And calculating the output signal Gn,
Output signal Gn = sinφ + a × {sin (ωnt + ωt−φ) + sin (ωnt−ωt + φ)}
It becomes.
したがって、上記ノイズ周波数成分は、ωnt+ωtとωnt−ωtの周波数に変換される。このノイズ周波数成分をLPF回路57で取り除くことは、信号Aの角周波数にバンドパスフィルタ(BPF)をかけるのと同義である。以上の説明は信号Aについてであるが、信号Bについても同様である。
Therefore, the noise frequency component is converted into frequencies of ωnt + ωt and ωnt−ωt. Removing this noise frequency component by the
以上により、2相の信号Aおよび信号Bが、sinφに変換されて、このsinφにLPFをかけるため、元信号にLPFをかけて、ノイズを除去する方法に比べて、位相遅れによる角度誤差が低減される。つまり、2相の正弦波信号にノイズが重畳しても、位相遅れが抑制でき、位置の検出精度が向上できる。 As described above, since the two-phase signal A and the signal B are converted into sinφ, and LPF is applied to the sinφ, the angle error due to the phase delay is smaller than the method of removing the noise by applying the LPF to the original signal. Reduced. That is, even if noise is superimposed on the two-phase sine wave signal, the phase delay can be suppressed and the position detection accuracy can be improved.
次に、回転角度検出方法について説明する。図3は、本発明に係る回転角度検出方法の処理手順を示すフローチャートである。回転角度を検出する回転角度検出方法は、図3に示すように、まず、電動機52のロータに連結されたエンコーダ53のA相の信号Aを出力する(ステップS−1)。 Next, a rotation angle detection method will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the processing procedure of the rotation angle detection method according to the present invention. In the rotation angle detection method for detecting the rotation angle, first, the A phase signal A of the encoder 53 connected to the rotor of the electric motor 52 is output (step S-1).
次に、角周波数が信号Aの角周波数と同一とするA相の信号Cを出力する(ステップS−2)。 Next, an A-phase signal C whose angular frequency is the same as the angular frequency of the signal A is output (step S-2).
信号Aと信号Cを入力し、信号Aに信号Cを乗算し、演算の結果により得られる第1の乗算信号Eを出力する(ステップS−3)。 The signals A and C are input, the signal A is multiplied by the signal C, and a first multiplication signal E obtained as a result of the operation is output (step S-3).
同様に、角周波数が信号Aと同一であり、かつ信号Aに対し、位相が90度だけ異なる信号Bを出力する(ステップS−4)。 Similarly, a signal B having the same angular frequency as the signal A and having a phase different from that of the signal A by 90 degrees is output (step S-4).
角周波数が信号Aと同一であり、かつ信号Cに対し、位相が90度だけ異なる信号Dを出力する(ステップS−5)。 A signal D having the same angular frequency as that of the signal A and having a phase different from that of the signal C by 90 degrees is output (step S-5).
信号Bと信号Dを入力し、信号Bに信号Dを乗算し、演算の結果により得られる第2の乗算信号Fを出力する(ステップS−6)。 The signal B and the signal D are input, the signal B is multiplied by the signal D, and a second multiplication signal F obtained as a result of the calculation is output (step S-6).
さらに、第1の乗算信号Eと、第2の乗算信号Fとを加算し、演算の結果により、得られる回転角度の位相差φのsin値Gを出力する(ステップS−7)。 Further, the first multiplication signal E and the second multiplication signal F are added, and a sin value G of the phase difference φ of the rotation angle obtained is output as a result of the calculation (step S-7).
位相差φのsin値Gに重畳する高調波を抑制し、ノイズが抑制された位相差φのsin値Hを出力する(ステップS−8)。 The harmonics superimposed on the sin value G of the phase difference φ are suppressed, and the sin value H of the phase difference φ in which noise is suppressed is output (step S-8).
