JP2014122884A - Angle detector - Google Patents

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憲一 岸本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angle detector for detecting an angle of a resolver, that can stably detect an angle with high accuracy at all times.SOLUTION: An angle detector includes: two AD converters 103 and 104 for performing digital conversion of two resolver output signals at their respective predetermined sampling timings; a signal generation unit 11 for generating an excitation signal and a sampling signal for the sampling timings; a timing adjustment unit 102 for adjusting timings of the signals generated by the signal generation unit 11; an RD conversion unit 105 for calculating an angle of a resolver; and a vector length calculation unit 106 for calculating a vector length from output values of both of the AD converters 103 and 104. The timing adjustment unit 102 adjusts the timings so that the vector length becomes an extreme value.

Description

本発明は、1相励磁2相出力のレゾルバの角度検出装置に関するものである。   The present invention relates to a resolver angle detection device for one-phase excitation and two-phase output.

従来、主に産業分野、電装分野など、モータの角度位置を検出するための手段としてレゾルバがよく用いられる。   Conventionally, a resolver is often used as a means for detecting the angular position of a motor, mainly in the industrial field and electrical equipment field.

モータの軸に取り付けられたレゾルバによってモータの角度位置を検出し、その検出された角度位置によってモータを制御する構成例を図10に示す。   FIG. 10 shows a configuration example in which the angular position of the motor is detected by a resolver attached to the motor shaft, and the motor is controlled based on the detected angular position.

図10は、特許文献1に記載された従来のレゾルバの角度検出装置1102を示すブロック図である。レゾルバ20は、1相励磁2相出力の方式であり、モータ30の軸に取り付けられる。レゾルバ20は、A相、B相の2相の信号を出力する。角度検出装置1102は、この2相の信号からレゾルバの角度位置を検出し、サーボアンプ112に出力する。サーボアンプ112は、検出された角度位置に従い、モータ30の制御および駆動を行う。また、角度検出装置1102からは、励磁信号が出力され、バッファー回路111を経由してレゾルバ20を励磁する。   FIG. 10 is a block diagram showing a conventional resolver angle detection device 1102 described in Patent Document 1. In FIG. The resolver 20 is a one-phase excitation two-phase output method and is attached to the shaft of the motor 30. The resolver 20 outputs a two-phase signal of A phase and B phase. The angle detection device 1102 detects the angular position of the resolver from the two-phase signal and outputs it to the servo amplifier 112. The servo amplifier 112 controls and drives the motor 30 according to the detected angular position. Further, an excitation signal is output from the angle detection device 1102 and excites the resolver 20 via the buffer circuit 111.

次に、レゾルバの角度検出装置1102の内部の構成について説明する。角度検出装置1102は、アナログデジタルコンバータであるADコンバータ103、104を備えている。ADコンバータ103、104は、レゾルバ20の出力するA相、B相の各アナログ信号をそれぞれデジタル値に変換する。この変換するタイミングは、サンプリング信号生成部1107の出力するサンプリング信号に従う。ADコンバータ103、104によってデジタル値に変換されたA相、B相の信号は、RD変換部105において、レゾルバ20の角度位置を示す信号に変換され(一般にトラッキングループなどの方法が用いられる)る。この角度位置を示す信号は、インターフェイス処理部101を経由して、サーボアンプ112に出力される。サーボアンプ112は、検出されたレゾルバ20の角度位置すなわち、モータ30の角度位置に従い、モータ30の制御および駆動を行う。   Next, the internal configuration of the resolver angle detection device 1102 will be described. The angle detection device 1102 includes AD converters 103 and 104 that are analog-digital converters. The AD converters 103 and 104 convert the A-phase and B-phase analog signals output from the resolver 20 into digital values, respectively. The conversion timing follows the sampling signal output from the sampling signal generation unit 1107. The A-phase and B-phase signals converted into digital values by the AD converters 103 and 104 are converted into signals indicating the angular position of the resolver 20 in the RD conversion unit 105 (a method such as a tracking loop is generally used). . A signal indicating the angular position is output to the servo amplifier 112 via the interface processing unit 101. The servo amplifier 112 controls and drives the motor 30 according to the detected angular position of the resolver 20, that is, the angular position of the motor 30.

サンプリング信号生成部1107は、基準信号生成部108の出力する基準信号を元に位相を調整して、ADコンバータ103、104にサンプリング信号を出力する。また、励磁信号生成部109は、基準信号生成部108の出力する基準信号を元に励磁信号を生成して出力する。   The sampling signal generation unit 1107 adjusts the phase based on the reference signal output from the reference signal generation unit 108 and outputs the sampling signal to the AD converters 103 and 104. The excitation signal generator 109 generates and outputs an excitation signal based on the reference signal output from the reference signal generator 108.

図11(a)に、レゾルバ20の出力するA相、B相の各信号を示す。また、図11(b)に、基準信号生成部108の出力する基準信号を示す。サンプリング信号生成部1107は、この基準信号を元に位相を調整してサンプリング信号を出力する。この場合、時刻t92、t94にてレゾルバ20の出力するA相、B相の各信号の絶対値が最大となるので、このタイミングにおいて、サンプリング信号を出力する。ただし、A相、B相の各信号がゼロとなる時刻t91、t93を検出し、それに1周期の1/4に相当する時刻を加算して、時刻t92、t94を求める方法もある。このように、A相、B相の各信号の絶対値が、励磁信号の1周期中で最大となるタイミングにおいて、各信号をアナログデジタル変換することで、SN比の良い信号を得ることができ、レゾルバの角度位置を高精度に検出することができる。   FIG. 11A shows the A-phase and B-phase signals output from the resolver 20. FIG. 11B shows a reference signal output from the reference signal generation unit 108. The sampling signal generator 1107 adjusts the phase based on this reference signal and outputs a sampling signal. In this case, the absolute values of the A-phase and B-phase signals output from the resolver 20 are maximized at times t92 and t94, so that sampling signals are output at this timing. However, there is a method in which the times t92 and t94 are obtained by detecting times t91 and t93 at which the A phase and B phase signals become zero and adding a time corresponding to ¼ of one period to the detected times. In this way, a signal with a good S / N ratio can be obtained by analog-to-digital conversion of each signal at the timing when the absolute value of each of the A-phase and B-phase signals is maximized in one cycle of the excitation signal. The angular position of the resolver can be detected with high accuracy.

特開2011−33602号公報JP 2011-33602 A

しかしながら、上述の従来の構成では、A相、B相の各信号の最大値あるいは最小値を別々に検出しており、レゾルバの出力する信号は角度位置によって振幅変調される。このため、レゾルバの回転速度あるいは角度位置によっては、最大値あるいは最小値となるタイミングを精度よく検出することが難しいという課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, the maximum value or the minimum value of each of the A-phase and B-phase signals is detected separately, and the signal output from the resolver is amplitude-modulated according to the angular position. For this reason, depending on the rotational speed or angular position of the resolver, there is a problem that it is difficult to accurately detect the timing when the maximum value or the minimum value is reached.

すなわち、A相とB相とは角度位置における90度の位相差があるため、A相の信号が最大振幅となる角度位置のときB相の信号は最小振幅(一様にゼロあるいはゼロに近い振幅)となり、逆に、B相の信号が最大振幅のときA相の信号は最小振幅となる。このため、サンプリングタイミングの補正において、角度位置などによって最小振幅となった相の信号を利用してしまうと、例えばゼロクロス位置を精度よく検出できず、タイミングの精度も悪化してしまう。   That is, since the A phase and the B phase have a phase difference of 90 degrees in the angular position, the B phase signal has the minimum amplitude (uniformly zero or close to zero when the A phase signal has the maximum amplitude. Conversely, when the B phase signal has the maximum amplitude, the A phase signal has the minimum amplitude. For this reason, in the correction of the sampling timing, if a phase signal having a minimum amplitude due to an angular position or the like is used, for example, the zero-cross position cannot be detected accurately, and the timing accuracy also deteriorates.

