JP3508718B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータなどの
固定子に対する回転子の回転角を測定する回転角検出装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、例えば特開平9−28115
8号公報に示されているように、入力した正弦波状信号
を所定レートでサンプリングするとともに同サンプリン
グした入力正弦波状信号のサンプル値をA/D変換し、
このA/D変換された複数のサンプル値の中から、ゼロ
クロス検出に基づいて導き出した入力正弦波状信号の周
期に基づいてピーク値近傍の複数のサンプル値を取得す
るとともに、同取得した複数のサンプル値を平均化した
値に基づいて決定される上限値及び下限値により規定さ
れる範囲を定め、同範囲外にあるサンプル値を除外して
入力正弦波状信号の振幅値を計算することは行われてい
た。
【0003】また、電動モータなどのレゾルバにおい
て、固定子及び回転子のいずれか一方に第1巻線を設け
るとともに、他方に第1巻線に対向させて互いに直交す
る第2及び第3巻線を設け、第1巻線にアナログ正弦波
信号を印加して、第2及び第3巻線に誘起する互いにπ
/2だけ位相のずれた正弦波信号すなわちSIN相信号
及びCOS相信号に基づいて、固定子に対する回転子の
回転角θを検出することはよく知られている。この場
合、例えば、位相感知検波器(同期検波回路)、積分
器、電圧制御型発振器などからなり、前記第2及び第3
巻線からの信号を入力して回転角θに同期した信号を形
成する閉ループ回路(一種のフェーズ・ロック・ループ
回路)を用いて、前記回転角θを検出するようにしてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記前者の従来技術に
おいては、ノイズの影響を受けずに入力正弦波状信号の
振幅値を検出することは可能であるが、前記計算された
振幅値にはサンプリングレート及びA/D変換による誤
差が含まれており、これらのサンプリングレート及びA
/D変換による誤差以上に入力正弦波状信号の振幅値の
検出精度を向上させることができない。
【0005】また、後者の従来技術においては、回転角
θを検出するための回路の規模が大きくなるという問題
があるとともに、高速のクロック信号が必要になるとい
う問題もある。
【0006】
【発明の概要】本発明は、上記した問題に対処するため
になされたものであり、その前提とする点は、測定され
る信号が正弦波状であって、同正弦波信号の周波数が既
知である場合に適用されるものである。そして、本発明
の目的は、この前提を利用して、入力したアナログ信号
に含まれる所定周波数を有する正弦波成分の振幅を簡単
かつ高精度に検出し、この検出した振幅を用いて、電動
モータなどの固定子に対する回転子の回転角を簡単かつ
高精度に測定することにある。
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】上記目的を達成するために、本発明の構成
上の特徴は、固定子及び回転子のいずれか一方に第1巻
線を設け、かつ固定子及び回転子の他方に前記第1巻線
に対向するとともに互いに直交する第2及び第3巻線を
設けて、固定子に対する回転子の回転角を検出する回転
角検出装置において、所定の基準アナログ正弦波信号を
前記第1巻線に印加する基準信号印加手段と、前記第2
巻線による誘起電圧信号を第1測定アナログ信号として
入力して、同入力した第1測定アナログ信号に含まれる
前記基準アナログ正弦波信号と同一周波数の正弦波成分
の振幅を導出する第1振幅導出手段と、前記第3巻線に
よる誘起電圧信号を第2測定アナログ信号として入力し
て、同入力した第2測定アナログ信号に含まれる前記基
準アナログ正弦波信号と同一周波数の正弦波成分の振幅
を導出する第2振幅導出手段と、前記第1及び第2振幅
導出手段によって計算された各振幅に基づいて前記固定
子に対する回転子の回転角を計算する回転角演算手段と
を備えたことにある。
【0026】この場合、基準アナログ正弦波信号及び回
転角をそれぞれAo・sin2πft,θとすれば、第2及
び第3巻線による誘起電圧信号すなわち第1及び第2測
定アナログ信号は、それぞれAx・Ao・sinθ・sin2πf
t及びAx・Ao・cosθ・sin2πftとなる。第1及び第
2振幅導出手段は、これらの第1及び第2測定アナログ
信号Ax・Ao・sinθ・sin2πft,Ax・Ao・cosθ・sin2
πftをそれぞれ入力して、基準アナログ正弦波信号A
o・sin2πftと同一周波数fの正弦波成分の振幅Ax・
Ao・sinθ,Ax・Ao・cosθを導出する。そして、回転角
演算手段が、これらの振幅Ax・Ao・sinθ,Ax・Ao・cos
θに基づいて前記固定子に対する回転子の回転角を計算
する。例えば、各振幅Ax・Ao・sinθ,Ax・Ao・cosθ比
の値sinθ/cosθのアークタンジェント(tan−1)を
計算することにより、回転角θを計算する。
【0027】その結果、この発明によれば、固定子に対
する回転子の回転角θを、簡単な構成により、検出でき
るようになる。
【0028】また、この発明においては、前記各振幅A
x・Ao・sinθ,Ax・Ao・cosθを検出するために、前
記第1及び第2振幅導出手段を次のように構成する。
【0029】すなわち、前記第1振幅導出手段を、前記
入力した第1測定アナログ信号を所定レートでサンプリ
ングするとともに同サンプリングした第1測定アナログ
信号を順次A/D変換する第1のA/D変換手段と、前
記第1のA/D変換手段にてA/D変換された所定数の
サンプリングデータを用いるとともに前記基準アナログ
正弦波信号と同一周波数の正弦波関数又は余弦波関数を
基底関数とする最小2乗法を適用して、同基底関数の係
数を計算することにより、前記第1測定アナログ信号に
含まれていて前記基準アナログ正弦波信号と同一周波数
の正弦波成分の振幅を計算する第1振幅演算手段とで構
成するとともに、前記第2振幅導出手段を、前記入力し
た第2測定アナログ信号を所定レートでサンプリングす
るとともに同サンプリングした第2測定アナログ信号を
順次A/D変換する第2のA/D変換手段と、前記第2
のA/D変換手段にてA/D変換された前記所定数のサ
ンプリングデータを用いるとともに前記基準アナログ正
弦波信号と同一周波数の正弦波関数又は余弦波関数を基
底関数とする最小2乗法を適用して、同基底関数の係数
を計算することにより、前記第2測定アナログ信号に含
まれていて前記基準アナログ正弦波信号と同一周波数の
正弦波成分の振幅を計算する第2振幅演算手段とで構成
できる。
【0030】これによれば、最小2乗法の採用により、
サンプリングレート及びA/D変換による誤差の影響を
最小にでき、前記各振幅Ax・Ao・sinθ,Ax・Ao・cosθ
の検出が高精度に行われるので、回転角θの検出精度も
向上する。
【0031】さらに、上記構成上の特徴に、基底関数と
して、基準アナログ正弦波信号の周波数と同一周波数の
正弦波関数及び/又は余弦波関数を採用するようにした
が、直流成分に対応した基底関数又は前記各周波数の2
倍、3倍などの高調波の周波数と同一周波数の正弦波関
数及び/又は余弦波関数をも採用して、同直流成分に対
応した基底関数の係数及び/又は同高調波の周波数と同
一周波数の正弦波関数及び/又は余弦波関数からなる各
基底関数の各係数を計算するようにするとよい。
【0032】この場合、同直流成分に対応した基底関数
の係数は入力したアナログ信号の直流オフセット成分に
対応し、また同高調波の周波数と同一周波数の正弦波関
数及び/又は余弦波関数からなる各基底関数の各係数は
高調ノイズに対応する。したがって、これらの各係数に
基づいて、回転角などの測定における異常も検出できる
ようになる。
【0033】
【発明の実施の形態】a.基本原理
本発明は、図1に示すように、基本的には周波数fが既
知の正弦波形(余弦波形)であるが、直流ノイズ、高調
波ノイズ,基準正弦波信号に対して位相の遅れ又は進み
などを含む正弦波状の検出信号を入力し、基底関数とし
て正弦波及び/又は余弦波を採用した最小2乗法を用い
て前記入力検出信号を解析するとともに、検出信号によ
って表された温度、力、変位量などの各種物理量を測定
するものである。具体的な実施形態について説明する前
に、本発明で用いる正弦波関数及び余弦波関数を基底関
数とする最小2乗法について説明しておく。
【0034】最小2乗法は、任意の波形信号y(t)を、
一次独立である基底関数φj(t)を用いて下記数1のよ
うに近似する際に、最適な計数Cjの決定手法としてよ
く知られている。ここて、tは時刻を表し、jは0〜n
の整数である。
【0035】
【数1】
【0036】また、今回扱う波形信号y(t)が基本的に
は周波数fの正弦波であることから、基底関数として正
弦波関数A・sin(2πft)を想定する。そして、波形信
号y(t)は、一般的にはこの正弦波関数A・sin(2πf
t)に対して位相ずれψを含むものであるので、図2に
示すように、波形信号y(t)を正弦波成分y(t)・sinψ
と余弦波成分y(t)・cosψに分けて解析する。したがっ
て、基底関数φj(t)として、正弦波成分のために下記
数2及び数3を採用するとともに、余弦波成分のために
下記数4を採用する。
【0037】
【数2】
【0038】
【数3】
【0039】
【数4】
【0040】まず、図1に示すような波形信号y(t)の
時刻tiにおけるサンプリング値y iと時刻tiとを対
としてm対の時系列データを採取し、これらに基づいて
正弦波成分のための基底関数φj(t)の各係数Csin(C
sin0,Csin1,Csin2…)及び余弦波成分のための基底
関数φj(t)の各係数Ccos(Ccos0,Ccos1,C
cos2…)を計算すると次のとおりである。ただし、本発
明は、波形信号y(t)中の周波数f近辺の成分を解析し
て、その振幅、位相などを検出するものであるので、高
次の高調波に関する係数は不要である。したがって、こ
の場合、n=1及びn=2の場合の係数についてのみ例
示する。
【0041】n=1の場合の正弦波成分のための基底関
数φj(t)の各係数Csin(Csin0,Csin1)及び余弦波