高調波が抑制された回転角度の位相差φのsin値Hがゼロとなるように、位置指令器54に基づくSIN/COS変換器(A)74による余弦波信号の角周波数ωoを変化させて、エンコーダ53の回転角度を演算する。すなわち、エンコーダ53と位置指令器54とによる回転角度の位相差φのsin値Hが、ゼロに制御されると、エンコーダ53が出力する正弦波信号の角周波数ωeが、SIN/COS変換器(A)74が出力する余弦波信号の角周波数ωoと一致し、エンコーダ53の回転角度が演算できる。
The angular frequency ω o of the cosine wave signal by the SIN / COS converter (A) 74 based on the
以上の説明で明らかなように、本発明の実施例では、SIN/COS変換器(A)74による周波数f0にエンコーダ53の正弦波周波数を同期させる。これにより、エンコーダによる2相の正弦波信号にノイズが重畳しても、位相遅れが抑制でき、回転角度の検出精度が向上できる。 As apparent from the above description, in the embodiment of the present invention, the sine wave frequency of the encoder 53 is synchronized with the frequency f 0 by the SIN / COS converter (A) 74. Thereby, even if noise is superimposed on the two-phase sine wave signal by the encoder, the phase delay can be suppressed, and the detection accuracy of the rotation angle can be improved.
次に、本発明に係る回転角度検出装置の他の実施例である検尺装置について説明する。図4は、この検出装置を示す制御ブロック図である。図4において、図1と同一の機能を示す要素について、同一の符号を付して示す。図5は、図4の機能を説明するための説明図である。機能要素(A)78は、PI回路58、アンプ回路59、電動機52およびエンコーダ53を備える。
Next, a measuring device which is another embodiment of the rotation angle detecting device according to the present invention will be described. FIG. 4 is a control block diagram showing this detection apparatus. 4, elements having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the function of FIG. The functional element (A) 78 includes a
検尺装置71Bは、走行する長尺状シート(図示せず、以下シートという)の移動量を検出する装置であり、例えば、走行するシートを介して、検尺ロール(図示せず)と押えロール(図示せず)を押圧し、検尺ロールの回転軸(図示せず)に連結された回転角度検出器による回転角度、検尺ロールの径寸法等によって、シートの移動量が検出できる。すなわち、検尺装置71Bは、図4に示すように、位置指令器54を検尺装置71Bの検尺ロールと、SIN/COS変換器(A)を回転角度検出器と見なし、本発明に係る回転角度検出装置72を応用して、PI回路80の出力値Kから位置指令器54の回転角度を検出し、シートの移動量を検出する装置である。
The measuring
検尺装置71Bは、図4に示すように、回転角度検出装置72、LPF回路57、および機能要素(B)79を備える。回転角度検出装置72およびLPF回路57は、前述したので説明を省略する。機能要素(B)79は、PI回路58、PI回路80、およびSIN/COS変換器(B)81を備える。機能要素(B)79は、図5における機能要素(A)78と同等である。PI回路58は、図4に示すように、LPF回路57による2相の正弦波信号上のノイズが抑制された回転角度の位相差φのsin値Hを入力し、位相差φのsin値Hを時間積分し、演算の結果により得られる回転角速度IをPI回路80に出力する。
As shown in FIG. 4, the measuring
PI回路80は、図5におけるアンプ回路59および電動機52に相当し、回転角速度Iを入力し、回転角速度Iを時間積分し、演算の結果により得られる回転角度KをSIN/COS変換器(B)81に出力する。
The PI circuit 80 corresponds to the
SIN/COS変換器81は、回転角度Kを入力し、回転角度Kに基づく2相の正弦波信号(信号Aおよび信号Bに相当する信号)を出力する変換器である。この場合でも、検尺装置71Bが、正常に制御されるとき、SIN/COS変換器(B)81の角周波数ωeと、SIN/COS変換器(A)74の角周波数ωoとは、瞬時において同一の角周波数ωと見なせる。また、φは、SIN/COS変換器(B)81による信号と検尺ロールの回転角度に基づくSIN/COS変換器(A)74による信号との間の回転角度の位相差φを示す。位相差φがゼロとなるように、SIN/COS変換器(B)81の角周波数ωeを制御し、そのときの角周波数をSIN/COS変換器(A)74の角周波数と見なす。つまり、SIN/COS変換器(B)81の角周波数ωeに基づいて、検尺ロールの回転角度を求め、シートの移動量を検出することができる。
The SIN / COS converter 81 is a converter that inputs the rotation angle K and outputs a two-phase sine wave signal (a signal corresponding to the signal A and the signal B) based on the rotation angle K. Even in this case, when the measuring