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、レゾルバの回転速度あるいは角度位置に関わらず、A相、B相の各信号の最大値あるいは最小値を安定して精度よく検出し、温度変化あるいは経時変化が生じてもサンプリング信号のタイミングの補正が容易かつ確実とし、安定して精度のよい角度位置を検出することができる角度検出装置を提供することを目的とする。   The present invention solves such a conventional problem, and stably detects the maximum value or the minimum value of each signal of the A phase and the B phase irrespective of the rotational speed or the angular position of the resolver, An object of the present invention is to provide an angle detection device that can easily and surely correct the timing of a sampling signal even when a temperature change or a change with time occurs, and that can stably and accurately detect an angular position.

上記目的を達成するために、本発明の角度検出装置は、励磁信号が90度の位相差で振幅変調されたようにレゾルバから出力される第1のレゾルバ出力信号および第2のレゾルバ出力信号に基づいて、回転角度を検出する角度検出装置である。本角度検出装置は、第1のレゾルバ出力信号および第2のレゾルバ出力信号を、それぞれ所定のサンプリングタイミングでデジタル変換する第1のAD変換器および第2のAD変換器と、励磁信号と上記サンプリングタイミングのサンプリング信号とを生成して出力する信号生成部と、信号生成部で生成する信号のタイミング調整を行うタイミング調整部と、第1のAD変換器および第2のAD変換器のそれぞれの出力値からレゾルバの角度を算出する角度算出部と、第1のAD変換器および第2のAD変換器のそれぞれの出力値からベクトルの大きさを算出するベクトル長算出部とを備える。そして、本角度検出装置は、タイミング調整部がベクトルの大きさが極値となるようにタイミング調整を行う構成である。   In order to achieve the above object, the angle detection device of the present invention provides a first resolver output signal and a second resolver output signal output from a resolver so that the excitation signal is amplitude-modulated with a phase difference of 90 degrees. An angle detection device that detects a rotation angle based on the angle. The angle detection apparatus includes a first AD converter and a second AD converter that digitally convert a first resolver output signal and a second resolver output signal at predetermined sampling timings, an excitation signal, and the sampling signal. A signal generation unit that generates and outputs a timing sampling signal, a timing adjustment unit that adjusts timing of a signal generated by the signal generation unit, and outputs of each of the first AD converter and the second AD converter An angle calculator that calculates the angle of the resolver from the value, and a vector length calculator that calculates the magnitude of the vector from the output values of the first AD converter and the second AD converter. And this angle detection apparatus is a structure which a timing adjustment part performs timing adjustment so that the magnitude | size of a vector may become an extreme value.

さらに、本発明の角度検出装置は、タイミング調整部が、ベクトルの大きさが極値となるようにサンプリングタイミングのタイミング調整を行う構成である。   Furthermore, the angle detection device of the present invention is configured such that the timing adjustment unit adjusts the timing of the sampling timing so that the magnitude of the vector becomes an extreme value.

また、本発明の角度検出装置は、タイミング調整部が、ベクトルの大きさが極値となるように励磁信号の位相のタイミング調整を行う構成としてもよい。   In addition, the angle detection device of the present invention may be configured such that the timing adjustment unit adjusts the timing of the phase of the excitation signal so that the magnitude of the vector becomes an extreme value.

このような構成によって、ベクトル長算出部の出力値という単一の信号の最大あるいは最小となるタイミングのみを検出すればよいので、A相、B相という別々のレゾルバ出力信号の変化を検出する必要がない。これによって、A相、B相の各信号が最大となるタイミングを安定して精度よく検出できるので、サンプリング指令信号のタイミングの修正が容易かつ正確となり、温度変化あるいは経時変化なども含めてレゾルバの角度位置を常に安定して精度良く検出することができる。   With such a configuration, it is only necessary to detect the maximum or minimum timing of a single signal, which is the output value of the vector length calculation unit, so it is necessary to detect changes in separate resolver output signals of A phase and B phase. There is no. As a result, the timing at which each of the A phase and B phase signals becomes maximum can be detected stably and accurately, so that the timing of the sampling command signal can be easily and accurately corrected. The angular position can always be detected stably and accurately.

本発明の角度検出装置は、レゾルバの特性ばらつき、温度変化あるいは経時変化なども含めて自動的なタイミング調整が可能であり、常に安定して精度の良いレゾルバの角度位置検出が可能である。   The angle detection apparatus according to the present invention can automatically adjust the timing including variations in the characteristics of the resolver, temperature changes, changes with time, etc., and can always detect the angular position of the resolver stably and accurately.

本発明の実施の形態1におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図1 is a block diagram of a motor control device including a resolver angle detection device according to Embodiment 1 of the present invention. 同、角度検出装置の主要な信号の波形を示すタイミングチャートSame as above, timing chart showing main signal waveforms of angle detector 同、角度検出装置の他の構成例の場合の各信号の波形を示すタイミングチャートThe timing chart showing the waveform of each signal in the case of another configuration example of the angle detection device 同、角度検出装置の励磁信号生成部の詳細な構成を示すブロック図The block diagram which shows the detailed structure of the excitation signal generation part of an angle detection apparatus similarly 同、角度検出装置の励磁信号生成部における各信号の波形を示すタイミングチャートThe timing chart showing the waveform of each signal in the excitation signal generator of the angle detector 同、角度検出装置の励磁信号の振幅を最適値に調整する一例を説明するための図The figure for demonstrating an example which adjusts the amplitude of the excitation signal of an angle detection apparatus to an optimal value similarly A相、B相のいずれかの信号線が断線したときのベクトル長の最大値の変化を示す波形図Waveform diagram showing change in maximum value of vector length when signal line of either A phase or B phase is disconnected 本発明の実施の形態2におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図The block diagram of the motor control apparatus containing the angle detection apparatus of the resolver in Embodiment 2 of this invention 同、角度検出装置の主要な信号の波形を示すタイミングチャートSame as above, timing chart showing main signal waveforms of angle detector 従来におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図Block diagram of a motor control device including a conventional resolver angle detection device 従来の角度検出装置における各信号の波形を示すタイミングチャートTiming chart showing waveforms of signals in a conventional angle detector

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a motor control device including a resolver angle detection device according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、モータ制御装置100は、レゾルバ20を用いてモータ30の回転子の角度位置を検出する角度検出装置10を備えている。   As shown in FIG. 1, the motor control device 100 includes an angle detection device 10 that detects the angular position of the rotor of the motor 30 using a resolver 20.

図1において、レゾルバ20は、1相励磁2相出力の方式であり、モータ30に取り付けられる。レゾルバ20は、A相、B相の2相の信号を出力する。1相励磁2相出力の方式のレゾルバの構成の一例として、レゾルバ20は、図1に模式的に示すように、励磁コイル21と、2つの検出コイル22、23とを備えている。励磁コイル21は、回転部26に配置され、この回転部26がモータ30の回転子や回転軸と接続される。さらに、励磁コイル21には、励磁信号が供給される。一方、検出コイル22、23は、例えば互いに90度だけ配置角度が異なるように固定部25に配置される。レゾルバ20のこのような構成により、モータ30の回転に従って、励磁信号が供給されている励磁コイル21も回転する。そして、検出コイル22、23からは、励磁信号が電磁誘導されることで生じる信号が出力される。ここで、励磁コイル21と検出コイル22とが平行な位置関係のとき、検出コイル22からは最大振幅の信号が出力される。このとき、励磁コイル21と検出コイル23とは直交する位置関係となるため、検出コイル23からは最小振幅(一様にゼロあるいはゼロに近い振幅)の信号が出力される。そして、回転位置に応じながら、検出コイル22および検出コイル23からは、回転位置に対応した振幅の信号が出力される。すなわち、レゾルバ20がこのように動作することで、レゾルバ20からは、励磁信号が90度の位相差で振幅変調されたように、検出コイル22からA相信号vaが出力され、検出コイル23からB相信号vbが出力される。なお、励磁信号としては、例えば周波数を10KHzとするような正弦波信号が一般的に利用される。   In FIG. 1, the resolver 20 is a one-phase excitation two-phase output method and is attached to a motor 30. The resolver 20 outputs a two-phase signal of A phase and B phase. As an example of the configuration of a one-phase excitation two-phase output type resolver, the resolver 20 includes an excitation coil 21 and two detection coils 22 and 23 as schematically shown in FIG. The exciting coil 21 is disposed in the rotating unit 26, and the rotating unit 26 is connected to a rotor and a rotating shaft of the motor 30. Further, an excitation signal is supplied to the excitation coil 21. On the other hand, the detection coils 22 and 23 are arrange | positioned at the fixing | fixed part 25 so that an arrangement | positioning angle may mutually differ only 90 degree | times, for example. With such a configuration of the resolver 20, the excitation coil 21 to which the excitation signal is supplied rotates as the motor 30 rotates. The detection coils 22 and 23 output signals generated by electromagnetic induction of excitation signals. Here, when the excitation coil 21 and the detection coil 22 are in a parallel positional relationship, a signal having a maximum amplitude is output from the detection coil 22. At this time, since the excitation coil 21 and the detection coil 23 are in a positional relationship orthogonal to each other, the detection coil 23 outputs a signal having a minimum amplitude (uniformly zero or an amplitude close to zero). A signal having an amplitude corresponding to the rotational position is output from the detection coil 22 and the detection coil 23 according to the rotational position. That is, when the resolver 20 operates in this way, the A-phase signal va is output from the detection coil 22 and the detection coil 23 outputs the amplitude signal from the resolver 20 so that the excitation signal is amplitude-modulated with a phase difference of 90 degrees. A B-phase signal vb is output. As the excitation signal, for example, a sine wave signal having a frequency of 10 KHz is generally used.

