JP3269311B2 - 電子天びん - Google Patents
電子天びんInfo
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
んに関し、更に詳しくは、電磁力を発生するための電磁
コイルにパルス電流を流す方式の電子天びんに関する。
荷重が作用することによって生じる天びん桿のバランス
点からのずれを変位センサで検出し、その検出結果に応
じた電流を電磁コイルに流すことによって被測定荷重に
対応した電磁力を発生して天びん桿をバランスさせるサ
ーボ系を備えており、そのバランス状態において電磁コ
イルに流れる電流の大きさから、被測定荷重の大きさを
求める。
いては、従来、系の安定を図り、高い分解能を得ること
を目的として、電磁コイルに一定周期Tのパルス電流を
流し、そのパルス電流のデューティを変化させる、いわ
ゆるパルス変調方式のものが多用されている。
に、天びん桿の変位検出出力を一定周期TごとにPID
(比例・積分・微分)演算することによって、電磁コイ
ルに流すべきフィードバック電流値を刻々と算出し、そ
の算出結果に比例したデューティを持つ、周期Tで一定
波高値のパルス電流を発生して電磁コイルに流す。
御の仕方は、従来、一定の周期Tごとに電流パルスを立
ち上げるとともに、アナログPID演算によって得られ
た電圧信号と、一定ののこぎり波電圧信号とを比較し、
両者が一致した時点で電流パルスを終わらせる方式が用
いられている。そして、その一つの電流パルスの立ち上
がりから終わりまでの期間にクロックを計数することに
より、その周期Tに流れた電流値、従って被測定荷重の
大きさに係るデータを得ている。
な従来のパルス変調方式の電子天びんにおいては、周期
T内に発生し得るクロックの数が電子天びんとしての分
解能を決定することになる。このクロックの周波数は、
一般には20〜30MHz程度と限界があり、周期Tを
あまり短くすると分解能が低下する。また、周期Tをあ
まり長くすると測定の応答が低下する。このような点か
ら、パルス電流の周期Tは一般には1〜3ms程度に設
定される。
電磁コイルに流れると、天びん桿をはじめとする天びん
機構に、0.5〜2kHzの振動が発生し、この振動は
特に中間荷重領域において大きくなり、不快音を発生す
ることもある。また、この振動は天びん系の平衡動作に
影響を及ぼし、有害なサンプリングノイズが発生するこ
ともある。
もので、パルス変調方式を採用した電子天びんにおい
て、分解能および応答を低下させることなく、天びん機
構の振動を低減させ、また、有害なkHz帯のノイズ成
分を大幅に抑制することを目的としている。
めの構成を、基本概念図である図1を参照しつつ説明す
ると、本発明の電子天びんは、被測定荷重による天びん
桿1の回転変位を検出する変位検出手段aの出力を、一
定周期TごとにデジタルPID演算して電磁コイル2に
流すフィードバック電流値を算出するデジタルPID演
算手段bを設けるとともに、そのデジタルPID演算手
段bの出力を、周期T内にあらかじめ設定された複数の
電流パルスを流してその各パルスの通電時間の合計が当
該デジタル演算結果に比例したデューティとなるよう、
その各電流パルスの通電時間を決定するパルスデューテ
ィ変換手段cに導入し、そのパルスデューティ変換手段
cの出力によりパルス電流発生手段dを制御するように
構成したことによって特徴づけられる。
る周期Tを変更することなく、その周期T内に複数の電
流パルスを流すことにより、有害な周波数の振動やノイ
ズの発生を抑制しようとするものである。
出力は、従来と同様に周期TごとにPID演算するが、
その演算をデジタル演算とするとともに、その演算結果
に基づくデューティを持つパルス電流を発生するに当た
り、周期T内に一つの電流パルスを発生するのではな
く、デジタル演算結果に基づく周期T内のパルス電流の
通電時間を、パルスデューティ変換手段cによって、あ
らかじめ設定された複数の電流パルスの通電時間に分割
して、その分割後の通電時間を持つ複数の電流パルスを
周期T内に流すことで、問題となっている周波数の振動
・ノイズを抑制できる。
である。被測定荷重Wを負荷するための測定皿1aは、
支点1bを中心として回動自在の天びん桿1の一端部に
支承されている。この天びん桿1の他端部には、巻き枠
2aを介して電磁コイル2が巻回されている。この電磁
コイル2は、永久磁石3aを主体とする磁気回路3が作
る磁界中に配置されており、そこに流れる電流の大きさ
