JP3160424B2 - 回転位置検出器の調整方法 - Google Patents

回転位置検出器の調整方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は工作機械の位置制御など
を行うサーボモータ等に使用され、特に回転体の回転速
度に比例した周波数の2相正弦波信号を出力する方式を
持った回転位置検出器の調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図3に一般的な回転位置検出器の内部回
路図の一例を示す。回転体に取り付けられたギア1は磁
性体により形成されており、このギア1に近接して磁気
抵抗素子2a、2bおよび磁石3が配置されている。ギ
ア1の回転にともなって磁気抵抗素子2a、2bに鎖交
する磁束が変化することを利用して磁気抵抗素子2a、
2bは2相正弦波信号を出力している。このような2相
正弦波信号を出力する位置検出器において2相正弦波信
号は振幅を等しく、位相差を90度に設定することが一
般的であり、また直流オフセット電圧は0に設定するこ
とが多い。しかしながら磁気抵抗素子2a、2bから得
られる2相正弦波信号は磁気抵抗素子によって定まった
直流電圧を含んでいるのでオペアンプ4a、4bにおい
て基準電圧5を半固定抵抗6a、6bを通じて加算して
オフセット電圧を0に調整している。また2相正弦波信
号の位相差、振幅差についても磁気抵抗素子2a、2b
の特性の差異や配置上の精度などの原因により電気的に
補正する必要がありオペアンプ4cにおいて半固定抵抗
6cによって振幅差を調整し、半固定抵抗6dによって
位相差を調整している。
【0003】このような位置検出器を用いて位置検出を
行う場合、2相正弦波信号電圧の瞬時値をAD変換器等
でディジタル変換した後、マイクロプロセッサ等を用い
て三角関数の逆関数に変換する方法や、2相正弦波信号
電圧のそれぞれをいろいろな電圧比率で加減算すること
によって多相の正弦波信号を合成し、これらを波形整形
することによってパルス化する方法などが一般的であ
る。どちらの場合においても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であることが重要であり、従来は一般的にオシロスコ
ープなどの測定器を用いて人手に頼って調整していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述したような回転位
置検出器において2相正弦波信号の直流オフセット電
圧、位相差、振幅差を人手に頼って調整していたため、
正確な調整をすることが困難であったため位置検出精度
を確保できないという課題があった。本発明は上述した
事情からなされたものであり、本発明の目的は2相正弦
波信号の直流オフセット電圧、位相差、振幅差を自動的
に調整することのできる回転位置検出器の調整方法を提
供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、回
転体の回転速度に比例した周波数の2相正弦波信号の瞬
時値x,yを用いてx/yまたはy/xを求め、これを
tanの逆関数変換した結果および前記2相正弦波信号
のゼロクロスをカウントすることによって周波数を計測
した結果から前記回転体の回転位置検出値を求め、当該
回転位置検出値を微分することによって前記回転体の回
転速度検出値を求め、当該回転速度検出値の平均値から
当該回転速度検出値を減算することによって速度検出誤
差を求め、当該速度検出誤差と前記2相正弦波信号との
積に基づいて当該正弦波信号に含まれる直流オフセット
成分の大きさを調整すること、前記2相正弦波信号のそ
れぞれを互いに乗算することによって当該正弦波信号の
2倍の周波数である第1の2逓倍正弦波信号を算出し、
前記速度検出誤差と前記第1の2逓倍正弦波信号との積
に基づいて前記2相正弦波信号の位相差を調整するこ
と、さらに前記2相正弦波信号のそれぞれを互いに乗算
することによって当該正弦波信号の2倍の周波数である
第1の2逓倍正弦波信号を算出し、当該第1の2逓倍正
弦波信号を微分または積分することによって第2の2逓
倍正弦波信号を算出し、前記速度検出誤差と前記第2の