レゾルバ20から出力される第1のレゾルバ出力信号としてのA相信号va、および第2のレゾルバ出力信号としてのB相信号vbは、角度検出装置10に供給される。角度検出装置10は、この2相の信号からレゾルバ20の角度位置、すなわちモータ30の回転子の回転角度である角度位置を検出し、検出した角度位置に応じた信号をサーボアンプ112に出力する。サーボアンプ112は、検出された角度位置に従い、モータ30の回転制御および駆動を行う。また、角度検出装置10からは、励磁信号scが出力され、バッファー回路111を経由してレゾルバ20の励磁コイル21を励磁する。   The A-phase signal va as the first resolver output signal output from the resolver 20 and the B-phase signal vb as the second resolver output signal are supplied to the angle detection device 10. The angle detection device 10 detects the angular position of the resolver 20, that is, the angular position that is the rotation angle of the rotor of the motor 30 from the two-phase signals, and outputs a signal corresponding to the detected angular position to the servo amplifier 112. . The servo amplifier 112 performs rotation control and driving of the motor 30 according to the detected angular position. Further, an excitation signal sc is output from the angle detection device 10 to excite the excitation coil 21 of the resolver 20 via the buffer circuit 111.

次に、角度検出装置10の内部の構成について説明する。角度検出装置10は、図1に示すように、第1のAD変換器であるアナログデジタルコンバータ(以下、ADコンバータと記す)103と、第2のAD変換器であるADコンバータ104と、角度算出部であるRD変換部105と、ベクトル長算出部106と、タイミング調整部102と、インターフェイス処理部(以下、I/F処理部と記す)101と、信号生成部11とを備えている。   Next, the internal configuration of the angle detection device 10 will be described. As shown in FIG. 1, the angle detection apparatus 10 includes an analog-digital converter (hereinafter referred to as an AD converter) 103 that is a first AD converter, an AD converter 104 that is a second AD converter, and an angle calculation. RD conversion unit 105, vector length calculation unit 106, timing adjustment unit 102, interface processing unit (hereinafter referred to as I / F processing unit) 101, and signal generation unit 11.

ADコンバータ103、104は、所定のサンプリングタイミングで、レゾルバ20の出力するA相信号va、B相信号vbの各アナログ信号をそれぞれデジタル値に変換する。また、信号生成部11は、励磁コイル21を励磁するための励磁信号scとともに、ADコンバータ103、104へ供給するサンプリング信号fsを生成する。ADコンバータ103、104は、このサンプリング信号fsが示すサンプリングタイミングでデジタル変換する。ADコンバータ103、104によってデジタル値に変換された信号は、RD変換部105、所謂、レゾルバ−デジタル変換部と呼称されるものに供給される。RD変換部105は、ADコンバータ103、104のそれぞれの出力値を用いて、レゾルバ20の角度位置を示す角度検出信号agに変換し(一般にトラッキングループなどの方法が用いられる)、これによってレゾルバ20の角度が算出される。この角度検出信号agは、角度検出装置10とサーボアンプ112とのインターフェイスを行うインターフェイス処理部101を経由して、サーボアンプ112に出力される。サーボアンプ112は、検出されたレゾルバ20の角度位置、すなわちモータ30の角度位置に従い、モータ30の制御および駆動を行う。   The AD converters 103 and 104 convert the analog signals of the A-phase signal va and B-phase signal vb output from the resolver 20 into digital values, respectively, at a predetermined sampling timing. In addition, the signal generator 11 generates a sampling signal fs to be supplied to the AD converters 103 and 104 together with the excitation signal sc for exciting the excitation coil 21. The AD converters 103 and 104 perform digital conversion at the sampling timing indicated by the sampling signal fs. The signals converted into digital values by the AD converters 103 and 104 are supplied to an RD converter 105, what is called a so-called resolver-digital converter. The RD conversion unit 105 converts each of the output values of the AD converters 103 and 104 into an angle detection signal ag indicating the angular position of the resolver 20 (generally, a method such as a tracking loop is used), and thereby the resolver 20 Is calculated. The angle detection signal ag is output to the servo amplifier 112 via the interface processing unit 101 that interfaces the angle detection device 10 and the servo amplifier 112. The servo amplifier 112 controls and drives the motor 30 according to the detected angular position of the resolver 20, that is, the angular position of the motor 30.

また、信号生成部11は、基準信号生成部108と、サンプリング信号生成部107と、励磁信号生成部109とを備えている。基準信号生成部108は、一般的にクロック信号と呼ばれるような所定の周波数の正弦波や矩形波を生成する発振器を有している。基準信号生成部108は、さらに、この発振器からの信号を用いて、基準タイミングとするような基準信号ssを生成して出力する。信号生成部11は、この基準信号ssに基づいて各種の信号を生成している。すなわち、サンプリング信号生成部107は、基準信号生成部108の出力する基準信号ssを元に位相を調整してサンプリング信号fsを生成し、ADコンバータ103、104にサンプリング信号fsを出力する。また、励磁信号生成部109は、基準信号生成部108の出力する基準信号ssを元に、励磁信号scを生成して出力する。   The signal generation unit 11 includes a reference signal generation unit 108, a sampling signal generation unit 107, and an excitation signal generation unit 109. The reference signal generation unit 108 includes an oscillator that generates a sine wave or rectangular wave having a predetermined frequency, which is generally called a clock signal. The reference signal generation unit 108 further generates and outputs a reference signal ss with reference timing using the signal from the oscillator. The signal generator 11 generates various signals based on the reference signal ss. That is, the sampling signal generation unit 107 adjusts the phase based on the reference signal ss output from the reference signal generation unit 108 to generate the sampling signal fs, and outputs the sampling signal fs to the AD converters 103 and 104. The excitation signal generation unit 109 generates and outputs an excitation signal sc based on the reference signal ss output from the reference signal generation unit 108.

信号生成部11の具体的な一例として、信号生成部11を次のように構成すればよい。基準信号生成部108は、10MHzの信号の発振器とともに、この発振信号を分周するカウンタを有している。このような発振信号を1000分の1に分周することで、10KHzの信号が得られる。基準信号生成部108は、この10KHzの信号を基準信号ssとして励磁信号生成部109に供給する。励磁信号生成部109は、この基準信号ssを利用して、10KHzの正弦波信号を生成し、励磁信号scとして出力する。一方、サンプリング信号生成部107は、基準信号ssを利用して、その整数倍の周波数の信号を生成する。例えば、基準信号ssの4倍となる40KHzのサンプリング信号fsとすることで、ADコンバータ103、104は、10KHzのA相信号va、B相信号vbに対し、1周期あたり4サンプル分をサンプリングする。なお、これらの周波数などは一例であり、適宜変更してよい。   As a specific example of the signal generation unit 11, the signal generation unit 11 may be configured as follows. The reference signal generator 108 includes a 10 MHz signal oscillator and a counter that divides the oscillation signal. By dividing such an oscillation signal by 1/1000, a signal of 10 kHz can be obtained. The reference signal generation unit 108 supplies the 10 KHz signal to the excitation signal generation unit 109 as the reference signal ss. The excitation signal generation unit 109 generates a 10 KHz sine wave signal using the reference signal ss and outputs it as an excitation signal sc. On the other hand, the sampling signal generation unit 107 generates a signal having a frequency that is an integral multiple of the reference signal ss. For example, by setting the sampling signal fs at 40 KHz, which is four times the reference signal ss, the AD converters 103 and 104 sample four samples per cycle with respect to the A-phase signal va and B-phase signal vb at 10 KHz. . Note that these frequencies are examples, and may be changed as appropriate.