以上の説明では、本発明は、移動体に連結されるエンコーダとして、回転型電動機に連結する回転型に適用したが、リニアモータに連結する直線型、例えば、リニアエンコーダの場合でも適用できる。その場合、本文中の回転角度、回転角度の位相差は、それぞれ直線変位、直線変位差と読み替えるものとする。 In the above description, the present invention is applied to a rotary type connected to a rotary electric motor as an encoder connected to a moving body. However, the present invention can also be applied to a linear type connected to a linear motor, for example, a linear encoder. In that case, the rotation angle and the phase difference of the rotation angle in the text are read as linear displacement and linear displacement difference, respectively.
10 回転角度検出装置
14 CPU
16 プログラム
26 信号処理部
32 加速度算出部
34 加速度制限部
36 閾値修正部
38 回転角度算出部
51 電動機制御装置
52 電動機
53 エンコーダ
54 位置指令器
55 回転角度検出装置
56 減算器
57 LPF回路
58 PI回路
59 アンプ回路
60 LPF回路
61 LPF回路
62 arctan(A/B)演算器
63 LPF回路
71 電動機制御装置
72 回転角度検出装置
73 位相差検出手段
74 SIN/COS変換器(A)
75 第1の乗算器
76 第2の乗算器
77 加算器
78 機能要素(A)
79 機能要素(B)
80 PI回路
81 SIN/COS変換器(B)
A エンコーダのA相の正弦波信号
B エンコーダのB相の正弦波信号
C SIN/COS変換器(A)によるA相の余弦波信号
D SIN/COS変換器(A)によるB相の余弦波信号
10 Rotation angle detection device 14 CPU
DESCRIPTION OF
75
79 Functional elements (B)
80 PI circuit 81 SIN / COS converter (B)
A Phase A sine wave signal of the encoder B Phase B sine wave signal of the encoder C Phase A cosine wave signal from the SIN / COS converter (A) D Phase B cosine wave signal from the SIN / COS converter (A)
Claims (5)
前記移動体の目標位置を設定する位置指令器と、
前記エンコーダの出力するA相の正弦波信号と、位相が前記A相の正弦波信号と90度だけ異なるB相の正弦波信号と、前記目標位置に基づくA相の余弦波発振信号と、位相が前記A相の余弦波発振信号と90度だけ異なるB相の余弦波発振信号とを入力し、前記余弦波発振信号と前記正弦波信号との位相差を検出する位相差検出手段とを備え、
前記位相差がゼロとなるように、前記正弦波信号の周波数および位相を、前記余弦波発振信号の周波数および位相にそれぞれ一致させて、前記移動体の位置が目標位置と同じになることで前記移動体の位置を検出することを特徴とする位置検出装置。 In the position detection device for detecting the position of the moving body based on the two-phase sine wave signals of the A phase and the B phase output from the encoder connected to the moving body,
A position commander for setting a target position of the moving body;
An A-phase sine wave signal output from the encoder, a B-phase sine wave signal whose phase differs from the A-phase sine wave signal by 90 degrees, an A-phase cosine wave oscillation signal based on the target position, and a phase Includes a phase difference detection means for inputting a B phase cosine wave oscillation signal different from the A phase cosine wave oscillation signal by 90 degrees and detecting a phase difference between the cosine wave oscillation signal and the sine wave signal. ,
The frequency and phase of the sine wave signal are made to coincide with the frequency and phase of the cosine wave oscillation signal so that the phase difference becomes zero, and the position of the moving body becomes the same as the target position. A position detecting device for detecting a position of a moving body.
