JP2865219B2 - Position detection device using resolver - Google Patents

Position detection device using resolver

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JP2865219B2
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伸二 柴田
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、レゾルバによって工作
機械等の位置や角度を検出する位置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting device for detecting the position and angle of a machine tool or the like using a resolver.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は従来のレゾルバを用いた位置検出
装置の一例を示すブロック図、図4はそのタイミングチ
ャート、図5はそのマイクロコンピュータの動作を説明
するフローチャートである。タイミング発生回路14か
ら励磁同期信号TEが励磁電圧発生回路13へ送出さ
れ、励磁電圧発生回路13にて励磁電圧E1が生成され
てレゾルバ11へ送出される。このレゾルバ11は図示
しない回転軸につながれ、励磁巻線WE、2相の検出巻
線WA(A相)、WB(B相)より成る。A相巻線W
A、B相巻線WBに生ずる起電圧VA,VBはアナログ
・デジタル変換器16,17(以後A/Dという)に送
出される。A/D16、17ではタイミング発生回路1
4のサンプル要求信号SHによってアナログ電圧VA、
VBがそれぞれサンプリングされ、デジタル値DA、D
Bに変換されてマイクロコンピュータ28に送出され
る。ここで励磁巻線WEに流れる電流をiとすると、励
磁巻線WEとA相巻線WAの巻線軸のなす角θの時、A
相巻線WA、B相巻線WBに生ずる起電圧のデジタル値
DA,DBは数2、数3のように表せる。
2. Description of the Related Art FIG. 3 is a block diagram showing an example of a conventional position detecting device using a resolver, FIG. 4 is a timing chart thereof, and FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the microcomputer. The excitation synchronizing signal TE is sent from the timing generation circuit 14 to the excitation voltage generation circuit 13, and the excitation voltage E1 is generated by the excitation voltage generation circuit 13 and sent to the resolver 11. The resolver 11 is connected to a rotating shaft (not shown) and includes an excitation winding WE, two-phase detection windings WA (A phase), and WB (B phase). A phase winding W
The electromotive voltages VA and VB generated in the A and B phase windings WB are sent to analog / digital converters 16 and 17 (hereinafter A / D). In the A / Ds 16 and 17, the timing generation circuit 1
4, the analog voltage VA,
VB are sampled, and digital values DA, D
B is sent to the microcomputer 28. Here, assuming that the current flowing through the exciting winding WE is i, when the angle θ between the exciting winding WE and the winding axis of the A-phase winding WA, A
The digital values DA and DB of the electromotive voltages generated in the phase windings WA and B-phase windings WB can be expressed as shown in Expressions 2 and 3.

【0003】[0003]

【数2】 (Equation 2)

【数3】 ただし、Mは励磁巻線WEとA相巻線WA(またはB相
巻線WB)間の相互インダクタンスの最大値である。マ
イクロコンピュータ28ではタイミング発生回路14か
ら送出されて来るA/D変換終了信号TMにより(ステ
ップS1)、数4〜数11の演算がされて角度θが求め
られる(ステップS2)。
(Equation 3) Here, M is the maximum value of the mutual inductance between the exciting winding WE and the A-phase winding WA (or the B-phase winding WB). The microcomputer 28 calculates the angle θ by calculating the equations 4 to 11 based on the A / D conversion end signal TM sent from the timing generation circuit 14 (step S1) (step S2).

【0004】[0004]

【数4】 (Equation 4)

【数5】 (Equation 5)

【数6】 (Equation 6)

【数7】 (Equation 7)

【数8】 (Equation 8)

【数9】 (Equation 9)

【数10】 (Equation 10)

【数11】 [Equation 11]