成分のための基底関数φj(t)の各係数Ccos(Ccos0,
Cco s1)は、下記数5,6のとおりである。
【0042】
【数5】
【0043】
【数6】
【0044】ただし、前記数5,6中のPsin,Qsin,
Pcos,Qcosは、下記数7〜10のとおりである。な
お、前記サンプル数mを基底関数φj(t)の高調波の次
数nよりも充分に大きくすることにより、計算精度を向
上させることができる。
【0045】
【数7】
【0046】
【数8】
【0047】
【数9】
【0048】
【数10】
【0049】前記説明では、サンプリングの間隔及びサ
ンプリング数mは任意であったが、この場合にはP-1を
毎回計算する必要があって面倒である。したがって、簡
単のために、サンプリング周波数fsを前記想定した正
弦波関数A・sin(2πft)の周波数f(すなわち、前記
基底関数φj(t)の正弦波成分及び余弦波成分の基本波
の周波数f)の整数倍すなわちfs=ks・f(ksは3以
上の整数)とするとともに、演算周期を前記正弦波関数
A・sin(2πft)の周期の整数倍(1以上の整数である
kt倍)にすると、サンプリング数mはm=kt・ksのよ
うになる。これらの関係と、三角関数の周期性とから、
下記数11〜数13が成立する。
【0050】
【数11】
【0051】
【数12】
【0052】
【数13】
【0053】そして、前記数11〜13の関係を用いる
と、前記数7、9のPsin,Pcosはそれぞれ下記数14
のように表される。
【0054】
【数14】
【0055】さらに、前記数8,10のQsin,Qcosに
おけるsin(2πfti),cos(2πfti)の計算において
も、tiすなわちサンプリング周期が等間隔であるの
で、定数テーブル(正弦波関数テーブル)を参照するこ
とにより簡単に行うことができる。その結果、前記計算
結果を前記数5,6に代入することにより、前記正弦波
成分のための基底関数φj(t)の各係数Csin(Csin0,
Csin1)及び余弦波成分のための基底関数φj(t)の各
係数Ccos(Ccos0,Ccos1)を簡単に計算できるよう
になる。
【0056】次に、n=2の場合について説明する。こ
の場合、正弦波成分のための基底関数φj(t)の各係数
Csin(Csin0,Csin1,Csin2)及び余弦波成分のた
めの基底関数φj(t)の各係数Ccos(Ccos0,Ccos1,
Ccos2)は、下記数15,16のとおりである。
【0057】
【数15】
【0058】
【数16】
【0059】ただし、前記数15,16中のPsin,Q
sin,Pcos,Qcosは、下記数17〜20のとおりであ
る。なお、この場合も、前記サンプル数mを基底関数φ
j(t)の高調波の次数nよりも充分に大きくすることに
より、計算精度を向上させることができる。
【0060】
【数17】
【0061】
【数18】
【0062】
【数19】【0063】
【数20】
【0064】そして、この場合も、fs=ks・f(但
し、今回のksは4以上の偶数)及びm=kt・ksの関係
を用いるとともに三角関数の周期性を適用すると、前記
数11〜数13の関係に加えて下記数21の関係が成立
する。
【0065】
【数21】
【0066】これらの関係を用いると、前記数17、1
9のPsin,Pcosはそれぞれ下記数22のように表さ
れ、またPsin -1,Pcos -1はそれぞれ下記数23のよう
に表さる。
【0067】
【数22】
【0068】
【数23】
【0069】さらに、前記数18,20のQsin,Qcos
におけるsin(2πfti),cos(2πfti)の計算におい
ても、定数テーブル(正弦波関数テーブル)を参照する
ことにより簡単に行うことができる点でも前記n=1の
場合と同じである。その結果、前記計算結果であるP
sin -1,Pcos -1,Qsin,Qcosを前記数15,16に代
入することにより、前記正弦波成分のための基底関数φ
j(t)の各係数Csin(C sin0,Csin1,Csin2)及び余
弦波成分のための基底関数φj(t)の各係数Ccos(C
cos0,Ccos1,Ccos2)を簡単に計算できるようにな
る。
【0070】b.適用例1
次に、上記のような基本理論が適用されて、入力した正
弦波の振幅、位相などを測定する正弦波測定装置を含む
とともに、同正弦波の測定を利用して種々の物理量を測
定する測定装置について説明する。
【0071】この測定装置は、図3,4に示すように、
マイクロコンピュータ10を備えている。マイクロコン
ピュータ10は、CPU、ROM、RAMなどの他に、
A/D変換部、D/A変換部などを含むインターフェー
ス部に備えており、アナログ形式の基準正弦波信号A0・
sin2πftを出力端子OUTに出力するとともに、入
力端子INにて被測定信号(正弦波に近い信号)y(t)
を入力する。
【0072】例えば、図3に示すように、基準正弦波信
号A0・sin2πftは、定インピーダンス素子21と測
定対象である可変インピーダンス素子22の直列回路2
0に印加される。この場合、定インピーダンス素子21
のインピーダンスをZ0とするとともに、可変インピー
ダンス素子22のインピーダンスをZxとする。そし
て、定インピーダンス素子21と可変インピーダンス素
子22とにより分圧されたアナログ電圧信号が、被測定
信号y(t)としてマイクロコンピュータ10に入力され
る。
【0073】また、例えば、図4に示すように、基準正
弦波信号A0・sin2πftは、定インピーダンス素子3
1〜33及び測定対象である可変インピーダンス素子3
4からなるブリッジ回路30の一対の対角位置に印加さ
れる。この場合、定インピーダンス素子31〜33のイ
ンピーダンスをZ1,Z2,Z3とするとともに、可変イ
ンピーダンス素子34のインピーダンスをZxとする。
そして、ブリッジ回路30の他の一対の対角位置の各電
圧の差電圧信号が、差動増幅器40を介して、被測定信
号y(t)としてマイクロコンピュータ10に入力され
る。
【0074】これらの場合、可変インピーダンス素子2
2,34は、温度、力、変位量などの各種物理量に応じ
てインピーダンスZxの変化する電気的素子(例えば、
前記各種物理量を検出するためのセンサ)で構成されて
いる。そして、マイクロコンピュータ10は、上記基本
原理で説明した正弦波関数及び/又は余弦波関数を基底
関数φj(t)とする最小2乗法を用いて被測定信号y
(t)を解析する。この解析は、前記基底関数φj(t)の
各係数Cjを計算することにより行われ、これらの各係
数Cjと基準正弦波信号A0・sin2πftとの比較によ
り、可変インピーダンス素子22,34のインピーダン
スZxが検出される。このインピーダンスZxの変化は前
記各種物理量に依存して変化するものであるので、前記
解析から同各種物理量が測定される。
【0075】次に、前記被測定信号y(t)の解析及び可
変インピーダンス素子22,34のインピーダンスZx
の測定について詳しく説明する。この解析及び測定は、
図3,4のマイクロコンピュータ10のROMに記憶さ
れたプログラムを同コンピュータ10のCPUが実行す
ることによって行われるものであるが、同プログラムの
実行によって実現される機能を図5に示す機能ブロック
図を用いて詳しく説明する。この場合、図6(A)の示す
ように、マイクロコンピュータ10から出力端子OUT
を介してアナログ形式の基準正弦波信号Vout=A0・sin
2πftが出力され、同コンピュータ10には、入力端
子INを介して、正弦波信号Vin=Ax・sin(2πft+
ψ)を含む被測定信号y(t)が入力されるものとする。
【0076】マイクロコンピュータ10は、基準クロッ
ク発生部100及びタイミング信号発生部110を備え
ている。基準クロック発生部100は、前記解析及び測
定の基準となるクロック信号を発生する。タイミング信
号発生部110は、前記クロック信号を入力して、各種
演算のタイミングを規定する種々のタイミング制御信号
を出力する。
【0077】また、マイクロコンピュータ10は、ディ
ジタル正弦波信号を発生する正弦波発生部120を備え
ている。この正弦波発生部120は、0〜2πに渡って
正弦波の瞬時値を表す複数のサンプリングデータを、微
小角度ずつ増加する位相に対応した複数のアドレスに対
応させて記憶した正弦波テーブルを備えており、タイミ
ング信号発生部110からのタイミング制御信号によっ
て制御されて同テーブルに記憶されたサンプリングデー
タを順次読み出すことにより、ディジタル正弦波信号を
D/A変換部122に供給する。D/A変換部122
は、この供給されたディジタル正弦波信号をD/A変換
して、出力端子OUTにアナログ形式の基準正弦波信号
Vout=A0・sin2πftとして出力する。
【0078】入力端子INには、A/D変換部130が
接続されている。A/D変換部130は、タイミング信
号発生部110からのタイミング制御信号によって制御
されて、入力端子INに入力された被測定信号y(t)を
所定レートでサンプリングするとともに同サンプリング
したアナログ信号をA/D変換して、正弦波係数演算部
140a及び余弦波係数演算部140bに順次出力す
る。なお、この被測定信号y(t)のA/D変換のタイミ
ングを、前記D/A変換部122におけるD/A変換タ
イミングと一致させると好ましい。
【0079】正弦波係数演算部140aは、タイミング
信号発生部110からのタイミング制御信号によって制
御されて、前記A/D変換のタイミングのm倍毎に、同
A/D変換されたm個のサンプリングデータを用いた上
記数5,7,8(又は数15,17,18)の演算を実
行して、正弦波成分のための基底関数φj(t)の各係数
Csin(Csin0,Csin1)(又は各係数Csin(C
sin0,Csin1,Csin2))を計算する。余弦波係数
演算部140bも、タイミング信号発生部110からの
タイミング制御信号によって制御されて、前記A/D変
換のタイミングのm倍毎に、同A/D変換されたm個の
サンプリングデータを用いた上記数6,9,10(又は
数16,19,20)の演算を実行して、余弦波成分の
ための基底関数φj(t)の各係数C
cos(Ccos0,Ccos1)(又は各係数C
cos(Ccos0,Ccos1,Ccos2))を計
算する。これらの正弦波係数演算部140aにおける演