前記目標位置を入力し、前記目標位置を前記A相の余弦波発振信号と、前記B相の余弦波発振信号とに変換するSIN/COS変換器と、
前記A相の正弦波信号と前記A相の余弦波発振信号とを入力し、これら信号を乗算して得られる第1の乗算信号を出力する第1の乗算器と、
前記B相の正弦波信号と前記B相の余弦波発振信号とを入力し、これら信号を乗算して得られる第2の乗算信号を出力する第2の乗算器と、
前記第1の乗算信号と前記第2の乗算信号とを入力し、これら信号を加算して得られる前記正弦波信号と前記余弦波発振信号との間の位相差を出力する加算器と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 The phase difference detecting means includes
A SIN / COS converter that inputs the target position and converts the target position into the A-phase cosine wave oscillation signal and the B-phase cosine wave oscillation signal;
A first multiplier that inputs the A-phase sine wave signal and the A-phase cosine wave oscillation signal and outputs a first multiplication signal obtained by multiplying the signals;
A second multiplier that inputs the B-phase sine wave signal and the B-phase cosine wave oscillation signal and outputs a second multiplication signal obtained by multiplying the signals;
An adder for inputting the first multiplication signal and the second multiplication signal and outputting a phase difference between the sine wave signal and the cosine wave oscillation signal obtained by adding the signals;
The position detection device according to claim 1, further comprising:
前記2相の正弦波信号のうち、A相の正弦波信号を検出するステップと、
位相が前記A相の正弦波信号と90度だけ異なるB相の正弦波信号を検出するステップと、
前記正弦波信号の周波数に同期し、かつ、前記移動体の目標位置に基づくA相の余弦波発振信号を生成するステップと、
前記A相の余弦波発振信号と位相が90度だけ異なるB相の余弦波発振信号を生成するステップと、
前記A相の正弦波信号と前記A相の余弦波発振信号とを乗算し、第1の乗算信号を生成するステップと、
前記B相の正弦波信号と前記B相の余弦波発振信号とを乗算し、第2の乗算信号を生成するステップと、
前記第1の乗算信号と前記第2の乗算信号とを加算し、前記余弦波発振信号と前記正弦波信号との位相差を生成するステップとを含み、
前記位相差がゼロとなるように制御されているときに、前記目標位置と前記移動体の位置とが一致することで、前記移動体の位置を検出することを特徴とする位置検出方法。 In a position detection method for detecting the position of the moving body based on a two-phase sine wave signal of A phase and B phase output from an encoder connected to the moving body,
Detecting the A-phase sine wave signal out of the two-phase sine wave signals;
Detecting a B-phase sine wave signal whose phase differs from the A-phase sine wave signal by 90 degrees;
Generating an A-phase cosine wave oscillation signal that is synchronized with the frequency of the sine wave signal and that is based on the target position of the moving body;
Generating a B-phase cosine wave oscillation signal that is 90 degrees out of phase with the A-phase cosine wave oscillation signal;
Multiplying the A phase sine wave signal by the A phase cosine wave oscillation signal to generate a first multiplication signal;
Multiplying the B-phase sine wave signal by the B-phase cosine wave oscillation signal to generate a second multiplication signal;
Adding the first multiplication signal and the second multiplication signal to generate a phase difference between the cosine wave oscillation signal and the sine wave signal;
When the phase difference is controlled to be zero, the position of the moving body is detected by matching the target position with the position of the moving body.
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