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のレゾル
バを用いた位置検出装置では、励磁周波数を高くすると
図4に示される電圧VA、VBの様な出力波形となり、
電圧変化の少ないところでサンプリングしようとすると
励磁巻線WEに電流iが流れている時にサンプリングす
ることになる。数2、数3から分るように励磁巻線WE
に電流iが流れると、電圧VA、VBにはレゾルバの速
度dθ/dtと励磁巻線WEに流れる電流iと角度θを
変数とする誤差の要因となる電圧成分が発生するという
欠点がある。また、A/Dの入力電圧範囲にこの電圧成
分の増分の余裕を保たせると、検出できる分解能が落ち
てしまうという問題がある。本発明は上述した事情から
成されたものであり、本発明の目的は、検出誤差が無
く、検出分解能が高いレゾルバを用いた位置検出装置を
提供することにある。
In the above-described position detecting device using the conventional resolver, when the excitation frequency is increased, the output waveforms such as the voltages VA and VB shown in FIG.
If the sampling is to be performed at a place where the voltage change is small, the sampling is performed when the current i is flowing through the exciting winding WE. As can be seen from Equations 2 and 3, the excitation winding WE
When the current i flows through the voltage VA and VB, the voltage VA and VB have a drawback that a voltage component which causes an error with the resolver speed dθ / dt and the current i flowing through the exciting winding WE and the angle θ as variables is generated. Also, if the input voltage range of the A / D has a margin for the increment of this voltage component, there is a problem that the detectable resolution is reduced. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a position detection device using a resolver having no detection error and high detection resolution.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、一相の励磁電
圧を発生する励磁電圧発生部と、前記一相の励磁電圧発
生部により励磁される巻線及び検出巻線を有するレゾル
バとを有し、前記検出巻線に生ずる電圧から位置を求め
る位置検出装置に関するものであり、本発明の上記目的
は、前記位置から速度を求め、前記速度から前記レゾル
バが速度によって発生する誤差成分である前記位置のオ
フセットを補正する手段を具備し、又は前記位置から求
めた速度に従って前記励磁電圧の振幅を制御する制御手
段を具備することによって達成される。
Means for Solving the Problems The present invention provides a resolver having an excitation voltage generator for generating an excitation voltage of one phase, the winding and detection winding to be excited by the excitation voltage generation unit of the one-phase A position detecting device that obtains a position from a voltage generated in the detection winding; and the object of the present invention is to obtain a speed from the position and obtain the resolution from the speed.
This is achieved by providing a means for correcting the offset of the position, which is an error component caused by the speed , or a control means for controlling the amplitude of the excitation voltage according to the speed obtained from the position.

【0007】[0007]

【作用】本発明にあっては、位置から速度を求め、求め
た速度と予め求めた励磁電流と励磁電流の微分値の比で
ある係数により、速度によって発生する誤差成分を補正
しているので、高精度の位置検出が可能となる。また、
励磁巻線に流れる電流と速度によって各相の巻線に生ず
る電圧の振幅が変化するのを抑えるように励磁電圧を制
御しているので、A/Dの入力電圧範囲を越えることな
く入力電圧範囲を最大限に使用できるため、より高分解
能な位置検出装置とすることができる。
In the present invention, the speed is obtained from the position, and the error component generated by the speed is corrected by the coefficient which is the ratio between the obtained speed and the derivative of the exciting current and the exciting current. Thus, highly accurate position detection is possible. Also,
Since the excitation voltage is controlled so that the amplitude of the voltage generated in each phase winding varies depending on the current and speed flowing through the excitation winding, the input voltage range does not exceed the A / D input voltage range. Can be used to the maximum, so that a higher-resolution position detecting device can be obtained.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明のレゾルバを用いた位置検出装
置の一例を図3に対応させて示すブロック図、図2はそ
のマイクロコンピュータの動作を説明するフローチャー
トである。なお、従来技術で説明した図3と同一番号に
示されている構成要素についての機能及び処理は同一で
あるので説明を省略する。励磁電圧制御回路19にて励
磁電圧発生回路13から送出されて来る励磁電圧E1が
マイクロコンピュータ18より与えられる励磁振幅指令
値EOに従って比例制御されて励磁電圧E2としてレゾ
ルバ11に送出される。マイクロコンピュータ18では
A/D変換終了信号TMにより(ステップS11)、デ
ジタル値DA、DBが読込まれる。ここで、数12、数
13となるk、εを定義して数2、数3に代入すると数
14、数15となる。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a position detecting apparatus using a resolver according to the present invention, corresponding to FIG. 3, and FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the microcomputer. Note that the functions and processes of the components denoted by the same reference numerals as those of FIG. 3 described in the related art are the same, and thus description thereof will be omitted. The exciting voltage E1 sent from the exciting voltage generating circuit 13 is proportionally controlled by the exciting voltage control circuit 19 in accordance with the exciting amplitude command value EO given from the microcomputer 18 and sent to the resolver 11 as the exciting voltage E2. The microcomputer 18 reads the digital values DA and DB according to the A / D conversion end signal TM (step S11). Here, when k and ε that define Equations 12 and 13 are defined and substituted into Equations 2 and 3, Equations 14 and 15 are obtained.