さらに、角度検出装置10は、サンプリング信号fsのサンプリングタイミング、すなわちサンプリング信号fsのサンプリング位相を、適切な位相に設定するために、ベクトル長算出部106とタイミング調整部102とを備えている。ベクトル長算出部106は、ADコンバータ103、104のそれぞれの出力値からベクトルの大きさを算出し、算出した大きさをベクトル長値vlとして出力する。タイミング調整部102は、ベクトル長算出部106から供給されたベクトル長値vlに基づき、ベクトル長値vlが極値となるように、サンプリング信号生成部107で生成するサンプリング信号fsのタイミング調整を行う。すなわち、タイミング調整部102は、ベクトル長値vlが最大値あるいは最小値となるように、サンプリング信号生成部107に対して位相調整信号dpを出力し、サンプリング信号fsのサンプリング位相を制御する。例えば、ベクトル長値vlが最大値となるように制御する場合、タイミング調整部102は、サンプリング信号fsの位相を例えば遅れ方向へ変化させ、このとき、ベクトル長値vlが小さくなるようならば、進み方向へと変化させる。逆に、ベクトル長値vlが大きくなるようならば、さらに遅れ方向へと変化させる。タイミング調整部102がこのような制御を順次繰り返すことで、ベクトル長値vlが最大値となるサンプリング位相へと収束する。そして、このようなベクトル長値vlが最大値となるサンプリングタイミングで、サンプリング信号fsがADコンバータ103、104に供給される。すなわち、本実施の形態では、ADコンバータ103、104とベクトル長算出部106とタイミング調整部102とサンプリング信号生成部107とによって、ベクトル長値vlが極値となるように、サンプリング信号fsをフィードバック位相制御する位相制御ループを構成している。また、本実施の形態では、ベクトル長算出部106で算出したベクトル長値vlを用いてこのような位相制御ループを構成することで、サンプリング信号fsの安定化とともに、安定かつ精度よい角度位置の検出を図っている。   Furthermore, the angle detection apparatus 10 includes a vector length calculation unit 106 and a timing adjustment unit 102 in order to set the sampling timing of the sampling signal fs, that is, the sampling phase of the sampling signal fs, to an appropriate phase. The vector length calculation unit 106 calculates the magnitude of the vector from the output values of the AD converters 103 and 104, and outputs the calculated magnitude as a vector length value vl. Based on the vector length value vl supplied from the vector length calculation unit 106, the timing adjustment unit 102 adjusts the timing of the sampling signal fs generated by the sampling signal generation unit 107 so that the vector length value vl becomes an extreme value. . That is, the timing adjustment unit 102 outputs the phase adjustment signal dp to the sampling signal generation unit 107 so that the vector length value vl becomes the maximum value or the minimum value, and controls the sampling phase of the sampling signal fs. For example, when controlling the vector length value vl to be the maximum value, the timing adjustment unit 102 changes the phase of the sampling signal fs in the delay direction, for example, and if the vector length value vl becomes small at this time, Change the direction. Conversely, if the vector length value vl increases, the vector length value vl is further changed in the delay direction. The timing adjustment unit 102 sequentially repeats such control so that the vector length value vl converges to the sampling phase where the vector length value vl becomes the maximum value. The sampling signal fs is supplied to the AD converters 103 and 104 at the sampling timing at which the vector length value vl becomes the maximum value. That is, in this embodiment, the AD converters 103 and 104, the vector length calculation unit 106, the timing adjustment unit 102, and the sampling signal generation unit 107 feed back the sampling signal fs so that the vector length value vl becomes an extreme value. A phase control loop for phase control is configured. Further, in the present embodiment, by configuring such a phase control loop using the vector length value vl calculated by the vector length calculation unit 106, the sampling signal fs is stabilized and the angular position of the angle is stable and accurate. Detection is planned.

なお、以上の説明では、RD変換部105、ベクトル長算出部106、タイミング調整部102、インターフェイス処理部101は個別の機能ブロックとして説明したが、これらデジタル値の処理を行うブロックに関しては、マイコンなどのプログラム実行による処理で行ってもよい。   In the above description, the RD conversion unit 105, the vector length calculation unit 106, the timing adjustment unit 102, and the interface processing unit 101 have been described as individual functional blocks. However, with respect to these digital value processing blocks, a microcomputer or the like is used. You may carry out by the process by this program execution.

以上のように構成されたモータ制御装置100におけるレゾルバ20の角度検出装置10について、以下にその動作、作用を説明する。   The operation | movement and effect | action are demonstrated below about the angle detection apparatus 10 of the resolver 20 in the motor control apparatus 100 comprised as mentioned above.

図2は、本発明の実施の形態1における角度検出装置10の主要な信号の波形を示すタイミングチャートである。図2において、図2(a)はA相信号vaとB相信号vbとの波形、図2(b)はベクトル長値vlを示す波形、図2(c)は基準信号ssの波形、図2(d)はサンプリング信号fsの波形の一例を示している。また、図2の左側は、レゾルバ20の角度位置θがθ0となる時刻近辺において、励磁信号scの略1周期半の期間の各波形を示している。そして、図2の右側は、角度位置θがθ1となる時刻近辺において、励磁信号scの略1周期半の期間の各波形を示している。レゾルバにおけるA相、B相の各信号は一般に知られているように、レゾルバ内部において、励磁信号sc(=sinωt)を振幅変調した信号となるが、互いに90度の位相差で振幅変調される。このため、図2(a)に例示するように、角度位置θがθ0となる時刻近辺では、A相信号vaの振幅の方がB相信号vbよりも大きく、時間の経過に伴って、角度位置θがθ1なる時刻近辺になると、B相信号vbの振幅の方がA相信号vaよりも大きくなる。A相信号vaとB相信号vbとは、このように、励磁信号scに応じた変化とともに、角度位置θに応じても、角度位置として90度の位相差を互いに保持しながら変化する。 FIG. 2 is a timing chart showing main signal waveforms of the angle detection apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention. 2A is a waveform of the A phase signal va and the B phase signal vb, FIG. 2B is a waveform indicating the vector length value vl, FIG. 2C is a waveform of the reference signal ss, and FIG. 2 (d) shows an example of the waveform of the sampling signal fs. Further, the left side of FIG. 2 shows each waveform in a period of approximately one and a half cycles of the excitation signal sc near the time when the angular position θ of the resolver 20 becomes θ 0 . The right side of FIG. 2 shows each waveform in the period of approximately one and a half cycles of the excitation signal sc near the time when the angular position θ is θ 1 . As is generally known, each signal of the A phase and B phase in the resolver is a signal obtained by amplitude-modulating the excitation signal sc (= sin ωt) inside the resolver, but is amplitude-modulated with a phase difference of 90 degrees from each other. . For this reason, as illustrated in FIG. 2A, the amplitude of the A-phase signal va is larger than that of the B-phase signal vb near the time when the angular position θ becomes θ 0, and as time passes, Near the time when the angular position θ is θ 1, the amplitude of the B-phase signal vb is larger than that of the A-phase signal va. As described above, the A-phase signal va and the B-phase signal vb change in accordance with the excitation signal sc as well as the angular position θ while maintaining a phase difference of 90 degrees as the angular position.