算と、余弦波係数演算部140bにおける演算とは、同
一のサンプリングデータに対して同期して行われる。
【0080】なお、上述のように、入力信号y(t)のサ
ンプリング周波数fs(すなわちA/D変換部130の
A/D変換の出力周期)と、正弦波係数演算部140a
及び余弦波係数演算部140bの演算周期とを次のよう
に設定すれば、各係数演算部140a,140bによる
各係数Csin(Csin0,Csin1),Ccos(Ccos0,C
cos1)の演算処理を簡単にできる。この場合、入力信号
y(t)のサンプリング周波数fsを、前記想定した基準
正弦波信号A0・sin(2πft)の周波数f(すなわち、
前記基底関数φj(t)の正弦波成分及び余弦波成分の基
本波の周波数f)の整数倍すなわちfs=ks・f(ただ
し、ksは3以上の整数)に設定、言い換えれば前記基
準正弦波信号A0・sin(2πft)の周期1/fをA/D
変換部130の出力周期1/fsの整数倍すなわち1/
f=ks・1/fsに設定する。また、正弦波係数演算部
140a及び余弦波係数演算部140bの演算周期を前
記正弦波信号A0・sin(2πft)の周期の整数倍(1以
上の整数であるkt倍)にする。これにより、各係数演
算部140a,140bにて各係数Csin(Csin0,C
sin1),Ccos(Ccos0,Ccos1)を計算するために利
用されるサンプリング数mはm=kt・ksとなる。
【0081】したがって、この場合にも、上記数11〜
13が成立し、前記各係数Csin(Csin0,Csin1),
Ccos(Ccos0,Ccos1)を計算するための数5,6の
Psin,Pcosは、上記数14によって計算される。この
ように、サンプリング周波数fs(すなわちA/D変換
部130のA/D変換の出力周期)と、正弦波係数演算
部140a及び余弦波係数演算部140bの演算周期と
に前記のような制限を設けることは、基準正弦波信号A
0・sin(2πft)が既知であるので、簡単に成し得るこ
とである。
【0082】また、正弦波係数演算部140a及び余弦
波係数演算部140bによる各係数Csin(Csin0,C
sin1,Csin2),Ccos(Ccos0,Ccos1,Ccos2)の
演算処理を簡単にするためには、前記のような条件に加
えて、前記係数ksは4以上の偶数に設定する必要があ
る。これによれば、上述のように、上記数11〜13に
加えて数21が成立し、前記各係数Csin(Csin0,C
sin1,Csin2),Ccos(Ccos0,Ccos1,Ccos2)を
計算するための数15,16のPsin -1,Pcos -1は、上
記数23によって計算される。
【0083】このようにして各係数演算部140a,1
40bにて計算された各係数Csin(Csin0,Csin1)
(又は各係数Csin(Csin0,Csin1,Csin2)及び各
係数Ccos(Ccos0,Ccos1)(又は各係数Ccos(C
cos0,Ccos1,Ccos2))のうちで、各係数Csin1,C
cos1は振幅演算部150a及び位相演算部150bにそ
れぞれ供給される。振幅演算部150aは、下記数24
の演算(係数Csin1,C cos1の各2乗の和の平方根の演
算)の実行によって、上記正弦波信号Vin=Ax・sin(2
πft+ψ)の振幅Axを計算する。位相演算部150b
は、下記数25の演算(係数Csin1,Ccos1の比の値の
アークタンジェントの演算)の実行によって、上記正弦
波信号Vin=Ax・sin(2πft+ψ)の位相のずれ量ψ
を計算する。なお、下記数24,25によって前記振幅
Ax及び位相のずれ量ψが計算されることは、各値C
sin1,Ccos1が正弦波信号Vin=Ax・sin(2πft+
ψ)の周波数に対応した基底関数φ1(t)としての正弦波
成分sin2πft及び余弦波成分cos2πftの各係数で
あること、及び図6(B)のベクトル図を考慮すれば明ら
かである。
【0084】
【数24】
【0085】
【数25】
【0086】振幅演算部150a及び位相演算部150
bでそれぞれ計算された前記振幅Ax及び位相のずれ量
ψは、可変インピーダンス計算部160に供給される。
可変インピーダンス計算部160は、前記振幅Ax及び
位相のずれ量ψに基づいて可変インピーダンス素子2
2,34(図3,4)のインピーダンスZxを計算す
る。この計算においては、出力端子OUTから図3の直
列回路20及び図4のブリッジ回路30に供給される基
準正弦波信号Vout=A0・sin2πftは既知であり、図
3,4の定インピーダンス素子21,31〜33のイン
ピーダンスZ0,Z1,Z2,Z3も既知である。そして、
振幅A0,Ax、位相のずれ量ψ及び各インピーダンスZ
0,Z1,Z2,Z3の関係は、図3の直列回路20の場
合、下記数26,27の式が成立するとともに、図4の
ブリッジ回路30の場合、下記数28,29の式が成立
する。ただし、下記数26〜29において、Z0,Z1,
Z2,Z3,Zxは複素数を表し、また、Reは括弧内の
複素数の実部を表すとともに、Imは括弧内の複素数の
虚部を表している。
【0087】
【数26】
【0088】
【数27】
【0089】
【数28】
【0090】
【数29】
【0091】そして、これらの数26,27又は数2
8,29に前記振幅演算部150a及び位相演算部15
0bで計算した振幅Ax及び位相のずれ量ψを代入すれ
ば、他のインピーダンスZ0〜Z3は既知であるので、可
変インピーダンス素子22,34の各インピーダンスZ
x=Rx+jXxを算出することができる。言い換えれ
ば、インピーダンスZxの抵抗分Rxとリアクタンス分X
xを算出することができるとともに、インピーダンスZx
の大きさ(絶対値)|Zx|=(Rx2+Xx2)1/2及びイン
ピーダンスZxによる位相のずれ量tan-1(Xx/Rx)をも
計算できる。そして、これらの可変インピーダンス素子
22,34のインピーダンスZxが温度、力、変位量な
どの各種物理量に応じて変化するように構成していれ
ば、温度、力、変位量などの各種物理量を測定できる。
【0092】前記のように、この適用例1によれば、入
力信号y(t)をサンプリングしたm個のサンプリングデ
ータに最小2乗法を適用して、正弦波係数演算部140
a及び余弦波係数演算部140bにて基準正弦波信号V
out=A0・sin2πftと同一周波数の正弦波関数及び余
弦波関数の各係数Csin1,Ccos1をそれぞれ計算した。
そして、振幅演算部150a、位相演算部150b及び
可変インピーダンス計算部160にて、前記係数
Csin1,Ccos1を用いて可変インピーダンス素子22,
34の各インピーダンスZx=Rx+jXx、インピーダ
ンスZxの大きさ|Zx|及びインピーダンスZxによる
位相のずれ量tan-1(Xx/Rx)を計算するようにした。し
たがって、これによれば、サンプリング周波数に対応し
たA/D変換部130により規定される精度よりも高精
度で前記インピーダンスZx=Rx+jXx、位相のずれ
量tan-1(Xx/Rx)などを計算できる。
【0093】また、前記各係数演算部140a,140
bにて計算された各係数Csin(Cs in0,Csin1)(又
は各係数Csin(Csin0,Csin1,Csin2))及び各係
数Cco s(Ccos0,Ccos1)(又は各係数C
cos(Ccos0,Ccos1,Ccos2))のうちで、残りの係
数Csin0,Ccos0(又は係数Csin0,Csin2,Ccos0,
Ccos2)は異常検出部170に供給される。異常検出部
170は、これらの供給された係数C sin0,Ccos0(又
は係数Csin0,Csin2,Ccos0,Ccos2)に基づいて、
インピーダンスの測定の異常を判定する。係数Csin0,
Ccos0は、基準正弦波信号Vout=A0・sin2πftに対
する直流オフセット(直流ノイズ成分)を表している。
また、係数Csin2,Ccos2は、基準正弦波信号Vout=
A0・sin2πftに対する高調波成分(高調波ノイズ成
分)を表している。
【0094】したがって、これらの各係数の各2乗の和
の平方根(Csin0 2+Ccos0 2)1/2,(Csin2 2+Ccos2 2)
1/2を計算することにより、前記測定に不要な直流オフ
セット、高調波成分の大きさを計測できる。そして、こ
れらの直流オフセット、高調波成分の大きさなどの計測
値と所定値とを比較することにより、インピーダンスの
測定異常を検出するとともに、同異常を表す検出信号を
出力できる。
【0095】なお、上記適用例1においては、可変イン
ピーダンス素子22,34を有する直列回路20又はブ
リッジ回路30の各インピーダンスが抵抗分とリアクタ
ンス分とを含んでも適用可能な一般例について説明し
た。しかし、可変インピーダンス素子22,34の各イ
ンピーダンスZxが抵抗分Rx又はリアクタンス分Xxの
一方のみである場合には、マイクロコンピュータ10の
計算を簡単化することができる。ただし、この場合に
は、定インピーダンス素子21,31〜33の各インピ
ーダンスZ0,Z1,Z2,Z3も、抵抗分又はリアクタン
ス分の一方のみとする。
【0096】このように、抵抗回路20及びブリッジ回
路30が抵抗分又はリアクタンス分の一方しか含まなけ
れば、入力端子INに入力される入力信号y(t)に含ま
れる周波数fの成分は、出力端子OUTから出力される
基準正弦波信号Vout=A0・sin2πftと同一の位相に
なるはずであるので、入力信号y(t)の余弦波成分の計
算が不要となる。また、位相のずれ量ψも「0」である
ので、位相演算部150bも不要となる。したがって、
この場合には、図5の機能ブロック図は図7のように書
き換えられる。
【0097】この図7の機能ブロック図においては、基
準クロック発生部100、タイミング信号発生部11
0、正弦波発生部120、D/A変換部122、A/D
変換部130及び正弦波係数演算部140aは、上記図
5の機能ブロック図の場合と同様に動作する。振幅演算
部150aは、正弦波係数演算部140aによって計算
された係数Csin1のみを入力して、振幅Axとして出力
する。これは、入力信号y(t)の余弦波成分は「0」
であり、係数Csin1が、入力信号y(t)の基準正弦波
信号Vout=A0・sin2πftの周波数fに対応した周波