に応じた電磁力を発生する。
4が配設されており、この変位センサ4の出力は変位検
出回路11に入力され、この変位検出回路11のから天
びん桿1の回転変位に応じたアナログ電気信号E(θ)
が出力される。変位検出回路11の出力はA−D変換器
12によってデジタル化された後、デジタルPID演算
部13に変位データE(θN )として一定周期Tごとに
取り込まれる。
器12からの変位データE(θN )を取り込むごとに、
次の演算によって電磁コイル2に対するフィードバック
値F(N)を決定する。
変位データであり、E(θN-1 )はその一つ前に採取さ
れた変位データである。このようにして得られたフィー
ドバック値F(N)は、パルスデューティ変換部14に
取り込まれ、後に例示する方法によって、周期T内に発
生すべき電流パルスの数と、その各パルス幅を表すデー
タに変換された後、スイッチ駆動回路15に供給され
る。このスイッチ駆動回路15は、パルスデューティ変
換部14から供給されたデータに従った矩形波状の電圧
信号を発生する回路であり、その電圧信号によって電子
スイッチ16を駆動する。電子スイッチ16は、その矩
形波状の電圧信号に従い、定電流源17からの直流電流
を電磁コイル2に流すか、あるいはグランドに流すよう
に動作する。
データの変換の仕方は、例えば周期T内の基本的なパル
ス数を8とし、フィードバック値F(N)を8で除すこ
とによってその各パルス幅を決定する。そして、その各
パルス幅に対応したデータを、クロック発生器18から
の30MHz程度の一定周波数のクロックCLに従っ
て、周期Tを8等分するタイミングでスイッチ駆動回路
15に供給する。なお、周期Tのタイミング信号は、ク
ロック発生器18からのクロックCLをカウントするカ
ウンタ19から、そのカウント値が所定値に達するごと
に供給される。ここで、F(N)が8の整数倍ではない
ときには、余った数値を各パルス幅データに適宜に分配
する。また、F(N)が小さい場合には、これを8で除
したときに発生可能なパルス幅の分解能を越えてしま
う。すなわち、例えばパルス幅の分解能がF(N)の1
カウント分であったとき、そのF(N)が4である場合
には、パルス幅を最小の1カウント分とし、そのデータ
を周期Tを4等分するタイミングでスイッチ駆動回路1
5に供給する。
すように、上記したクロック発生器18からのクロック
CLをカウントし、かつ、上記したタイミングでパルス
幅データが供給されるダウンカウンタ15aと、そのダ
ウンカウンタ15aからそのカウント値が0になった時
点でリセット信号が供給され、かつ、パルスデューティ
変換部14からダウンカウンタにプリセット値が供給さ
れるタイミングでセット信号が供給されるフリップフロ
ップ15b等によって構成することができる。この構成
により、フリップフロップ15bの出力は、前記したよ
うに周期Tを基本的に8等分したタイミングで供給され
るセット信号によってHレベルとなり、ダウンカウンタ
15aのカウント値が0となった時点で供給れさるリセ
ット信号によってLレベルとなる。そして、このフリッ
プフロップ15bの出力が、スイッチ駆動回路15の矩
形波信号として電子スイッチ16を動作させる。
式的に例示するように、周期T内に最大8個の電流パル
スが流れるとともに、その周期T内に流れた電流パルス
の通電時間の合計が、デジタルPID演算部13による
フィードバック値F(N)と比例したものとなる。すな
わち、例えばF(N)の値が4であれば、周期T内にパ
ルス幅Δtの電流パルスが4個流れ、F(N)が16で
あれば、周期T内にパルス幅2Δtの電流パルスが8個
流れ、更にF(N)が32であれば、周期T内にパルス
幅4Δtの電流パルスが8個流れる。なお、フィードバ
ック値F(N)は、測定皿1aに作用する被測定荷重の
測定データとして用いられる。
2には、1回のフィードバック周期T内に基本的に8個
の電流パルスが流れる。その結果、従来のこの種の電子
天びんにおいて発生していた0.5〜2kHzの帯域の
振動が殆ど無くなり、電流パルスの周期(T/8)を持
つ振動が発生するものの、その振幅は従来の天びんにお
ける0.5〜2kHzの帯域の振動振幅に比して大幅に
小さくなることが確認された。
データ変換の仕方、およびスイッチ駆動回路15の構成
については、以上の実施例に述べたものに限定されず、
要は要は1回のフィードバック周期T内に、複数の電流
パルスが流れ、かつ、その周期T内の個々の電流パルス