これより、レゾルバ20の角度位置をθとすると、A相信号vaは、Asinθsinωt、B相信号vbは、Acosθsinωtで表せる。ここで、AsinθとAcosθとは、信号の振幅を意味し、互いに90度の位相差となる。すなわち、A相信号vaは、(sinωt)の励磁信号scがAsinθで振幅変調され、B相信号vbは、(sinωt)の励磁信号scがAcosθで振幅変調されたような信号となる。特に、A相信号vaの振幅の絶対値が最大、すなわち”A”のとき、B相信号vbの振幅はゼロとなり、B相信号vbの振幅の絶対値が最大、すなわち”A”のとき、A相信号vaの振幅はゼロとなる。   Thus, if the angular position of the resolver 20 is θ, the A-phase signal va can be expressed as Asinθsinωt, and the B-phase signal vb can be expressed as Acosθsinωt. Here, Asinθ and Acosθ mean the amplitude of the signal, which is a phase difference of 90 degrees. That is, the A-phase signal va is a signal in which the excitation signal sc of (sin ωt) is amplitude-modulated by Asin θ, and the B-phase signal vb is a signal in which the excitation signal sc of (sin ωt) is amplitude-modulated by Acos θ. In particular, when the absolute value of the amplitude of the A phase signal va is maximum, that is, “A”, the amplitude of the B phase signal vb is zero, and when the absolute value of the amplitude of the B phase signal vb is maximum, that is, “A”, The amplitude of the A phase signal va is zero.

RD変換部105は、A相信号vaの振幅Asinθに対応したADコンバータ103の出力値、およびB相信号vbの振幅Acosθに対応したADコンバータ104の出力値から、両出力値の比、すなわち(Asinθ/Acosθ)に対応した値を求める。さらに、RD変換部105は、この値の逆正接(arcTan)を求めることで、レゾルバ20の角度位置θを算出している。   The RD conversion unit 105 calculates the ratio of both output values from the output value of the AD converter 103 corresponding to the amplitude Asinθ of the A-phase signal va and the output value of the AD converter 104 corresponding to the amplitude Acosθ of the B-phase signal vb, that is, ( A value corresponding to (Asin θ / A cos θ) is obtained. Further, the RD conversion unit 105 calculates the angular position θ of the resolver 20 by obtaining an arc tangent (arcTan) of this value.

また、A相信号va、B相信号vbは、互いに90度の位相差で振幅変調されるので、この2つの信号をベクトルと考えると、ベクトルの大きさであるベクトル長は次式の平方根となる。   Further, since the A-phase signal va and the B-phase signal vb are amplitude-modulated with a phase difference of 90 degrees, when these two signals are considered as vectors, the vector length, which is the magnitude of the vector, is the square root of the following equation: Become.

(Asinθsinωt)2+(Acosθsinωt)2=(Asinωt)2
すなわち、ベクトル長は|Asinωt|(Asinωtの絶対値)となる。これを図2(b)に示す。
(Asin θ sin ωt) 2 + (A cos θ sin ωt) 2 = (Asin ωt) 2
That is, the vector length is | Asinωt | (the absolute value of Asinωt). This is shown in FIG.

レゾルバ20の角度位置θが変化すると、上述のように、A相信号va、B相信号vbは、その振幅も変化する。これに対し、前述のベクトル長は、図2(b)に示すように、レゾルバ20の角度位置θによらず常に一定の振幅、すなわち振幅”A”であり、かつ基準信号ssおよびA相信号va、B相信号vbに同期した信号となる。従って、レゾルバ20が回転中であっても、ベクトル長が最大あるいは最小となるタイミングを正確に検出することは容易であり、かつ、これによってサンプリング信号生成部107の出力するサンプリング信号fsの最適なタイミングを決定することができる。   When the angular position θ of the resolver 20 changes, the amplitudes of the A-phase signal va and the B-phase signal vb also change as described above. On the other hand, as shown in FIG. 2B, the vector length described above is always a constant amplitude regardless of the angular position θ of the resolver 20, that is, the amplitude “A”, and the reference signal ss and the A phase signal. The signals are synchronized with the va and B phase signals vb. Therefore, even when the resolver 20 is rotating, it is easy to accurately detect the timing at which the vector length is maximum or minimum, and the optimum sampling signal fs output from the sampling signal generator 107 is thereby detected. Timing can be determined.

すなわち、図2に示す状態であれば、例えば時刻t1およびt3にてベクトル長が最大となり、このタイミングでサンプリング信号fsを出力することで、A相、B相のアナログデジタル変換において、最もSN比の良いサンプリング信号fsが得られる。結果として、SN比の良いレゾルバ20の角度位置検出の信号が得られる。また、ベクトル長が最小となる例えば時刻t2およびt4を検出することによっても、1/4周期ずらすことで、時刻t1およびt3にてサンプリング信号fsを出力することは容易である。   That is, in the state shown in FIG. 2, for example, the vector length becomes maximum at times t1 and t3, and by outputting the sampling signal fs at this timing, the S / N ratio is the highest in A-phase and B-phase analog-digital conversion. A good sampling signal fs. As a result, a signal for detecting the angular position of the resolver 20 with a good SN ratio is obtained. Also, for example, by detecting times t2 and t4 at which the vector length is minimum, it is easy to output the sampling signal fs at times t1 and t3 by shifting the period by 1/4.

このように、本実施の形態では角度位置θに依存しないベクトル長を利用してサンプリングタイミングを補正するような構成とし、これによって、A相、B相の信号でサンプリングタイミングを補正するような構成に比べて、より精度良く補正量を得ている。そして、本実施の形態では、精度良く求めた補正量を用いてサンプリング信号fsを生成し、SN比の良い角度検出信号agを得ている。   As described above, in this embodiment, the sampling timing is corrected using the vector length independent of the angular position θ, and the sampling timing is corrected using the A-phase and B-phase signals. Compared to, the correction amount is obtained with higher accuracy. In the present embodiment, the sampling signal fs is generated using the correction amount obtained with high accuracy, and the angle detection signal ag having a good SN ratio is obtained.

次に、このようなサンプリングタイミングを補正するための、本実施の形態におけるサンプリング信号fsの位相を調整する構成および動作について説明する。   Next, a configuration and operation for adjusting the phase of the sampling signal fs in the present embodiment for correcting such sampling timing will be described.

基準信号生成部108の出力する基準信号ssを図2(c)に示す。図2(c)に例示するような波形の基準信号ssは、例えば、基準信号生成部108が備えた発振器のクロック信号などをカウンタでカウントし、カウンタ出力をDAコンバータでアナログ信号に変換することで生成できる。より具体的には、例えば、10MHzのクロック信号をカウンタで1000クロック分のカウントを繰り返すことで、10KHzで図2(c)に示すような波形となる基準信号ssが得られる。   The reference signal ss output from the reference signal generation unit 108 is shown in FIG. The reference signal ss having a waveform as illustrated in FIG. 2C is obtained by, for example, counting a clock signal of an oscillator provided in the reference signal generation unit 108 with a counter and converting the counter output into an analog signal with a DA converter. Can be generated. More specifically, for example, a reference signal ss having a waveform as shown in FIG. 2C can be obtained at 10 KHz by repeating counting of a clock signal of 10 MHz for 1000 clocks with a counter.

励磁信号sc(=sinωt)は、このような基準信号ssを元に励磁信号生成部109において生成された後、バッファー回路111を経由してレゾルバ20に入力される。従って、基準信号ssとA相信号va、B相信号vbとの位相関係は、基準信号ssからADコンバータ103、104によってデジタル値に変換されるまでの伝達過程における位相遅れ、遅延などによって影響を受ける。しかも、位相遅れは、温度変化、経時変化によっても影響を受ける可能性があるため、位相の調整が必要となる。図2では、基準信号ssが大きく変化する立下りの時刻t0や時刻t10を基準として励磁信号scの振幅が最大となるとき、A相信号vaやB相信号vbが時刻t1や時刻t11まで位相遅れが生じた場合を示している。そして、このような位相の遅れたタイミングでAD変換すると、図2(b)に示すようなベクトル長値vlの最大値からずれた値を取り込むことになり、上述のようにSN比の劣化を招く。   The excitation signal sc (= sin ωt) is generated by the excitation signal generation unit 109 based on such a reference signal ss and then input to the resolver 20 via the buffer circuit 111. Therefore, the phase relationship between the reference signal ss and the A-phase signal va and B-phase signal vb is influenced by the phase delay, delay, etc. in the transmission process from the reference signal ss to the digital value converted by the AD converters 103 and 104. receive. In addition, the phase lag may be affected by temperature changes and changes with time, so that phase adjustment is required. In FIG. 2, when the amplitude of the excitation signal sc is maximized with respect to the falling time t0 and time t10 when the reference signal ss changes significantly, the A-phase signal va and B-phase signal vb are in phase until the time t1 and time t11. The case where a delay occurs is shown. When AD conversion is performed at such a phase-delayed timing, a value shifted from the maximum value of the vector length value vl as shown in FIG. 2B is taken in, and the SN ratio is deteriorated as described above. Invite.