数成分の振幅Axに等しいからである。言い換えれば、
振幅演算部150aは不要となる。
【0098】また、可変インピーダンス計算部160
は、上記数26,28の式に基づいて可変インピーダン
ス素子22,34(図3,4)のインピーダンスZxす
なわち抵抗分Rx又はリアクタンス分Xxのいずれか一方
を計算する。これによっても、可変インピーダンス素子
22,34が抵抗分Rx又はリアクタンス分Xxのみを有
するとともに、同抵抗分Rx又はリアクタンス分Xxが温
度、力、変位量などの各種物理量に応じて変化するもの
であれば、同温度、力、変位量などの各種物理量を測定
できる。
【0099】また、異常検出部170は、前記と同様に
供給された係数Csin0(又はCsin0,Csin2)に基づい
て、上記図5の機能ブロック図の場合と同様に、測定に
不要な直流オフセット、高調波成分の大きさを計測す
る。したがって、この場合も、これらの直流オフセッ
ト、高調波成分の大きさなどの計測値と所定値とを比較
することにより、インピーダンスの測定異常を検出する
とともに、同異常を表す検出信号を出力できる。
【0100】また、前記のように、入力端子INに入力
される入力信号y(t)に含まれる周波数fの成分が、出
力端子OUTから出力される基準正弦波信号Vout=A0
・sin2πftと同一となる場合でも、図7の機能ブロッ
ク図の正弦波係数演算部140aに代えて上述した余弦
波係数演算部140bを用いるようにすることもでき
る。この場合、タイミング信号発生部110の制御によ
り、A/D変換部130におけるA/D変換タイミン
グ、余弦波係数演算部140bにおける演算タイミング
などを制御して、余弦波係数演算部140bにて、入力
信号y(t)の位相を基準正弦波信号Vout=A0・sin2π
ftに対してπ/2だけずらして計算するようにすれば
よい。
【0101】これによっても、可変インピーダンス素子
22,34のインピーダンスZxが抵抗分Rx又はリアク
タンス分Xxのみであるとともに、同抵抗分Rx又はリア
クタンス分Xxが温度、力、変位量などの各種物理量に
応じて変化するものであれば、同温度、力、変位量など
の各種物理量を測定できる。
【0102】また、この場合には,異常検出部170
は、余弦波係数演算部140bから供給される係数C
cos0(又はCcos0,Ccos2)に基づいて、上記図5の機
能ブロック図の場合と同様に、測定に不要な直流オフセ
ット、高調波成分の大きさを計測する。したがって、こ
の場合も、これらの直流オフセット、高調波成分の大き
さなどの計測値と所定値とを比較することにより、イン
ピーダンスの測定異常を検出するとともに、同異常を表
す検出信号を出力できる。
【0103】さらに、上記適用例1において、可変イン
ピーダンス素子22,34(図3,4)による位相ずれ
とは無関係にインピーダンスZxの大きさ|Zx|のみ
を測定する場合には、入力信号y(t)の位相を基準正弦
波信号Vout=A0・sin2πftに強制的に合わせて、入
力信号y(t)の正弦波成分のみを計算するようにしても
よい。具体的には、図8に示すように、上記図7の機能
ブロック図に、ゼロクロス検出部180を加えて、同ゼ
ロクロス検出部180によりタイミング信号発生部11
0を制御するようにする。
【0104】ゼロクロス検出部180は、入力信号y
(t)が負から正に(又は正から負に)変化するタイミン
グを検出することにより、出力端子OUTから出力され
る基準正弦波信号Vout=A0・sin2πftに対する入力
信号y(t)の位相のずれ量を計算する。そして、ゼロク
ロス検出部180は、この計算した位相のずれ量により
タイミング信号発生部110を制御して、A/D変換部
130におけるA/D変換タイミング及び正弦波係数演
算部140aにおける演算タイミングを制御する。この
場合、入力信号y(t)は基準正弦波信号Vout=A0・sin
2πftとほぼ同一の波形であるので、正弦波係数演算
部140aにおける入力信号y(t)の演算周期を基準正
弦波信号Vout=A0・sin2πftに同期させることがで
きる。その結果、この場合には、基準正弦波信号Vout
=A0・sin2πftと同一位相の入力信号y(t)を解析
することになる。
【0105】この解析は、図7の機能ブロック図による
解析と同一であり、前述の場合と同様に、振幅演算部1
50aは、正弦波係数演算部140にて計算された係数
Csi n1を振幅Axとして可変インピーダンス計算部16
0に出力する。ただし、この場合の係数Csin1及び振幅
Axの計算においては、入力信号y(t)と基準正弦波信
号Vout=A0・sin2πftとの位相ずれを無視して、入
力信号y(t)に含まれる正弦波成分Csin1・sin2πft
を基準正弦波信号Vout=A0・sin2πftと強制的に同
期させているので、振幅Axは可変インピーダンス素子
21を含む直列回路20又は可変インピーダンス素子3
4を含むブリッジ回路30のインピーダンスの大きさに
依存した値となる。
【0106】そして、この場合も、上記数26,28が
成立している。したがって、可変インピーダンス計算部
160は、上記数26,28を解くことにより、可変イ
ンピーダンス素子22,34のインピーダンスZxの大
きさ|Zx|を計算できる。
【0107】ただし、上記数26,28においては、イ
ンピーダンスZxは他のインピーダンスZ0,Z1,Z2,
Z3をも含む形式で表されているので、何らかの条件が
加わらない限り、インピーダンスZxの大きさ|Zx|を
単独で取り出すことはできない。しかしながら、前記適
用例1の変形例のように、可変インピーダンス素子2
2,34がリアクタンス分を無視できたり又は抵抗分を
無視できるものであれば、他のインピーダンスZ0,
Z1,Z2,Z3もリアクタンス分又は抵抗分を無視でき
るものを用いることにより、上記数26,28は下記数
30,31のように変形される。
【0108】
【数30】
【0109】
【数31】
【0110】したがって、この変形例によっても、可変
インピーダンス素子22,34が抵抗分Rx又はリアク
タンス分Xxのみを有するとともに、同抵抗分Rx又はリ
アクタンスXxが温度、力、変位量などの各種物理量に
応じて変化するものであれば、同温度、力、変位量など
の各種物理量を測定できる。
【0111】また、この変形例においても、異常検出部
170により、上記図7の機能ブロック図の場合と同様
にインピーダンス測定の異常が検出される。さらに、こ
の変形例においては、ゼロクロス検出部180の制御に
より、正弦波係数演算部140aにおける演算周期を基
準正弦波信号Vout=A0・sin2πftと同一位相に同期
させるようにした。しかし、これに代えて、ゼロクロス
検出部180の制御により、正弦波係数演算部140a
における演算周期を、基準正弦波信号Vout=A0・sin2
πftに対してπ/2又は−π/2だけずらすようにし
てもよい。この場合、図8の機能ブロック図の正弦波係
数演算部140aに代えて上述した余弦波係数演算部1
40bを用い、振幅演算部150aは、余弦波係数演算
部140bによって計算された係数Ccos1のみを入力し
て、振幅Axとして出力するようにするとよい。
【0112】さらに、上記適用例1及びその各種変形例
においては、正弦波係数演算部140a、余弦波係数演
算部140b、振幅演算部150a、位相演算部150
b、可変インピーダンス計算部160及び異常検出部1
70においては、m個のサンプリングデータ毎、すなわ
ち入力したアナログ信号に含まれる基準アナログ正弦波
信号と同一周波数の正弦波成分及び/又は余弦波成分の
周期のkt倍(ktは「1」以上の整数)毎に、各種演算
を実行するようにした。しかし、入力したアナログ信号
に含まれていて基準正弦波信号Vout=A0・sin2πft
と同一周波数fの正弦波成分及び/又は余弦波成分の一
周期毎に、前記m個のサンプリングデータを用いた各種
演算を行うようにしてもよい。なお、前記ktが「1」
よりも大きければ、前記演算の実行により、複数の周期
分の前記正弦波成分及び/又は余弦波成分が一周期ずつ
ずれながら順次計算されていくことになる。また、さら
に、演算速度を上げて、一つ若しくは複数のサンプリン
グタイミング毎に、前記m個のサンプリングデータを用
いた各種演算を行うようにしてもよい。
【0113】c.適用例2
次に、上記基本理論を、固定子に対する回転子の回転角
θ(具体的には、固定子巻線に対する回転子巻線の電気
角θ)を測定するための電動モータのレゾルバに適用し
た適用例2について説明する。
【0114】図9は前記測定装置を概略的に示してお
り、マイクロコンピュータ10に接続された巻線(コイ
ル)41〜43を備えている。巻線41は電動モータの
固定子側に設けられて、同巻線41には、測定装置10
の出力端子OUTを介した基準正弦波信号A0・sin2π
ftが印加されている。巻線42,43は、電動モータ
の回転子側に前記巻線41に対向して設けられて、同巻
線41の回転によって誘起される電圧を被測定信号y
1(t),y2(t)として入力端子IN1,IN2を介して
マイクロコンピュータ10に供給する。なお、巻線41
を回転子側に設けるとともに、巻線42,43を固定子
側に設けるようにしてもよい。
【0115】巻線42,43は、同一に構成されるとと
もに電気角で互いにπ/2だけずれた位置に配置されて
おり、固定子巻線に対する回転子巻線の電気角をθとす
ると、被測定信号y1(t),y2(t)は、Ax1・A0・sin
θ・sin(2πft+ψ),Ax1・A0・cosθ・sin(2πft
+ψ)を含む信号となる。すなわち、直流ドリフト分、
高調波ノイズなど不要な成分を含まなければ、y1(t)
=Ax1・A0・sinθ・sin(2πft+ψ),y2(t)=Ax2・
A0・cosθ・sin(2πft+ψ)となる。なお、ψは、基
準正弦波信号A0・sin2πftと被測定信号y1(t),y
2(t)との位相のずれ量を示す上述したものと同じであ
る。また、巻線42,43は同一に構成されているの
で、異常などのない理想状態では、振幅Ax1・A0,Ax2
・A0は同じ値である。
【0116】次に、上記適用例1の場合と同様に、マイ
クロコンピュータ10の動作を図10に示す機能ブロッ
ク図により説明する。この場合も、マイクロコンピュー