【0009】[0009]

【数12】 (Equation 12)

【数13】 (Equation 13)

【数14】 [Equation 14]

【数15】 加法定理により、数14、数15は数16、数17とな
る。従って、数16、数17を数4〜数11に代入して
求められる角度θ′は数18となり(ステップS1
2)、数12、数13で表される角度誤差εを含む。
(Equation 15) According to the addition theorem, Equations 14 and 15 become Equations 16 and 17 respectively. Therefore, the angle θ ′ obtained by substituting Equations 16 and 17 into Equations 4 to 11 becomes Equation 18 (Step S1).
2) Includes an angular error ε expressed by Equations 12 and 13.

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【数18】 ここで、角度誤差εは数12、13により数19のよう
になる。
(Equation 18) Here, the angle error ε is as shown in Expression 19 from Expressions 12 and 13.

【数19】 そこで、励磁電流iとその微分値di/dtを予め求め
ておいて数20とおく。
[Equation 19] Therefore, the exciting current i and its differential value di / dt are obtained in advance and set to Equation 20.

【数20】 また、サンプル周期tsと前回算出した角度θであるθ
1と前々回算出した角度θであるθ2によって、速度V
(dθ/dt)を数21のように表す。
(Equation 20) In addition, the sample period ts and the previously calculated angle θ
1 and θ2 which is the angle θ calculated two times before, the speed V
(Dθ / dt) is expressed as in Expression 21.

【数21】 数20、数21を数19に代入して求めた角度誤差εを
数18に代入して変形すると数22のようになる(ステ
ップS13)。
(Equation 21) The angle error ε obtained by substituting Equations 20 and 21 into Equation 19 is substituted into Equation 18 and transformed into Equation 22 (Step S13).

【0010】[0010]

【数22】 従って、マイクロコンピュータ18によって数22の演
算をすることによって誤差のない角度θを求めることが
できる。ここで、数12、数13よりkを求めると数2
3のようになり、数16、数17よりこのkは電圧V
A、VBの振幅kであるのがわかる。
(Equation 22) Therefore, the angle θ without error can be obtained by performing the operation of Equation 22 by the microcomputer 18. Here, when k is obtained from Expressions 12 and 13, Expression 2 is obtained.
3 and from Equations 16 and 17, this k is equal to the voltage V
It can be seen that the amplitudes of A and VB are k.

【数23】 そこで、速度Vが零のときの電圧VA,VBの振幅をそ
うでないときの振幅で割ると数24のようになる。
(Equation 23) Thus, when the amplitudes of the voltages VA and VB when the speed V is zero is divided by the amplitudes when the speed V is not zero, Equation 24 is obtained.