本実施の形態では、このような位相遅れによる影響を抑制するため、タイミング調整部102がサンプリング信号生成部107によって生成されるサンプリング信号fsの位相を調整している。   In the present embodiment, the timing adjustment unit 102 adjusts the phase of the sampling signal fs generated by the sampling signal generation unit 107 in order to suppress the influence due to such phase delay.

図2(d)では、サンプリング信号生成部107が生成するサンプリング信号fsの一例を示している。ここでは、基準信号ssの1周期中に4回サンプリングするような一例を示している。   FIG. 2D shows an example of the sampling signal fs generated by the sampling signal generation unit 107. Here, an example is shown in which sampling is performed four times during one cycle of the reference signal ss.

図2に示すように、タイミング調整部102は、位相補正量DPとなるような位相調整信号dpをサンプリング信号生成部107に供給している。このため、ADコンバータ103、104は、A相信号va、B相信号vbの最大値をサンプリングするような位相で両信号を取り込む。そして、本実施の形態では、ベクトル長算出部106で算出したベクトル長値vlを用いて、このベクトル長値vlが最大値となるサンプリングタイミングを生成している。なお、本実施の形態では、上述のようにフィードバック位相制御する位相制御ループによって、最大値となるベクトル長値vlをサンプリングしている。また、上述のように、ベクトル長値vlが最小値となるサンプリングタイミングを生成する位相制御ループであってもよい。   As shown in FIG. 2, the timing adjustment unit 102 supplies a phase adjustment signal dp that is a phase correction amount DP to the sampling signal generation unit 107. For this reason, the AD converters 103 and 104 capture both signals in such a phase as to sample the maximum values of the A-phase signal va and the B-phase signal vb. In this embodiment, the vector length value vl calculated by the vector length calculation unit 106 is used to generate a sampling timing at which the vector length value vl becomes the maximum value. In the present embodiment, the vector length value vl that is the maximum value is sampled by the phase control loop that performs feedback phase control as described above. Further, as described above, it may be a phase control loop that generates a sampling timing at which the vector length value vl becomes the minimum value.

このように、サンプリング信号生成部107は、ベクトル長算出部106の出力信号からサンプリング信号fsの最適なタイミングを決定するような構成としているので、基準信号ssに対するサンプリング信号fsの位相を自動的に調整することができ、結果としてSN比の良いレゾルバ20の角度検出信号agが得られる。   Thus, since the sampling signal generation unit 107 is configured to determine the optimum timing of the sampling signal fs from the output signal of the vector length calculation unit 106, the phase of the sampling signal fs with respect to the reference signal ss is automatically set. As a result, the angle detection signal ag of the resolver 20 having a good SN ratio can be obtained.

すなわち、図1に示す構成によって、常に安定かつ高精度にレゾルバ20の角度検出を行うことができる。   That is, with the configuration shown in FIG. 1, the angle detection of the resolver 20 can always be performed stably and with high accuracy.

なお、上述の説明において、ベクトル長の計算は、通常、平方根の演算が必要となるが、処理時間などの関係から平方根の演算を省略しても良い。図3は、平方根の演算を省略した場合のタイミングチャートであり、図3(b)に平方根の演算を省略した場合を示す。なお、図3(a)、(c)は、それぞれ図2(a)、(c)と同じである。すなわち、(A相2+B相2)の最大値あるいは最小値となるタイミングを検出しても結果は上述の構成と同一となる。 In the above description, the calculation of the vector length usually requires the calculation of the square root, but the calculation of the square root may be omitted because of the processing time and the like. FIG. 3 is a timing chart when the square root calculation is omitted, and FIG. 3B shows the case where the square root calculation is omitted. 3A and 3C are the same as FIGS. 2A and 2C, respectively. That is, even if the timing at which the maximum value or the minimum value of (A phase 2 + B phase 2 ) is detected, the result is the same as the above-described configuration.

次に、上述の励磁信号生成部109の構成例について説明する。図4は、励磁信号生成部109の一構成例を示すブロック図である。また、図5は、励磁信号生成部109の各信号の波形を示すタイミングチャートである。   Next, a configuration example of the excitation signal generation unit 109 described above will be described. FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the excitation signal generation unit 109. FIG. 5 is a timing chart showing the waveform of each signal of the excitation signal generator 109.

図4に示すように、励磁信号生成部109は、矩形波パルス生成部191と、振幅調整部192と、スイッチトキャパシタフィルタ193とを備えている。矩形波パルス生成部191は、図5(a)に示す基準信号ssを入力して図5(b)に示す矩形波パルスを出力する。振幅調整部192は、図5(b)に示す矩形波パルスを入力して振幅を設定された所定の比率で減衰させて出力する。この信号を図5(c)に示す。振幅調整部192は、具体的には電子ボリュームなどのデバイスによって実現可能である。スイッチトキャパシタフィルタ193は、急峻なローパスフィルタの特性を有す。スイッチトキャパシタフィルタ193は、振幅調整部192の出力するパルス信号を入力し、高調波を大幅に減衰させることで、基本波である正弦波に変換して出力する。この信号が図5(d)に示すような励磁信号scとして出力される。この場合、スイッチトキャパシタフィルタ193のカットオフ周波数は、これに入力されるスイッチトキャパシタフィルタ制御用のクロック信号sckの周波数によって決定される。ここで、高調波を効果的に減衰させるためには、基本波の周波数よりも若干大きい値、例えば、基本波周波数の1.2倍程度に設定する必要がある。   As shown in FIG. 4, the excitation signal generation unit 109 includes a rectangular wave pulse generation unit 191, an amplitude adjustment unit 192, and a switched capacitor filter 193. The rectangular wave pulse generator 191 receives the reference signal ss shown in FIG. 5A and outputs a rectangular wave pulse shown in FIG. The amplitude adjusting unit 192 receives the rectangular wave pulse shown in FIG. 5B, attenuates the amplitude at a set predetermined ratio, and outputs the attenuated. This signal is shown in FIG. Specifically, the amplitude adjustment unit 192 can be realized by a device such as an electronic volume. The switched capacitor filter 193 has a steep low-pass filter characteristic. The switched capacitor filter 193 receives the pulse signal output from the amplitude adjustment unit 192, significantly attenuates the harmonics, and converts it into a sine wave that is a fundamental wave and outputs it. This signal is output as an excitation signal sc as shown in FIG. In this case, the cut-off frequency of the switched capacitor filter 193 is determined by the frequency of the clock signal sck for controlling the switched capacitor filter input thereto. Here, in order to attenuate the harmonics effectively, it is necessary to set a value slightly larger than the fundamental frequency, for example, about 1.2 times the fundamental frequency.

逆に、この性質を応用すると、励磁信号scの周波数を切り替えたい場合、基準信号ssの周波数を切り替えると同時に、スイッチトキャパシタフィルタ193に入力されるクロック信号sckの周波数も比例的に切り替えることで、励磁信号の周波数の切り替えが容易に実現できる。   Conversely, when this property is applied, when the frequency of the excitation signal sc is to be switched, the frequency of the reference signal ss is switched, and at the same time, the frequency of the clock signal sck input to the switched capacitor filter 193 is also switched proportionally. Switching of the excitation signal frequency can be easily realized.