2逓倍正弦波信号との積に基づいて前記2相正弦波信号
の振幅差を調整することによってそれぞれ達成される。
【0006】
【作用】本発明にあっては、2相正弦波信号の持つ直
流オフセット電圧や位相差、振幅差などの誤差成分はそ
れぞれ特定の周期および位相を持った位置検出誤差を発
生するので回転体を一定の速度で回転させながら位置検
出値の微分すなわち速度検出値を求め、その変動成分つ
まり速度検出誤差と2相正弦波信号および2倍の周波数
である2逓倍正弦波信号とを乗算することによって速度
検出誤差に含まれる特定の誤差成分量のみを抽出するこ
とができ、それぞれの誤差成分量が0となるように直流
オフセット電圧、振幅差、位相差を個別に自動調整する
ことができる。
【0007】
【実施例】図1は本発明の回転位置検出器の調整方法を
実現する装置の一例を示すブロック図である。図中7の
回転位置検出器は図3に示したものと同一であり、2相
正弦波信号の直流オフセット電圧、位相差、振幅差を調
整する半固定抵抗6a、6b、6c、6dを備えてい
る。以下、本発明の回転位置検出器の調整方法を図2の
フローチャートで説明する。
【0008】回転位置検出器7から出力された2相正弦
波信号18、19の瞬時値をそれぞれx、yとすると、
これらをADコンバータ8a、8bによってディジタル
変換する。次に内挿検出部9においてx、yの大小関係
に応じてx/yまたはy/xを演算し、この結果を三角
関数tanの逆関数変換することによって正弦波信号の
1周期内の回転位置検出値10を得る。一方、コンパレ
ータ11a、11bによって2相正弦波信号18、19
のゼロクロスで反転するパルス信号を作成し、これをパ
ルスカウント回路12でカウントすることによって正弦
波信号の1周期外の回転位置検出器13を得ている。こ
のようにして得られた1周期内および1周期外の回転位
置検出値10、13を加算器14で加算すると最終的に
ギア1の回転角度を表す回転位置検出値15が得られる
(ステップS1)。
【0009】ここでギア1を一定速度で回転させておい
て、この回転位置検出値15を微分器16aによって微
分するとギア1の回転速度検出値17が得られ(ステッ
プS2)、さらにこの回転速度検出値17からその平均
値である平滑回路22aの出力を減算器23によって減
算すると速度検出値の変動成分すなわち速度検出誤差2
1が得られる(ステップS3)。この速度検出誤差21
には前述した直流オフセット電圧、位相差、振幅差など
による誤差成分が含まれており、これらの各誤差成分を
順に図に従って説明する。
【0010】まず図4に示すようにA相とB相の正弦波
信号18、19のうちB相正弦波信号19に直流オフセ
ット電圧がある場合は、B相正弦波正弦波信号19が大
きな値の場所ではオフセットの影響が小さいので誤差は
小さく、ちょうどB相正弦波信号19のゼロクロスの近
傍で誤差が最大となるような位置検出誤差20が発生す
る。よって、これを微分して得られる速度検出値にはB
相正弦波信号19と同位相の速度検出誤差21が発生す
る。
【0011】次に位相差については図5に示すようにA
相、B相の正弦波信号18、19のそれぞれのゼロクロ
ス近傍で誤差が最大となるため2相正弦波信号の2倍の
周期の位置検出誤差20が発生する。よって速度検出誤
差21はA相、B相の正弦波信号18、19のそれぞれ
のゼロクロス近傍で0となる。
【0012】さらに振幅差については図6に示すように
A相、B相の正弦波信号18、19の瞬時値の差が大き
くなるA相、B相の正弦波信号18、19のそれぞれの
ゼロクロス近傍では位置検出誤差が0となり、逆に瞬時
値の絶対値がほぼ等しくなるゼロクロスの中間点では位
置検出誤差が最大となる。よって速度検出誤差21は2
相正弦波信号の2倍の周期でA相、B相の正弦波信号1
8、19のそれぞれのゼロクロス近傍で最大となる。
【0013】以上のように速度検出誤差21には直流オ
フセット電圧、位相差、振幅差によってそれぞれ周期、
位相が異なる誤差成分が含まれており、これらの各成分
を分離して抽出できれば、その大小に応じて誤差の原因
である直流オフセット電圧、位相差、振幅差をそれぞれ
調整することが可能である。そこで本発明においては、