【数24】 ここで、上記値は電圧VA,VBが速度Vによって振幅
が変化する比率の逆数を示しているので、この値に比例
して励磁電圧を制御することにより電圧VA,VBの振
幅変化を抑えることができる。従って、本発明では、マ
イクロコンピュータ18に数24のような演算をさせ、
その結果を励磁振幅指令値EOとして励磁電圧制御回路
19に出力することによって振幅変化を抑えることを可
能としている(ステップS14,S15)。なお、ここ
では励磁電圧が矩形波である例を説明したが、励磁電圧
が正弦波やパルス励磁や他の波形でも良い。
(Equation 24) Here, since the above values indicate the reciprocal of the ratio at which the amplitudes of the voltages VA and VB change according to the speed V, the change in the amplitudes of the voltages VA and VB is suppressed by controlling the excitation voltage in proportion to this value. Can be. Therefore, in the present invention, the microcomputer 18 is caused to perform an operation as shown in Expression 24,
By outputting the result to the excitation voltage control circuit 19 as the excitation amplitude command value EO, it is possible to suppress a change in amplitude (steps S14 and S15). Although the example in which the excitation voltage is a rectangular wave has been described here, the excitation voltage may be a sine wave, pulse excitation, or another waveform.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上のように本発明のレゾルバを用いた
位置検出装置によれば、速度によって発生する誤差成分
を補正しているので高精度の位置検出が可能となる。ま
た、A/Dの入力電圧範囲を越えることなく入力電圧範
囲を最大限に使用できるため、より高分解能な位置検出
装置を提供することができる。
As described above, according to the position detecting device using the resolver of the present invention, since the error component generated by the speed is corrected, the position can be detected with high accuracy. Further, since the input voltage range can be used to the maximum without exceeding the A / D input voltage range, a position detecting device with higher resolution can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のレゾルバを用いた位置検出装置の一例
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a position detection device using a resolver of the present invention.

【図2】本発明装置の主要部が行なう処理を示すフロー
チャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a process performed by a main part of the apparatus of the present invention.

【図3】従来のレゾルバを用いた位置検出装置の一例を
示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a conventional position detecting device using a resolver.

【図4】従来装置の動作を説明するタイミングチャート
である。
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the conventional device.

【図5】従来装置の主要部が行なう処理を示すフローチ
ャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing a process performed by a main part of the conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

19 励磁電圧制御回路 19 Excitation voltage control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 7/00 - 7/34 G01D 5/245──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01B 7/00-7/34 G01D 5/245

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一相の励磁電圧を発生する励磁電圧発生
部と、前記一相の励磁電圧発生部により励磁される巻線
及び検出巻線を有するレゾルバとを有し、前記検出巻線
に生ずる電圧から位置を求める位置検出装置において、
前記位置から速度を求め、前記速度から前記レゾルバが
速度によって発生する誤差成分である前記位置のオフセ
ットを補正する手段を備えたことを特徴とするレゾルバ
を用いた位置検出装置。
And 1. A excitation voltage generator for generating an excitation voltage of one phase, wherein and a resolver having a winding and detection winding to be excited by the excitation voltage generation unit of one phase, the detection winding In a position detecting device that obtains a position from a generated voltage,
The speed is determined from the position, and the resolver is determined from the speed.
A position detecting device using a resolver, comprising: means for correcting an offset of the position, which is an error component generated by speed .
【請求項2】前記速度Vと予め求めた係数Pで演算され
るtan−1(P・V)を前記位置から減算して前記位
置のオフセットを補正するようにした請求項1に記載の
レゾルバを用いた位置検出装置。
2. The resolver according to claim 1, wherein an offset of said position is corrected by subtracting tan -1 (PV) calculated by said speed V and a coefficient P obtained in advance from said position. Position detection device using
【請求項3】励磁電圧を発生する励磁電圧発生部と、前
記励磁電圧発生部により励磁される巻線及び検出巻線を
有するレゾルバとを有し、前記検出巻線に生ずる電圧か
ら位置を求める位置検出装置において、前記位置から求
めた速度に従って前記励磁電圧の振幅を制御する制御手
段を備えたことを特徴とするレゾルバを用いた位置検出
装置。
3. An exciting voltage generating section for generating an exciting voltage, and a resolver having a winding excited by the exciting voltage generating section and a detecting winding, and a position is obtained from a voltage generated in the detecting winding. A position detecting device using a resolver, characterized in that the position detecting device includes control means for controlling the amplitude of the excitation voltage in accordance with the speed obtained from the position.
【請求項4】前記制御手段は、前記速度Vと予め求めた
係数Pで演算される数1の値を求め、 【数1】 この値に比例して前記励磁電圧の振幅を制御する手段で
ある請求項3に記載のレゾルバを用いた位置検出装置。
4. The control means obtains a value of Equation 1 calculated by the speed V and a coefficient P obtained in advance. 4. The position detecting device using a resolver according to claim 3, wherein said position detecting device is means for controlling the amplitude of said exciting voltage in proportion to this value.
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