さらに、振幅調整部192の減衰率の設定を変化させることで、励磁信号scの振幅調整が可能である。例えば、ベクトル長算出部106の出力の最大値(図2における時刻t1およびt3)が所定の値になるように、振幅調整部192の減衰率の設定を変化させることで、励磁信号scの振幅を最適値に調整することが可能である。一般には、ADコンバータ103、104に入力されるA相信号vaおよびB相信号vbの振幅がADコンバータ103、104の入力レンジをオーバーしないように、なおかつ、できるだけ振幅が大きくなるように励磁信号scの振幅を調整することで、SN比の良い、高精度な角度検出の動作が可能となる。   Furthermore, the amplitude of the excitation signal sc can be adjusted by changing the setting of the attenuation rate of the amplitude adjusting unit 192. For example, the amplitude of the excitation signal sc is changed by changing the setting of the attenuation rate of the amplitude adjustment unit 192 so that the maximum value (time t1 and t3 in FIG. 2) of the output of the vector length calculation unit 106 becomes a predetermined value. Can be adjusted to an optimum value. In general, the excitation signals sc so that the amplitudes of the A-phase signal va and the B-phase signal vb input to the AD converters 103 and 104 do not exceed the input range of the AD converters 103 and 104 and are as large as possible. By adjusting the amplitude of, an angle detection operation with a good SN ratio and high accuracy becomes possible.

図6は、励磁信号scの振幅を最適値に調整する一例を説明するための図である。図6では、電源投入時の初期調整の過程において、振幅調整部192の減衰率の設定を変化させ励磁信号scの振幅を最適値に調整した場合の例であり、ベクトル長の最大値の変化を示している。時刻t30から励磁信号scの振幅を増大させ、時刻t31にてベクトル長の最大値が適正値となったために、そこで振幅調整部192の減衰率の調整を終了し、励磁信号の振幅を固定としている。   FIG. 6 is a diagram for explaining an example of adjusting the amplitude of the excitation signal sc to an optimum value. FIG. 6 shows an example in which the setting of the attenuation rate of the amplitude adjusting unit 192 is changed and the amplitude of the excitation signal sc is adjusted to an optimum value in the process of initial adjustment at power-on, and the change in the maximum value of the vector length is shown. Is shown. Since the amplitude of the excitation signal sc is increased from the time t30 and the maximum value of the vector length becomes an appropriate value at the time t31, the adjustment of the attenuation rate of the amplitude adjusting unit 192 is ended and the amplitude of the excitation signal is fixed. Yes.

この初期調整の過程において、ベクトル長の最大値が適正値に調整できなかった場合は、レゾルバ20の角度検出装置10になんらかの異常が生じていると判断し、角度検出装置10がサーボアンプ112に対してエラーを出力することで、モータの制御および駆動に伴う危険を回避することが可能である。   If the maximum vector length cannot be adjusted to an appropriate value during the initial adjustment process, it is determined that some abnormality has occurred in the angle detection device 10 of the resolver 20, and the angle detection device 10 is connected to the servo amplifier 112. On the other hand, by outputting an error, it is possible to avoid dangers associated with motor control and driving.

さらに加えて、ベクトル長の最大値を常時監視することで、例えば断線などによってレゾルバ20からの信号になんらかの異常が生じた場合の判定が可能となる。図7は、モータ30が回転している状態において、時刻t40にてA相信号va、B相信号vbのうちどちらか片方が断線した場合のベクトル長の最大値の変化を示したものである。このように、ベクトル長の最大値の変化量として設定された所定の許容値ΔLを超えて値が変動した場合は、レゾルバ20からの信号に異常が生じていると判断できる。このような判断に基づき、角度検出装置10がサーボアンプ112に対してエラーを出力することで、モータの制御および駆動に伴う危険を回避することが可能である。   In addition, by constantly monitoring the maximum value of the vector length, for example, it is possible to determine when any abnormality occurs in the signal from the resolver 20 due to disconnection or the like. FIG. 7 shows a change in the maximum value of the vector length when one of the A-phase signal va and the B-phase signal vb is disconnected at time t40 while the motor 30 is rotating. . Thus, when the value fluctuates beyond the predetermined allowable value ΔL set as the amount of change in the maximum value of the vector length, it can be determined that an abnormality has occurred in the signal from the resolver 20. Based on such a determination, the angle detection device 10 outputs an error to the servo amplifier 112, so that it is possible to avoid dangers associated with motor control and driving.

(実施の形態2)
図8は、本発明の実施の形態2におけるレゾルバの角度検出装置を含むモータ制御装置のブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a block diagram of a motor control device including a resolver angle detection device according to Embodiment 2 of the present invention.

図8に示すように、本実施の形態においては、モータ制御装置400が、レゾルバ20を用いてモータ30の回転子の角度位置を検出する角度検出装置40を備えた構成としている。本実施の形態の角度検出装置40は、図1に示す実施の形態1の角度検出装置10との比較において、信号生成部41の構成が異なっている。   As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the motor control device 400 is configured to include an angle detection device 40 that detects the angular position of the rotor of the motor 30 using the resolver 20. The angle detection device 40 of the present embodiment is different from the angle detection device 10 of the first embodiment shown in FIG.

信号生成部41において、サンプリング信号生成部407は、実施の形態1のサンプリング信号生成部107とは異なり、基準信号生成部108の出力する基準信号ssを元に位相を調整することなく、サンプリング信号fsをADコンバータ103、104に対して出力する。逆に、励磁信号生成部409は、実施の形態1の励磁信号生成部109とは異なり、基準信号生成部108の出力する基準信号ssを元に、タイミング調整部102からの位相調整信号dpによって位相を調整して励磁信号scを生成して出力する。   In the signal generation unit 41, the sampling signal generation unit 407 is different from the sampling signal generation unit 107 of the first embodiment, and does not adjust the phase based on the reference signal ss output from the reference signal generation unit 108. fs is output to the AD converters 103 and 104. Conversely, unlike the excitation signal generation unit 109 of the first embodiment, the excitation signal generation unit 409 uses the phase adjustment signal dp from the timing adjustment unit 102 based on the reference signal ss output from the reference signal generation unit 108. The excitation signal sc is generated by adjusting the phase and output.

本実施の形態では、このような構成により、ADコンバータ103、104とベクトル長算出部106とタイミング調整部102と励磁信号生成部409とによって、ベクトル長値vlが極値となるように、励磁信号scをフィードバック位相制御する位相制御ループを構成している。   In this embodiment, with such a configuration, the AD converters 103 and 104, the vector length calculation unit 106, the timing adjustment unit 102, and the excitation signal generation unit 409 are excited so that the vector length value vl becomes an extreme value. This constitutes a phase control loop for feedback phase control of the signal sc.

例えば、ベクトル長値vlを最大値となるように制御する場合、タイミング調整部102は、励磁信号scの位相を例えば遅れ方向へ変化させ、このとき、ベクトル長値vlが小さくなるようならば、進み方向へと変化させる。逆に、ベクトル長値vlが大きくなるようならば、さらに遅れ方向へと変化させる。タイミング調整部102が励磁信号生成部409に対して、このような制御を順次繰り返すことによっても、ベクトル長値vlが最大値となるサンプリング位相へと収束する。そして、このようなベクトル長値vlが最大値となるサンプリングタイミングで、サンプリング信号fsがADコンバータ103、104に供給される。   For example, when controlling the vector length value vl to be the maximum value, the timing adjustment unit 102 changes the phase of the excitation signal sc in the delay direction, for example, and if the vector length value vl becomes small at this time, Change the direction. Conversely, if the vector length value vl increases, the vector length value vl is further changed in the delay direction. When the timing adjustment unit 102 sequentially repeats such control on the excitation signal generation unit 409, it converges to the sampling phase where the vector length value vl becomes the maximum value. The sampling signal fs is supplied to the AD converters 103 and 104 at the sampling timing at which the vector length value vl becomes the maximum value.

以上のように構成されたモータ制御装置400におけるレゾルバ20の角度検出装置40について、以下にその動作、作用を説明する。   The operation | movement and effect | action are demonstrated below about the angle detection apparatus 40 of the resolver 20 in the motor control apparatus 400 comprised as mentioned above.