まず速度検出誤差21を乗算器24aによりA相正弦波
信号18と乗算することによってA相正弦波信号18の
直流オフセット電圧による誤差成分を抽出し(ステップ
S4〜6)、乗算器24bによりB相正弦波信号19と
乗算することによってB相正弦波信号19の直流オフセ
ット電圧による誤差成分をそれぞれ抽出している(ステ
ップS7〜9)。例えば図7のB相正弦波信号19は直
流オフセット電圧を持っており、図4で説明したように
速度検出誤差21が発生している。この速度検出誤差2
1をA相正弦波信号18と乗算することによって乗算結
果25を得るが、この場合は速度検出誤差21とA相正
弦波信号18とが互いに位相が90度ずれているため乗
算結果25は正負が等しい交流信号となる。したがって
平滑回路22bの出力の平均値は0となる。一方、速度
検出誤差21とB相正弦波信号19とは位相が一致して
おり、その乗算結果26は正負が等しくない脈流となり
平滑回路22cの出力にはB相正弦波信号19の直流オ
フセット電圧に応じた直流値が検出される。よってこの
直流値に応じて回転位置検出器7の半固定抵抗6bを調
整することができる。なお、平滑回路22cの出力に応
じて半固定抵抗6bを調整する手段として、半固定抵抗
を印刷抵抗によって実現し、レーザトリミングによって
調整することによって容易に自動化が可能である。
【0014】次に乗算器24cによってA相正弦波信号
18とB相正弦波信号19の積27すなわちA相、B相
正弦波信号18、19の2倍の周波数の2逓倍正弦波信
号27(位相はA相およびB相正弦波信号18、19に
一致している)を求める(ステップS10)。このA相
正弦波信号18とB相正弦波信号19の積27を微分器
16bにより微分することによって90度位相のずれた
第2の2逓倍正弦波信号28を得る(ステップS1
4)。これら2つの2逓倍正弦波信号27、28はそれ
ぞれ図5および図6において説明した位相差および振幅
差による速度検出誤差20、21と位相が一致している
ので、それぞれ速度検出誤差21と乗算器24d、24
eにより乗算し(ステップS11、15)、その結果を
平滑回路22d、22eにより平滑することによって位
相差、振幅差に応じた直流値を検出することができる
(ステップS12、13、16、17)。図8に2相正
弦波信号に振幅差がある場合の例を示すが速度検出誤差
21はA相正弦波信号18とB相正弦波信号19の積2
7を微分した結果28と位相が一致しているため、乗算
器24dの出力の平均値は0、乗算器24eの出力の平
均値は振幅差に応じた値となる。従って平滑回路22e
の出力に応じて回転位置検出器7の半固定抵抗6cを調
整することによって振幅差を調整することができる。な
お、図8において位相差がある場合の説明は省略してい
るが図1における乗算器24dの出力の平均値が現れる
のみで振幅差による場合と同様である。
【0015】
【発明の効果】以上のように、請求項1、請求項2およ
び請求項3に記載の各発明の回転位置検出器の調整方法
によれば2相正弦波信号に含まれる直流オフセット電
圧、位相差および振幅差などを正確に、かつ容易に自動
調整することが可能となり、位置検出精度を容易に確保
できると共に調整のための工数を削減して回転位置検出
器の単価を安価とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回転位置検出器の調整方法を実現する
装置の一例を示すブロック図である。
【図2】本発明の回転位置検出器の調整方法の手順を説
明するフローチャートである。
【図3】一般的な回転位置検出器の内部回路の一例を示
すブロック図である。
【図4】2相正弦波信号に含まれる直流オフセット電圧
による位置検出誤差を説明するための図である。
【図5】2相正弦波信号の位相差による位置検出誤差を
説明するための波形図である。
【図6】2相正弦波信号の振幅差による位置検出誤差を
説明するための波形図である。
【図7】本発明において直流オフセット電圧を調整する
方法を説明するための波形図である。
【図8】本発明において位相差および振幅差を調整する
方法を説明するための波形図である。
【符号の説明】