タ10は、上記適用例1の基準クロック発生部100、
タイミング信号発生部110、正弦波発生部120及び
D/A変換部122及びA/D変換部130とそれぞれ
同様に機能する基準クロック発生部200、タイミング
信号発生部210、正弦波発生部220及びD/A変換
部222を備えるとともに、上記A/D変換部130と
同様に機能するA/D変換部230,240を備えてい
る。
【0117】A/D変換部230は、入力端子IN1及
びタイミング信号発生部210に接続され、タイミング
信号発生部210からのタイミング制御信号により制御
されて、入力端子IN1にて入力した被測定信号y
1(t)(SIN相信号)を所定レートでサンプリングす
るとともに同サンプリングしたアナログ信号をA/D変
換して、正弦波係数演算部250a及び余弦波係数演算
部250bに出力する。A/D変換部240は、入力端
子IN2及びタイミング信号発生部210に接続され、
タイミング信号発生部210からのタイミング制御信号
により制御されて、入力端子IN2にて入力した被測定
信号y2(t)(COS相信号)を所定レートでサンプリ
ングするとともに同サンプリングしたアナログ信号をA
/D変換して、正弦波係数演算部260a及び余弦波係
数演算部260bに出力する。
【0118】なお、A/D変換部230,240を設け
る代わりに、前記SIN相信号及びCOS相信号を時分
割で前記のようにA/D変換するA/D変換部を一つだ
け設けるようにして、前記時分割でA/D変換したSI
N相ディジタル信号とCOS相ディジタル信号を分配出
力するようにしてもよい。
【0119】正弦波係数演算部250a,260aは、
上記正弦波係数演算部140aと同様に機能し、前記A
/D変換されたm個のサンプリングデータを用いた上記
数5、数7(又は数14)及び数8の演算を実行して、
正弦波成分のために基底関数φj(t)の係数Csin1を
それぞれ計算する。余弦波係数演算部250b,260
bも、上記余弦波係数演算部140bと同様に機能し、
前記A/D変換されたm個のサンプリングデータを用い
た上記数6、数9(又は数14)及び数10の演算を実
行して、余弦波成分のために基底関数φj(t)の係数C
cos1をそれぞれ計算する。なお、これらの場合に
は、基準正弦波信号Ao・sin2πftと同一の周波数の
正弦波成分及び余弦波成分の各係数Csin1,C
cos1のみをそれぞれ計算する。
【0120】正弦波係数演算部250a及び余弦波係数
演算部250bにて計算された係数Csin1,Ccos1は、
振幅演算部270に供給される。正弦波係数演算部26
0a及び余弦波係数演算部260bにて計算された係数
Csin1,Ccos1は、振幅演算部270に供給される。振
幅演算部260,270は、それぞれ振幅演算部150
aと同様に機能して、基準正弦波信号A0・sin2πft
と同一周波数のSIN相の被測定信号y1(t)=Ax1・A
0・sinθ・sin(2πft+ψ)及びCOS相の被測定信号
y2(t)=Ax2・A0・cosθ・sin(2πft+ψ)の各振幅
Asin=Ax1・A 0・sinθ,Acos=Ax2・A0・cosθをそれ
ぞれ計算する。
【0121】これらの各振幅Asin=Ax1・A0・sinθ,
Acos=Ax2・A0・cosθは、回転子の固定子に対する回
転角θ(回転子巻線の固定子巻線に対する電気角θ)を
計算するための回転角計算部(電気角計算部)300に
供給される。なお、巻線42,43は同一に構成されて
いて、異常などが発生していなければ、値Ax1,Ax2は
等しい。回転角計算部(電気角計算部)300は、下記
数32の演算の実行により、回転角θ(電気角θ)を計
算する。
【0122】
【数32】
【0123】これによれば、上記適用例1の場合と同様
に、電動モータの回転角θ(電気角θ)は、入力信号y
1(t),y2(t)をサンプリングしたm個のサンプリング
データに最小2乗法を適用して計算した正弦波成分及び
余弦波成分の各係数Csin1,Ccos1に基づいて計算され
る。したがって、サンプリング周波数に対応したA/D
変換部230、240により規定される精度よりも高精
度で前記回転角θ(電気角θ)を計算できる。
【0124】なお、前記数32において、分母の値が極
めて小さくなる場合、振幅値Asin,Acosが負の値にな
る場合などには、前記数32の計算が面倒になる。した
がって、下記数33〜40に示すように、振幅値Asi
n,Acosの値に応じて異なる演算(ただし、数33〜4
4は前記数32と等価な演算)を実行することにより、
回転角θの計算を簡単に行うことができる。これらの下
記数33〜44においては、前記振幅値Asin,Acosを
それぞれa=Asin,b=Acosとする。ただし、a=A
sin=0かつb=Acos=0である場合、回転角θの計算
は不能であるとともに、値a,bは異常値であるので、
回転角θの計算を行わない。
【0125】
【数33】
【0126】
【数34】
【0127】
【数35】
【0128】
【数36】
【0129】
【数37】
【0130】
【数38】
【0131】
【数39】
【0132】
【数40】【0133】また、振幅演算部260,270にて計算
された各振幅Asin=Ax1・A0・sinθ,Acos=Ax2・A0
・cosθ及び回転角計算部(電気角計算部)300にて計
算された回転角θ(電気角θ)は、異常検出部310に
も供給される。異常検出部310は、下記数41及び数
42の演算の実行により、SIN相の振幅値Ax1・A0及
びCOSの振幅値Ax2・A0をそれぞれ計算する。ただ
し、下記数41及び数42においては、分母のsinθ及
びcosθが「0」近傍の値になると演算が不能になるの
で、sinθ,cosθの各絶対値|sinθ|,|cosθ|が所
定の小さな値以下である場合には、下記数41及び数4
2の演算を実行しない。
【0134】
【数41】
【0135】
【数42】
【0136】そして、異常検出部310は、これらの振
幅値Ax1・A0,Ax2・A0が所定の範囲内に入るか否かに
よって回転角θ(電気角θ)の測定の異常を検出する。
これは、巻線41〜43が内部にてショートしたりする
レアショートなどの異常、巻線41に印加される正弦波
に歪みが生じている場合には、SIN相及びCOS相の
振幅値Ax1・A0,Ax2・A0が異常な値になることに基づ
いている。したがって,前記適用例2によれば、回転角
θ(電気角θ)の測定異常が、同回転角θ(電気角θ)
の測定との組合せによって簡単に検出される。なお、こ
の例においては、前記数41,42によって両振幅値A
x1・A0,Ax2・A0をそれぞれ計算するようにしたが、こ
れらのうちの一方のみの振幅値を計算して、同計算した
振幅値のみにより異常を判定するようにしてもよい。
【0137】また、この適用例2においては、SIN相
の被測定信号y1(t)に対しても、COS相の被測定信
号y2(t)に対しても、それぞれ正弦波係数演算部25
0a,260a及び余弦波係数演算部250b,260
bをそれぞれ設けるようにした。しかし、巻線42,4
3に誘起される信号は巻線41に印加される基準正弦波
信号A0・sin2πftからほぼπ/2だけ位相がずれた
信号となる。したがって、タイミング信号発生部210
から出力される制御信号により、出力端子OUTから出
力される基準正弦波信号A0・sin2πftと同一タイミ
ングで、すなわち基準正弦波信号A0・sin2πftの出
力タイミングとを同期させて各係数演算部250a,2
50b,260a,260bを動作させるようにすれ
ば、被測定信号y1(t),y2(t)の正弦波成分は理論的
には「0」になるはずである。
【0138】したがって、マイクロコンピュータ10の
計算を図11のように簡単化することができる。すなわ
ち、上記正弦波係数演算部250a,260aを省略で
きる。また、余弦波係数演算部250b、260bによ
って計算される各係数Ccos1は、それぞれSIN相及び
COS相の各被測定信号y1(t),y2(t)のうちで基準
正弦波信号A0・sin2πftと同一周波数成分の振幅Ax
1・A0・sinθ,Ax2・A 0・cosθをそれぞれ表すので、上
記振幅演算部270,280も不要となる。したがっ
て、前記余弦波係数演算部250b、260bによって
計算される各係数Ccos1は、振幅Ax1・A0・sinθ,Ax2
・A0・cosθをそれぞれ表す信号として、回転角計算部3
00及び異常検出部310に供給される。そして、回転
角計算部300により、前記場合と同様に、上記数32
により回転角θ(電気角θ)が計算される。また、異常
検出部310は、前記場合と同様に、前記計算された回
転角θ(電気角θ)をも用いて前記数41,42の演算
により振幅Ax1・A0,Ax2・A0を計算して、回転角θ
(電気角θ)の測定における異常を検出する。その結
果、これによれば、簡単に回転角θ(電気角θ)を測定
できるようになるとともに、同測定の異常を検出できる
ようになる。
【0139】また、上記適用例1の変形例の場合と同様
に、図12に示すように、ゼロクロス検出部320を設
けて、SIN相の被測定信号y1(t)=Ax1・A0・sinθ・
sin(2πft+ψ)及びCOS相の被測定信号y2(t)=
Ax2・A0・cosθ・sin(2πft+ψ)における位相のずれ
量ψを「0」にすることも可能である。これによれば、
上記適用例2の余弦波係数演算部250b,260bを
省略できる。また、この場合には、正弦波係数演算部2
50a、260aによって計算される各係数Csin1が、
それぞれSIN相及びCOS相の各被測定信号y
1(t),y2(t)のうちで基準正弦波信号A0・sin2πf
tと同一周波数成分の振幅Ax1・A0・sinθ,Ax2・A0・c
osθをそれぞれ表すことになる。したがって、この場合
も、上記振幅演算部270,280も不要となり、回転
角計算部300により、前記場合と同様に、上記数32
により回転角θ(電気角θ)が計算されるとともに、異
常検出部310により回転角θ(電気角θ)の測定にお
ける異常が検出される。その結果、これによっても、簡
単に回転角θ(電気角θ)を測定できるようになるとと
もに、同測定の異常を検出できるようになる。
【0140】上記適用例2及びその各種変形例において
は、正弦波係数演算部250a,260a、余弦波係数
