JP2012220476A - Position detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機械装置の駆動軸の位置を検出する位置検出器に関する。 The present invention relates to a position detector that detects the position of a drive shaft of a mechanical device.
各種の機械装置を駆動制御するために用いられる位置検出器は、機械装置を駆動するモータに取り付けられ、位置検出器により検出された位置をフィードバックしてモータを制御することにより機械装置の動きが制御される。 A position detector used to drive and control various mechanical devices is attached to a motor that drives the mechanical device. The position of the mechanical device is controlled by feeding back the position detected by the position detector. Be controlled.
このような位置検出器としては、モータの回転速度に比例した周波数の直交性のある2相正弦波のアナログ信号を生成し、その2相正弦波信号に基づいて位置検出を行うのが一般的である。位置検出精度を確保するためには、2相正弦波信号の振幅が等しいこと、位相差が正確に90度に保たれていること、直流オフセット電圧が0であることが理想的であるが、実際には、アナログ信号である2相正弦波のオフセット電圧、振幅、位相差を理想的な信号に追い込むことは困難である。このため、2相正弦波のアナログ信号をデジタル信号に変換し、オフセット電圧補正、振幅補正を実施後、位相差を90度に補正して(例えば、特許文献1)、位置検出処理を行っている。 As such a position detector, it is common to generate an analog signal of a two-phase sine wave having a frequency orthogonal to the rotational speed of the motor and detect the position based on the two-phase sine wave signal. It is. In order to ensure position detection accuracy, it is ideal that the amplitudes of the two-phase sine wave signals are equal, the phase difference is accurately maintained at 90 degrees, and the DC offset voltage is zero. In practice, it is difficult to drive the offset voltage, amplitude, and phase difference of a two-phase sine wave that is an analog signal into an ideal signal. For this reason, after converting a two-phase sine wave analog signal into a digital signal, offset voltage correction and amplitude correction are performed, the phase difference is corrected to 90 degrees (for example, Patent Document 1), and position detection processing is performed. Yes.
上記従来技術では、2相正弦波信号の1周期分のリサージュ波形を求め、そのリサージュ波形である楕円図形の(短軸半径)/(長軸半径)のアークタンジェントを計算することによって、位相差を算出している。しかしながら、例えば、2相正弦波信号に高調波成分が含まれていた場合には、短軸半径あるいは長軸半径に誤差が生じ、求めるべき位相差とは異なる値が算出される場合があり、正確な位置検出を行うことができない、という問題点があった。 In the above prior art, a Lissajous waveform for one cycle of a two-phase sine wave signal is obtained, and an arc tangent of (short axis radius) / (major axis radius) of the elliptical figure that is the Lissajous waveform is calculated, thereby obtaining a phase difference. Is calculated. However, for example, when a harmonic component is included in the two-phase sine wave signal, an error occurs in the short axis radius or the long axis radius, and a value different from the phase difference to be obtained may be calculated. There was a problem that accurate position detection could not be performed.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、2相正弦波信号に歪みが発生した場合でも、より正確な位置検出を行うことが可能な位置検出器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a position detector that can perform more accurate position detection even when distortion occurs in a two-phase sine wave signal. .
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる位置検出器は、モータの位置検出を行う位置検出器であって、前記モータの回転速度に比例し、直交性を有する複数の2相正弦波の各相アナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、前記各相アナログ信号を等間隔でサンプリングした各瞬時値を各相デジタル信号に変換するAD変換器と、前記各相デジタル信号の位相補正値を演算する位相補正値演算部と、前記位相補正値に基づいて、前記各相デジタル信号の位相差を90度に補正して出力する信号補正部と、前記信号補正部の各相出力信号に基づいて、前記モータの位置情報であるモータ角度を演算する角度演算部と、を備え、前記位相補正値演算部は、前記各相デジタル信号を正弦波形にフィッティングして出力する正弦波フィッティング手段と、前記正弦波フィッティング手段の各相出力に基づいて、前記位相補正値を演算して出力する位相差演算手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a position detector according to the present invention is a position detector that detects the position of a motor, and is a plurality of sensors that are proportional to the rotational speed of the motor and have orthogonality. An analog signal generation unit that generates each phase analog signal of a two-phase sine wave, an AD converter that converts each instantaneous value obtained by sampling each phase analog signal to each phase digital signal, and each phase digital signal A phase correction value calculation unit that calculates a phase correction value of the signal, a signal correction unit that corrects and outputs the phase difference of each phase digital signal to 90 degrees based on the phase correction value, and each of the signal correction units An angle calculation unit that calculates a motor angle that is position information of the motor based on the phase output signal, and the phase correction value calculation unit fits each phase digital signal into a sine waveform and outputs it. And waves fitting means, based on the phase output of the sine wave fitting means, characterized in that it comprises a phase difference calculating means for calculating and outputting the phase correction value.