の通電時間の合計がフィードバック値F(N)と比例す
るように、電磁コイル2に流れる電流が制御されればよ
い。
一定周期Tで天びん桿の変位検出信号をデジタル演算に
よってPID処理して電磁コイルに流れるフィードバッ
ク電流値を算出するとともに、その周期T内に複数の電
流パルスを流して、その各パルスの通電時間の合計がP
ID処理結果と比例するように構成しているから、フィ
ードバック周期Tを何ら変更することなく、従ってパル
ス幅変調方式の電子天びんにおける分解能および応答性
を全く低下させることなく、天びん機構の振動、特に音
の発生の原因ともなるkHz帯域の振動を大幅に低減さ
せることができ、また、天びんの平衡動作を円滑化して
有害なサンプリングノイズを低減させることができる。
すブロック図
流とフィードバック値F(N)との関係を示すグラフ
Claims (1)
- 【請求項1】 被測定荷重による天びん桿の回転変位を
変位検出手段によって検出し、その検出結果に応じて電
磁コイルに流す電流の大きさを制御することにより、被
測定荷重に対応する電磁力を発生して上記天びん桿をバ
ランスさせるサーボ系を備え、そのバランス状態で上記
電磁コイルに流れる電流値から被測定荷重の大きさを求
めるとともに、上記サーボ系は、上記変位検出手段の出
力を一定周期TごとにPID演算して上記電磁コイルに
流すフィードバック電流値を決定するPID演算手段
と、そのPID演算手段の出力によって制御され、その
演算結果に比例したデューティの一定波高値のパルス電
流を発生するパルス電流発生手段を含み、上記周期Tご
とにデューティが変化するパルス電流を電磁コイルに流
すよう構成された電子天びんにおいて、 上記PID演算手段は上記変位検出手段の出力をデジタ
ル演算してフィードバック電流値を決定するデジタルP
ID演算手段であり、そのデジタルPID演算手段の出
力は、上記周期T内にあらかじめ設定された複数の電流
パルスを流してその各パルスの通電時間の合計が当該デ
ジタル演算結果に比例したデューティとなるよう、その
各電流パルスの通電時間を決定するパルスデューティ変
換手段に導入され、そのパルスデューティ変換手段の出
力により上記パルス電流発生手段が制御されることを特
徴とする電子天びん。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01785195A JP3269311B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 電子天びん |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01785195A JP3269311B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 電子天びん |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08210901A JPH08210901A (ja) | 1996-08-20 |
JP3269311B2 true JP3269311B2 (ja) | 2002-03-25 |
Family
ID=11955172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP01785195A Expired - Fee Related JP3269311B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 電子天びん |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3269311B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106910378A (zh) * | 2017-05-09 | 2017-06-30 | 常州信息职业技术学院 | 一种模拟pid控制的教学装置及使用方法 |
-
1995
- 1995-02-06 JP JP01785195A patent/JP3269311B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH08210901A (ja) | 1996-08-20 |
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