図8に示す角度検出装置40における各信号の波形図を図9(a)〜(c)に示す。サンプリング信号生成部407は、図9(c)に示す基準信号ssのオーバーフロー時刻t50、t52およびその中間の時刻t51において、サンプリング信号fsをADコンバータ103、104に対して出力する。励磁信号生成部409は、図9(b)に示すベクトル長算出部106の出力するベクトル長値vlが時刻t50、t51、t52において最大となるように、基準信号生成部108の出力する基準信号ssを元にタイミング調整部102によって位相が調整され、このように位相調整された励磁信号scを生成して出力する。これによって、図9(a)に示すA相信号va、B相信号vbの振幅は時刻t50、t51、t52において、最もSN比の良い状態でADコンバータ103、104によってデジタル値に変換されることになる。   Waveform diagrams of each signal in the angle detection device 40 shown in FIG. 8 are shown in FIGS. The sampling signal generation unit 407 outputs the sampling signal fs to the AD converters 103 and 104 at the overflow times t50 and t52 of the reference signal ss shown in FIG. The excitation signal generation unit 409 outputs the reference signal output from the reference signal generation unit 108 so that the vector length value vl output from the vector length calculation unit 106 shown in FIG. 9B becomes maximum at times t50, t51, and t52. The phase is adjusted by the timing adjustment unit 102 based on ss, and the excitation signal sc adjusted in this way is generated and output. As a result, the amplitudes of the A-phase signal va and B-phase signal vb shown in FIG. 9A are converted to digital values by the AD converters 103 and 104 at the best signal-to-noise ratio at times t50, t51, and t52. become.

このように、本実施の形態では、基準信号ssを元に励磁信号scの位相を自動的に最適に調整することができ、結果としてSN比の良いレゾルバ20の角度検出信号agが得られる。   Thus, in the present embodiment, the phase of the excitation signal sc can be automatically and optimally adjusted based on the reference signal ss, and as a result, the angle detection signal ag of the resolver 20 with a good SN ratio can be obtained.

すなわち、図8に示す構成によって、常に安定かつ高精度にレゾルバの角度検出を行うことができる。   That is, with the configuration shown in FIG. 8, the angle of the resolver can always be detected stably and with high accuracy.

以上のように、本発明にかかるレゾルバの角度検出装置は、レゾルバの特性ばらつき、温度変化あるいは経時変化なども含めて自動的なタイミング調整が可能であり、常に安定して精度のよいレゾルバの角度位置検出が可能である。従って、産業用FAサーボモータなどに適用することが可能である。   As described above, the resolver angle detection device according to the present invention is capable of automatic timing adjustment, including resolver characteristic variation, temperature change or change over time, and always provides a stable and accurate resolver angle. Position detection is possible. Therefore, it can be applied to industrial FA servo motors.

10,40,1102 角度検出装置
11,41 信号生成部
20 レゾルバ
21 励磁コイル
22,23 検出コイル
25 固定部
26 回転部
30 モータ
100,400 モータ制御装置
101 インターフェイス処理部
102 タイミング調整部
103,104 ADコンバータ
105 RD変換部
106 ベクトル長算出部
107,407,1107 サンプリング信号生成部
108 基準信号生成部
109,409 励磁信号生成部
111 バッファー回路
112 サーボアンプ
191 矩形波パルス生成部
192 振幅調整部
193 スイッチトキャパシタフィルタ
10, 40, 1102 Angle detection device 11, 41 Signal generation unit 20 Resolver 21 Excitation coil 22, 23 Detection coil 25 Fixed unit 26 Rotation unit 30 Motor 100, 400 Motor control device 101 Interface processing unit 102 Timing adjustment unit 103, 104 AD Converter 105 RD conversion unit 106 Vector length calculation unit 107,407,1107 Sampling signal generation unit 108 Reference signal generation unit 109,409 Excitation signal generation unit 111 Buffer circuit 112 Servo amplifier 191 Rectangular wave pulse generation unit 192 Amplitude adjustment unit 193 Switched capacitor filter

Claims (6)

励磁信号が90度の位相差で振幅変調されたようにレゾルバから出力される第1のレゾルバ出力信号および第2のレゾルバ出力信号に基づいて、回転角度を検出する角度検出装置であって、
前記第1のレゾルバ出力信号および前記第2のレゾルバ出力信号を、それぞれ所定のサンプリングタイミングでデジタル変換する第1のAD変換器および第2のAD変換器と、
励磁信号と前記サンプリングタイミングのサンプリング信号とを生成し、出力する信号生成部と、
前記信号生成部で生成する信号のタイミング調整を行うタイミング調整部と、
前記第1のAD変換器および前記第2のAD変換器のそれぞれの出力値から前記レゾルバの角度を算出する角度算出部と、
前記第1のAD変換器および前記第2のAD変換器のそれぞれの出力値からベクトルの大きさを算出するベクトル長算出部と、を備え、
前記タイミング調整部は、前記ベクトルの大きさが極値となるようにタイミング調整を行うことを特徴とする角度検出装置。
An angle detection device that detects a rotation angle based on a first resolver output signal and a second resolver output signal output from a resolver such that an excitation signal is amplitude-modulated with a phase difference of 90 degrees,
A first AD converter and a second AD converter for digitally converting the first resolver output signal and the second resolver output signal, respectively, at a predetermined sampling timing;
A signal generator that generates and outputs an excitation signal and a sampling signal of the sampling timing;
A timing adjustment unit that adjusts timing of a signal generated by the signal generation unit;
An angle calculator that calculates an angle of the resolver from output values of the first AD converter and the second AD converter;
A vector length calculation unit that calculates a vector size from output values of the first AD converter and the second AD converter,
The angle detection device, wherein the timing adjustment unit adjusts the timing so that the magnitude of the vector becomes an extreme value.
前記タイミング調整部は、前記ベクトルの大きさが極値となるように、前記サンプリングタイミングのタイミング調整を行うことを特徴とする請求項1に記載の角度検出装置。 The angle detection apparatus according to claim 1, wherein the timing adjustment unit adjusts the timing of the sampling timing so that the vector has an extreme value. 前記タイミング調整部は、前記ベクトルの大きさが極値となるように、前記励磁信号の位相のタイミング調整を行うことを特徴とする請求項1に記載の角度検出装置。 The angle detection device according to claim 1, wherein the timing adjustment unit adjusts the timing of the phase of the excitation signal so that the magnitude of the vector becomes an extreme value. 前記信号生成部は、基準信号を生成する基準信号生成部と、前記基準信号に基づいて前記サンプリング信号を生成するサンプリング信号生成部と、前記基準信号に基づいて前記励磁信号を生成する励磁信号生成部とを備え、前記タイミング調整部は、前記基準信号のタイミングからの位相を補正することで前記タイミング調整を行うことを特徴とする請求項2または3に記載の角度検出装置。 The signal generator includes a reference signal generator that generates a reference signal, a sampling signal generator that generates the sampling signal based on the reference signal, and an excitation signal generator that generates the excitation signal based on the reference signal The angle detection apparatus according to claim 2, wherein the timing adjustment unit performs the timing adjustment by correcting a phase from the timing of the reference signal. 前記励磁信号生成部は、前記基準信号から矩形波パルスを生成する矩形波パルス生成部と、前記矩形波パルスの振幅を調整する振幅調整部と、振幅が調整された矩形波パルスの基本波成分を抽出し、抽出した信号を前記励磁信号として出力するローパスフィルタとを有することを特徴とする請求項4に記載の角度検出装置。 The excitation signal generation unit includes a rectangular wave pulse generation unit that generates a rectangular wave pulse from the reference signal, an amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the rectangular wave pulse, and a fundamental wave component of the rectangular wave pulse whose amplitude has been adjusted. The angle detection apparatus according to claim 4, further comprising: a low-pass filter that extracts the extracted signal and outputs the extracted signal as the excitation signal. 前記ベクトルの大きさは、前記第1のAD変換器の出力値と、前記第2のAD変換器の出力値との2乗和に基づいて算出することを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の角度検出装置。 The magnitude of the vector is calculated based on a sum of squares of an output value of the first AD converter and an output value of the second AD converter. The angle detection device according to any one of the above.
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