本発明によれば、2相正弦波信号に歪みが発生した場合でも、より正確な位置検出を行うことが可能となる、という効果を奏する。 According to the present invention, even when distortion occurs in the two-phase sine wave signal, there is an effect that more accurate position detection can be performed.
以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる位置検出器について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。 A position detector according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
実施の形態.
図1は、実施の形態にかかる位置検出器の一構成例を示す図である。図1に示すように、実施の形態にかかる位置検出器3は、機械装置(図示せず)を駆動するモータ1の回転に応じたモータ角度をモータ位置情報として検出し、モータ1を駆動制御するサーボアンプ2に出力する。
Embodiment.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a position detector according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the position detector 3 according to the embodiment detects a motor angle corresponding to the rotation of a motor 1 that drives a mechanical device (not shown) as motor position information, and controls driving of the motor 1. Output to servo amplifier 2.
実施の形態にかかる位置検出器3は、アナログ信号生成部4と、AD変換器5と、信号補正部6と、角度演算部7と、位相補正値演算部8とを備えている。
The position detector 3 according to the embodiment includes an analog
アナログ信号生成部4は、モータ1の回転速度に比例した周波数のA相およびB相の2つの正弦波信号からなる2相正弦波のアナログ信号を出力する。B相正弦波信号は、A相正弦波信号に対して、約90度位相がずれた信号である。これらA相正弦波信号およびB相正弦波信号の位相は、モータ1の回転方向によって進み、遅れが入れ替わる。なお、この2相正弦波のアナログ信号は、例えば、モータ1の回転周期を1周期とする基本波の2相正弦波信号であってもよいし、モータ1の回転周期の16倍波や256倍波等の逓倍波の2相正弦波信号であってもよい。また、これらの各2相正弦波信号が複数生成される構成であってもよい。また、A相正弦波信号およびB相正弦波信号の他に、モータ1の回転角度の基準となる特定の位置を示すZ相信号を出力する構成であってもよい。
The
AD変換器5は、アナログ信号生成部4で生成された2相正弦波の1周期分のアナログ信号を等間隔で複数点サンプリングした各瞬時値をデジタル信号に変換する。
The
信号補正部6は、AD変換器5によりデジタル信号に変換された2相正弦波信号のオフセット電圧、振幅、および位相差を補正する。なお、位相差の補正値(位相補正値)については、後述する位相補正値演算部8から出力されるが、この位相補正値、オフセット電圧の補正値(オフセット電圧補正値)、および振幅の補正値(振幅補正値)を算出する手法により、本発明が限定されるものではない。
The signal correction unit 6 corrects the offset voltage, amplitude, and phase difference of the two-phase sine wave signal converted into a digital signal by the
角度演算部7は、信号補正部6により上述した各パラメータを補正された2相正弦波信号に基づいて、モータ1の位置情報であるモータ角度を算出し、サーボアンプ2に出力する。なお、このモータ角度を算出する手法により、本発明が限定されるものではない。
The
位相補正値演算部8は、AD変換器5によりデジタル信号に変換された2相正弦波信号と、角度演算部7により算出された角度データとに基づいて、位相補正値を算出する。
The phase
図2は、実施の形態にかかる位相補正値演算部のブロック構成の一例を示す図である。図2に示すように、位相補正値演算部8は、正弦波フィッティング手段11と、位相差演算手段12と、位相補正値更新判定手段13とを備えている。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a block configuration of a phase correction value calculation unit according to the embodiment. As shown in FIG. 2, the phase correction
つぎに、実施の形態にかかる位相補正値演算部8の動作について、図1および図2を参照して説明する。