1 ギア 2a,2b 磁気抵抗素子 3 磁石 4a,4b オペアンプ 5 基準電圧 6 半固定抵抗 7 回転位置検出器 8a,8b ADコンバータ 9 内挿検出部 10 1周期内の回転位置検出値 11a,11b コンパレータ 12 パルスカウント回路 13 1周期外の回転位置検出値 14 加算器 15 回転位置検出値 16a,16b 微分器 17 回転速度検出値 18 A相正弦波信号 19 B相正弦波信号 20 位置検出誤差 21 速度検出誤差 22a,22b,22c,22d,22e 平滑回路 23 減算器 24a,24b,24c,24d 乗算器 25 A相正弦波信号と速度検出誤差の積 26 B相正弦波信号と速度検出誤差の積 27 A相正弦波信号とB相正弦波信号の積 28 A相正弦波信号とB相正弦波信号の積の微分 29 速度検出誤差と27の積 30 速度検出誤差と28の積

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転体の回転速度に比例した周波数の2
    相正弦波信号を出力する回転位置検出器の調整方法にお
    いて、前記2相正弦波信号の瞬時値x,yを用いてx/
    yまたはy/xを求め、これをtanの逆関数に変換し
    た結果および前記2相正弦波信号のゼロクロスをカウン
    トすることによって周波数を計測した結果から前記回転
    体の回転位置検出値を求め、当該回転位置検出値を微分
    することによって前記回転体の回転速度検出値を求め、
    当該回転速度検出値の平均値から当該回転速度検出値を
    減算することによって速度検出誤差を求め、当該速度検
    出誤差と前記2相正弦波信号との積に基づいて当該正弦
    波信号に含まれる直流オフセット電圧成分の大きさを調
    するようにしたことを特徴とする回転位置検出器の調
    整方法。
  2. 【請求項2】 回転体の回転速度に比例した周波数の2
    相正弦波信号を出力する回転位置検出器の調整方法にお
    いて、前記2相正弦波信号の瞬時値x,yを用いてx/
    yまたはy/xを求め、これをtanの逆関数に変換し
    た結果および前記2相正弦波信号のゼロクロスをカウン
    トすることによって周波数を計測した結果から前記回転
    体の回転位置検出値を求め、当該回転位置検出値を微分
    することによって前記回転体の回転速度検出値を求め、
    当該回転速度検出値の平均値から当該回転速度検出値を
    減算することによって速度検出誤差を求め、前記2相正
    弦波信号のそれぞれを互いに乗算することによって当該
    正弦波信号の2倍の周波数である第1の2逓倍正弦波信
    号を算出し、前記速度検出誤差と前記第1の2逓倍正弦
    波信号との積に基づいて前記2相正弦波信号の位相差を
    調整するようにしたことを特徴とする回転位置検出器の
    調整方法。
  3. 【請求項3】 回転体の回転速度に比例した周波数の2
    相正弦波信号を出力する回転位置検出器の調整方法にお
    いて、前記2相正弦波信号の瞬時値x,yを用いてx/
    yまたはy/xを求め、これをtanの逆関数に変換し
    た結果および前記2相正弦波信号のゼロクロスをカウン
    トすることによって周波数を計測した結果から前記回転
    体の回転位置検出値を求め、当該回転位置検出値を微分
    することによって前記回転体の回転速度検出値を求め、
    当該回転速度検出値の平均値から当該回転速度検出値を
    減算することによって速度検出誤差を求め、前記2相正
    弦波 信号のそれぞれを互いに乗算することによって当該
    正弦波信号の2倍の周波数である第1の2逓倍正弦波信
    号を算出し、当該第1の2逓倍正弦波信号を微分または
    積分することによって第2の2逓倍正弦波信号を算出
    し、前記速度検出誤差と前記第2の2逓倍正弦波信号と
    の積に基づいて前記2相正弦波信号の振幅差を調整する
    ようにしたことを特徴とする回転位置検出器の調整方
    法。
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