演算部250b,260b、振幅演算部270,28
0、回転角計算部300及び異常検出部310において
は、m個のサンプリングデータ毎、すなわち入力したア
ナログ信号に含まれる基準アナログ正弦波信号と同一周
波数の正弦波成分及び/又は余弦波成分の周期のkt倍
(ktは「1」以上の整数)毎に、各種演算を実行する
ようにした。しかし、この場合も、入力したアナログ信
号に含まれる基準アナログ正弦波信号と同一周波数の正
弦波成分及び/又は余弦波成分の一周期毎に、前記m個
のサンプリングデータを用いた各種演算を行うようにし
てもよい。なお、前記ktが「1」よりも大きければ、
前記各種演算の実行により、複数の周期分の前記正弦波
成分及び/又は余弦波成分が一周期ずつずれながら順次
計算されることになる。また、さらに、演算速度を上げ
て、一つ若しくは複数のサンプリングタイミング毎に、
前記m個のサンプリングデータを用いた各種演算を行う
ようにしてもよい。
【0141】d.その他の変形例
上記適用例1の図5の機能ブロック図においては、正弦
波係数演算部140a及び余弦波係数演算部140bに
て両係数Csin,Ccosを常に計算するとともに、位相演
算部150bにて両係数Csin,Ccosを用いて位相のず
れ量ψを常に計算するようにした。しかし、その変形例
のように振幅Axのみを計算すればよい場合には、演算
の開始時、所定時間毎などに前記位相のずれ量ψを計算
して、同計算したずれ量ψを用いて、正弦波係数演算部
140aにおける入力信号y(t)の演算周期を基準正弦
波信号Vout=A0・sin2πftに同期させることができ
る。この場合、前記計算した位相のずれ量ψに基づいて
タイミング信号発生部110を制御することにより、A
/D変換部130におけるA/D変換タイミング及び正
弦波係数演算部140aにおける演算タイミングを制御
して、入力信号y(t)の演算周期を基準正弦波信号Vou
t=A0・sin2πftに同期させるようにすればよい。
【0142】これによれば、余弦波係数演算部140b
及び位相演算部150bの演算をときどき行うだけで、
常には、図7の機能ブロック図の場合と同様に、正弦波
係数演算部140aにて係数Csinのみを計算すること
により、振幅Axを計算できるようになる。これによ
り、振幅Axの計算におけるマイクロコンピュータ10
の負荷を軽減できる。また、位相のずれ量ψによる前記
同期制御をときどき行うことにより、時間経過に従って
温度などが変化して入力信号y(t)の位相が変化して
も、振幅Axの計算精度を常に良好に保つことができ
る。
【0143】また、この場合も、前記計算した位相のず
れ量ψを用いてタイミング信号発生部110を制御し
て、余弦波係数演算部140bにおける演算周期を、基
準正弦波信号Vout=A0・sin2πftに対してπ/2又
は−π/2だけずらすようにしてもよい。これによれ
ば、正弦波係数演算部140a及び位相演算部150b
の演算をときどき行うだけで、常には、余弦波係数演算
部140bにて係数Ccosのみを計算することにより、
振幅Axを計算できるようになる。
【0144】また、このような位相のずれ量ψを用いた
演算タイミングの制御は、図10に示す適用例2に対し
ても適用される。この場合、振幅演算部270,280
にて、正弦波係数演算部250a,260a及び余弦波
係数演算部250b,260bからの各係数Csin,Cc
osに基づいて前記位相のずれ量ψを、演算開始及び所定
時間毎にときどきに計算して、同計算した位相のずれ量
ψを用いてタイミング信号発生部210を制御すること
により、正弦波係数演算部250a,260a及び余弦
波係数演算部250b,260bにおける入力信号y
(t)の演算周期を基準正弦波信号Vout=A0・sin2πf
tに同期させ又は基準正弦波信号Vout=A0・sin2πf
tに対してπ/2又は−π/2だけずらすようにすれば
よい。
【0145】これによっても、前記位相のずれ量ψの計
算をときどき行うだけで、常には、正弦波係数演算部2
50a,260a又は余弦波係数演算部250b,26
0bにて係数Csin,Ccosの一方のみを計算するだけ
で、SIN相及びCOS相の各振幅Ax1・A0・sinθ,A
x2・A0・cosθを計算できるようになる。そして、これら
の振幅Ax1・A0・sinθ,Ax2・A0・cosθを用いて回転角
計算部300にて回転角θが計算される。その結果、こ
れによっても、回転角θの計算におけるマイクロコンピ
ュータ10の負荷を軽減できる。また、位相のずれ量ψ
による前記同期制御をときどき行うことにより、時間経
過に従って温度などが変化して入力信号y1(t),y1
(t)の位相が変化しても、回転角θの計算精度を常に良
好に保つことができる。
【0146】また、上記適用例1,2及びそれらの変形
例においては、正弦波発生部120,220及びD/A
変換部122、222により正弦波信号を発生させるよ
うにしたが、これらに代えて、正弦波状信号を発生する
種々の電気回路を利用できる。例えば、アナログ正弦波
信号を発生する発振器を用いることができる。
【0147】さらに、上記適用例1,2及びそれらの各
種変形例においては、各種演算をマイクロコンピュータ
10により実行するようにしたが、ディジタル信号処理
を行う一つ若しくは複数のハード回路(例えば、集積回
路)により、前記マイクロコンピュータ10の機能を実
現するようにしてもよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION,Dynamic motor
Rotation angle detector that measures the rotation angle of the rotor with respect to the stator
About the installation.
[0002]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-28115
No. 8, as shown in the input sinusoidal signal
At the specified rate and sample
A / D converts the sampled value of the input sine wave signal
From the plurality of A / D converted sample values, zero
The frequency of the input sinusoidal signal derived based on the cross detection
Multiple sample values near the peak value based on the period
And averaged multiple sample values
Specified by upper and lower limits determined based on the value
Range and exclude sample values that fall outside the range.
Calculating the amplitude value of the input sinusoidal signal is not done.
Was.
[0003] In addition, in resolvers such as electric motors,
And a first winding is provided on one of the stator and the rotor.
And the other is orthogonal to the first winding facing the first winding.
Second and third windings, and the first winding has an analog sine wave
Applying a signal to each other induces π in the second and third windings.
Sine wave signal shifted in phase by / 2, ie, SIN phase signal
Of the rotor with respect to the stator based on the
Detecting the rotation angle θ is well known. This place
For example, phase sensing detector (synchronous detection circuit), integration
, A voltage controlled oscillator, etc., the second and third
Input signal from winding to form signal synchronized with rotation angle θ
A closed loop circuit (a kind of phase locked loop)
Circuit) to detect the rotation angle θ.
You.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION
Of the input sine wave signal without being affected by noise.
It is possible to detect the amplitude value, but the calculated
The error due to the sampling rate and A / D conversion
The difference is included and their sampling rate and A
Of the amplitude value of the input sine wave signal
The detection accuracy cannot be improved.
In the latter prior art, the rotation angle