Next, the operation of the phase correction
正弦波フィッティング手段11は、AD変換器5によりデジタル信号に変換された2相正弦波信号の1周期中における各瞬時値を理想的な正弦波形にフィッティングする。
The sine wave fitting means 11 fits each instantaneous value in one cycle of the two-phase sine wave signal converted into a digital signal by the
ここで、例えば、アナログ信号生成部4において複数の2相正弦波信号を生成している場合に、本実施の形態にかかる位置検出器3が扱う2相正弦波信号に対して、他の2相正弦波信号が重畳することにより、高調波成分が含まれる場合がある。このような場合でも、正弦波フィッティングを行うことにより、理想的な正弦波形の2相正弦波信号を得ることができる。なお、この正弦波フィッティングの手法については、最小2乗法を用いてもよいし、他の手法を用いてもよい。
Here, for example, when the analog
位相差演算手段12は、正弦波フィッティング手段11により理想化された2相正弦波信号に基づいて位相差を算出し、位相補正値を出力する。 The phase difference calculation means 12 calculates a phase difference based on the two-phase sine wave signal idealized by the sine wave fitting means 11 and outputs a phase correction value.
位相補正値更新判定手段13は、角度演算部7により算出された角度データから、モータ1の角度を認識して、位相補正値の更新を実施するか否かを判定する。
The phase correction value
ここで、例えば、アナログ信号生成部4においてZ信号を生成している場合に、2相正弦波信号にZ相信号が重畳してZ相信号近傍に歪みが生じ、位相差が変化する場合がある。したがって、位相補正値更新判定手段13は、モータ1の角度からZ相信号の位置を特定して、その特定の位置近傍において、位相差算出手段12から入力された位相補正値を信号補正部6に出力する。このように位相差が変化する位置を特定して位相補正値を出力することにより、効果的に位相差を補正することが可能となる。なお、アナログ信号生成部4においてZ相信号を出力していない場合でも、あらかじめモータ1の1回転中において位相差が変動する特定の位置が判明している場合には、その位置において位相補正値を出力するようにすれば、効果的に位相差を補正することが可能である。
Here, for example, when the Z signal is generated in the analog
以上説明したように、実施の形態にかかる位置検出器によれば、アナログ信号生成部4で生成された2相正弦波信号を理想的な正弦波形にフィッティングして、理想化された2相正弦波信号に基づいて位相差を算出するようにしたので、2相正弦波信号に高調波成分が重畳して歪みが発生した場合でも、正確に位相差を算出することができ、より正確な位置検出を行うことが可能となる。
As described above, according to the position detector according to the embodiment, the idealized two-phase sine is obtained by fitting the two-phase sine wave signal generated by the analog
また、角度演算部により算出された角度データから、モータの1回転中において位相差が変動する位置を特定し、位相差が変動する特定の位置で位相差が補正されるように、位相補正値を出力するようにしたので、効果的に位相差を補正することが可能となる。 Further, from the angle data calculated by the angle calculator, the position where the phase difference fluctuates during one rotation of the motor is specified, and the phase correction value is corrected so that the phase difference is corrected at the specific position where the phase difference fluctuates. Therefore, the phase difference can be effectively corrected.
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。 Note that the configuration shown in the above embodiment is an example of the configuration of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part thereof is omitted without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it is possible to change the configuration.