The problem that the circuit size for detecting θ becomes large
And a high-speed clock signal is needed
There is also a problem.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention addresses the problems described above.
The premise is that it is measured
SignalIs positiveChord-likeInTherefore, the frequency of the sine wave signal is already
It applies when you are knowledgeable. And the present invention
The purpose of this is to use this assumption to
Of the sine wave component having the predetermined frequency contained inSimple widthsingle
And highly accurate detectionThen, using the detected amplitude,Movement
Rotation angle of rotor with respect to stator such as motorSimplifiedSimple and
Measuring with high accuracyInYou.
[0007]
[0008]
[0009]
[0010]
[0011]
[0012]
[0013]
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]To achieve the above objectives,Configuration of the present invention
The feature above is that the first volume is applied to either the stator or the rotor.
Wire, and the first winding on the other of the stator and the rotor.
And the second and third windings which are orthogonal to each other
Rotation to detect the rotation angle of the rotor with respect to the stator
In the angle detection device, a predetermined reference analog sine wave signal is generated.
A reference signal applying means for applying to the first winding;
The voltage induced by the winding as the first measured analog signal
Input and included in the input first measured analog signal
A sine wave component having the same frequency as the reference analog sine wave signal
First amplitude deriving means for deriving the amplitude of
Input voltage signal as a second measurement analog signal
The base signal included in the input second measurement analog signal.
Amplitude of sine wave component of same frequency as quasi-analog sine wave signal
And second amplitude deriving means for deriving the first and second amplitudes
The fixed based on each amplitude calculated by the deriving means
Rotation angle calculating means for calculating the rotation angle of the rotor with respect to the rotor;
That you have.
In this case, the reference analog sine wave signal and
If the turning angles are Ao · sin2πft and θ, respectively,
And the voltage induced by the third winding, ie, the first and second measurements
The constant analog signals are Ax, Ao, sinθ, sin2πf, respectively.
t and Ax · Ao · cosθ · sin2πft. No.1st and 1st
The two amplitude deriving means is configured to output the first and second measurement analogs.
Signal Ax · Ao · sinθ · sin2πft, Ax · Ao · cosθ · sin2
πft, respectively, and the reference analog sine wave signal A
The amplitude Ax of the sine wave component having the same frequency f as o · sin2πft
Ao · sinθ and Ax · Ao · cosθ are derived. And the rotation angle
The calculating means calculates the amplitudes Ax, Ao, sinθ, Ax, Ao, cos
Calculate the rotation angle of the rotor with respect to the stator based on θ
I do. For example, each amplitude Ax · Ao · sinθ, Ax · Ao · cosθ ratio
Arc tangent of the value sinθ / cosθ (tan-1)
By calculating, the rotation angle θ is calculated.
As a result, according to the present invention, the stator
The rotation angle θ of the rotating rotor can be detected with a simple configuration.
Become so.
According to the present invention, each of the amplitudes A
To detect x ・ Ao ・ sinθ and Ax ・ Ao ・ cosθ,
First and second amplitude deriving meansNextAsConfusedTo achieve.
That is, the first amplitude deriving means includes:
Samples the input first measured analog signal at a predetermined rate
1st measurement analog sampled and sampled
First A / D conversion means for sequentially A / D converting signals;
The predetermined number of A / D converted by the first A / D converting means
Using sampling data and the reference analog
A sine wave function or cosine wave function of the same frequency as the sine wave signal
Applying the least squares method as the basis function,
By calculating the number, the first measured analog signal
Included and at the same frequency as the reference analog sine wave signal
And first amplitude calculating means for calculating the amplitude of the sine wave component of
And inputting the second amplitude deriving means to the
The second measured analog signal at a predetermined rate.
And the second sampled analog signal
Second A / D conversion means for sequentially performing A / D conversion;
Of the predetermined number of A / D converted by the A / D conversion means.