1 モータ
2 サーボアンプ
3 位置検出器
4 アナログ信号生成部
5 AD変換器
6 信号補正部
7 角度演算部
8 位相補正値演算部
11 正弦波フィッティング手段
12 位相差演算手段
13 位相補正値更新判定手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor 2 Servo amplifier 3
Claims (2)
前記モータの回転速度に比例し、直交性を有する複数の2相正弦波の各相アナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、
前記各相アナログ信号を等間隔でサンプリングした各瞬時値を各相デジタル信号に変換するAD変換器と、
前記各相デジタル信号の位相補正値を演算する位相補正値演算部と、
前記位相補正値に基づいて、前記各相デジタル信号の位相差を90度に補正して出力する信号補正部と、
前記信号補正部の各相出力信号に基づいて、前記モータの位置情報であるモータ角度を演算する角度演算部と、
を備え、
前記位相補正値演算部は、
前記各相デジタル信号を正弦波形にフィッティングして出力する正弦波フィッティング手段と、
前記正弦波フィッティング手段の各相出力に基づいて、前記位相補正値を演算して出力する位相差演算手段と、
を備えることを特徴とする位置検出器。 A position detector for detecting the position of a motor,
An analog signal generation unit that generates an analog signal of each of a plurality of two-phase sine waves that are proportional to the rotational speed of the motor and have orthogonality;
An AD converter that converts each instantaneous value obtained by sampling each phase analog signal at equal intervals to each phase digital signal;
A phase correction value calculation unit for calculating a phase correction value of each phase digital signal;
Based on the phase correction value, a signal correction unit that corrects and outputs the phase difference of each phase digital signal to 90 degrees, and
Based on each phase output signal of the signal correction unit, an angle calculation unit that calculates a motor angle that is position information of the motor;
With
The phase correction value calculator is
Sine wave fitting means for fitting and outputting each phase digital signal to a sine waveform;
Based on each phase output of the sine wave fitting means, a phase difference calculating means for calculating and outputting the phase correction value;
A position detector comprising:
前記モータの回転速度に比例し、直交性を有する複数の2相正弦波の各相アナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、
前記各相アナログ信号を等間隔でサンプリングした各瞬時値を各相デジタル信号に変換するAD変換器と、
前記各相デジタル信号の位相補正値を演算する位相補正値演算部と、
前記位相補正値に基づいて、前記各相デジタル信号の位相差を90度に補正して出力する信号補正部と、
前記信号補正部の各相出力信号に基づいて、前記モータの位置情報であるモータ角度を演算する角度演算部と、
を備え、
前記位相補正値演算部は、
前記各相デジタル信号を正弦波形にフィッティングして出力する正弦波フィッティング手段と、
前記正弦波フィッティング手段の各相出力に基づいて、前記位相補正値を演算する位相差演算手段と、
前記角度データに基づいて、前記各相アナログ信号の位相差が変化する前記モータの位置を特定し、当該特定した位置において前記位相補正値を更新して出力する位相補正値更新判定手段と、
を備えることを特徴とする位置検出器。 A position detector for detecting the position of a motor,
An analog signal generation unit that generates an analog signal of each of a plurality of two-phase sine waves that are proportional to the rotational speed of the motor and have orthogonality;
An AD converter that converts each instantaneous value obtained by sampling each phase analog signal at equal intervals to each phase digital signal;
A phase correction value calculation unit for calculating a phase correction value of each phase digital signal;
Based on the phase correction value, a signal correction unit that corrects and outputs the phase difference of each phase digital signal to 90 degrees, and
Based on each phase output signal of the signal correction unit, an angle calculation unit that calculates a motor angle that is position information of the motor;
With
The phase correction value calculator is
Sine wave fitting means for fitting and outputting each phase digital signal to a sine waveform;
Phase difference calculation means for calculating the phase correction value based on each phase output of the sine wave fitting means;
Based on the angle data, the position of the motor where the phase difference of each phase analog signal changes is specified, and the phase correction value update determination means for updating and outputting the phase correction value at the specified position;
A position detector comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011090268A JP2012220476A (en) | 2011-04-14 | 2011-04-14 | Position detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011090268A JP2012220476A (en) | 2011-04-14 | 2011-04-14 | Position detector |
Publications (1)
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JP2012220476A true JP2012220476A (en) | 2012-11-12 |
Family
ID=47272117
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2011090268A Withdrawn JP2012220476A (en) | 2011-04-14 | 2011-04-14 | Position detector |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2012220476A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015132543A (en) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 株式会社神戸製鋼所 | Estimation device of phase and amplitude of periodic signal obtained from rotating machine |
-
2011
- 2011-04-14 JP JP2011090268A patent/JP2012220476A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015132543A (en) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | 株式会社神戸製鋼所 | Estimation device of phase and amplitude of periodic signal obtained from rotating machine |
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