Using the reference analog positive
Based on a sine or cosine function at the same frequency as the sinusoidal signal
Apply the least-squares method as the base function to obtain the coefficients of the same basis function
Is calculated to include in the second measured analog signal
Of the same frequency as the reference analog sine wave signal
A second amplitude calculator for calculating the amplitude of the sine wave component
it can.
According to this,The mostBy adopting the small square method,
Influence of sampling rate and error due to A / D conversion
Each of the amplitudes Ax · Ao · sinθ and Ax · Ao · cosθ
Is detected with high accuracy, so the detection accuracy of the rotation angle θ
improves.
Further, aboveNotationThe basic features and basis functions
do it, BasisOf the same frequency as the frequency of the quasi-analog sine wave signal.
Sine wave function and / or cosine wave function are adopted
Is the basis function corresponding to the DC component or 2
Sine wave function with the same frequency as the harmonic frequency
Using the number and / or cosine wave function,
Same as the coefficient of the corresponding basis function and / or the frequency of the same harmonic
Each consisting of a sine wave function and / or a cosine wave function of one frequency
It is preferable to calculate each coefficient of the basis function.
In this case, the basis function corresponding to the DC component
Coefficient is the DC offset component of the input analog signal.
Sine wave function of the same frequency
Each coefficient of each basis function consisting of a number and / or a cosine wave function is
Corresponds to harmonic noise. Therefore, for each of these coefficients
On the basis of, TimesAbnormalities in measurement such as turning angles can also be detected
Become like
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION a. Basic principle
According to the present invention, as shown in FIG.
Although it is a known sine waveform (cosine waveform), DC noise, harmonics
Wave noise, phase lag or lead with respect to reference sine wave signal
Input a sinusoidal detection signal including
Using the least squares method employing sine and / or cosine waves
The input detection signal is analyzed by the
Measures various physical quantities such as temperature, force, displacement, etc. expressed as
To do. Before describing specific embodiments
The sine wave function and cosine wave function used in the present invention are
The least square method as a number will be described.
In the least square method, an arbitrary waveform signal y (t) is
A basis function φ that is linearly independentjUsing (t),
When approximating CjAs a decision method
Well known. Here, t represents time, and j is 0 to n
Is an integer.
[0035]
(Equation 1)
The waveform signal y (t) handled this time is basically
Is a sine wave of frequency f,
Assume a sinusoidal function A · sin (2πft). And the waveform signal
The signal y (t) is generally represented by the sinusoidal function A · sin (2πf
t) includes a phase shift ψ, so FIG.
As shown, the waveform signal y (t) is converted into a sine wave component y (t) · sinψ
And the cosine wave component y (t) · cosψ. Accordingly
And the basis function φjAs (t), for the sine wave component:
Using Equations 2 and 3, and for the cosine wave component
The following equation 4 is adopted.
[0037]
(Equation 2)
[0038]
(Equation 3)
[0039]
(Equation 4)
First, the waveform signal y (t) shown in FIG.
Time tiSampling value y at iAnd time tiPair with
And collect m pairs of time-series data as
Basis function φ for sinusoidal componentjEach coefficient C of (t)sin(C
sin0, Csin1, Csin2…) And basis for cosine components
Function φjEach coefficient C of (t)cos(Ccos0, Ccos1, C
cos2…) Is calculated as follows. However,
Akira analyzes the components near frequency f in the waveform signal y (t).
It detects the amplitude, phase, etc.
No coefficient is needed for the next harmonic. Therefore,
In the case of, only the coefficients for n = 1 and n = 2 are examples
Show.
The basis function for the sine wave component when n = 1
Number φjEach coefficient C of (t)sin(Csin0, Csin1) And cosine wave
Basis function φ for componentsjEach coefficient C of (t)cos(Ccos0,
Cco s1) Is as shown in the following Expressions 5 and 6.
[0042]
(Equation 5)
[0043]
(Equation 6)
Where P in the above formulas (5) and (6)sin, Qsin,
Pcos, QcosIs as shown in the following Expressions 7 to 10. What
Here, the number m of samples is represented by a basis function φ.jNext to harmonics of (t)
By making it sufficiently larger than the number n, the calculation accuracy can be improved.
Can be up.
[0045]
(Equation 7)
[0046]
(Equation 8)
[0047]
(Equation 9)
[0048]
(Equation 10)
In the above description, the sampling interval and the sampling
The sampling number m was arbitrary, but in this case P-1To
It has to be calculated every time, which is troublesome. Therefore,
For simplicity, the sampling frequency fsIs assumed to be positive
The frequency f of the sinusoidal function A · sin (2πft) (that is,
Basis function φjFundamental wave of sine wave component and cosine wave component of (t)
An integer multiple of the frequency f), ie fs= Ks・ F (ksIs 3 or less
And the calculation cycle is the sine wave function
An integer multiple of the period of A · sin (2πft) (an integer of 1 or more)
ktTimes), the sampling number m is m = kt・ KsNo
Swell. From these relationships and the periodicity of the trigonometric function,
The following Expressions 11 to 13 hold.
[0050]
(Equation 11)
[0051]
(Equation 12)
[0052]
(Equation 13)
Then, the relationship of the above equations 11 to 13 is used.
And P in Equations 7 and 9sin, PcosIs the following number 14
Is represented as
[0054]
[Equation 14]
Further, Q in the above equations (8) and (10)sin, QcosTo
Sin (2πft)i), Cos (2πftiIn the calculation of)
Also tiIn other words, the sampling period is
Refer to the constant table (sine wave function table) in
This can be done more easily. As a result, the calculation
By substituting the result into the above equations (5) and (6), the sine wave
Basis function φ for componentsjEach coefficient C of (t)sin(Csin0,
Csin1) And the basis function φ for the cosine wave componentjEach of (t)
Coefficient Ccos(Ccos0, Ccos1) Can be calculated easily
become.
Next, the case where n = 2 will be described. This
, The basis function φ for the sinusoidal componentjEach coefficient of (t)
Csin(Csin0, Csin1, Csin2) And the cosine wave component
Basis function φjEach coefficient C of (t)cos(Ccos0, Ccos1,
Ccos2) Is as shown in the following Expressions 15 and 16.
[0057]
(Equation 15)
[0058]
(Equation 16)
Where P in Equations 15 and 16sin, Q
sin, Pcos, QcosIs as shown in the following Expressions 17 to 20.
You. In this case as well, the number m of samples is replaced by the basis function φ.
jTo make it sufficiently larger than the harmonic order n of (t)
Thus, calculation accuracy can be improved.
[0060]
[Equation 17]
[0061]
(Equation 18)
[0062]
[Equation 19][0063]
(Equation 20)
Then, also in this case, fs= Ks・ F (however
And this time ksIs an even number of 4 or more) and m = kt・ Ksconnection of
When using and applying the periodicity of the trigonometric function,
In addition to the relations of Equations 11 to 13, the following relation of Equation 21 is established.
I do.
[0065]
(Equation 21)
Using these relationships, the above equations (17), (1)
9 Psin, PcosAre represented as shown in Equation 22 below.
And Psin -1, Pcos -1Are as shown in Equation 23 below
To be represented.
[0067]
(Equation 22)
[0068]
(Equation 23)
Further, Q in the above equations (18) and (20)sin, Qcos
Sin (2πfti), Cos (2πfti) Calculation
Even refer to the constant table (sine wave function table)
Therefore, the above-mentioned n = 1
Same as case. As a result, the calculation result P
sin -1, Pcos -1, Qsin, QcosInto the above equations 15 and 16
, The basis function φ for the sinusoidal component
jEach coefficient C of (t)sin(C sin0, Csin1, Csin2) And the remainder
Basis function φ for sinusoidal componentjEach coefficient C of (t)cos(C
cos0, Ccos1, Ccos2) Can be easily calculated
You.
B. Application example 1
Next, the basic theory as described above is applied to
Includes a sine wave measuring device for measuring the amplitude, phase, etc. of a sine wave
At the same time, various physical quantities are measured using the measurement of the sine wave.
The measuring device to be determined will be described.
This measuring device, as shown in FIGS.
A microcomputer 10 is provided. Microcon
The computer 10 has a CPU, a ROM, a RAM, and the like,
Interface including A / D converter, D / A converter, etc.
The analog sine wave signal A0・
sin2πft is output to the output terminal OUT and
Signal to be measured at input terminal IN (signal close to sine wave) y (t)
Enter
For example, as shown in FIG.
Issue A0・ Sin2πft is measured with the constant impedance element 21.
The series circuit 2 of the variable impedance element 22 to be fixed
0 is applied. In this case, the constant impedance element 21
The impedance of Z0And variable impedance
Let the impedance of the dance element 22 be Zx. Soshi
And the constant impedance element 21 and the variable impedance element
The analog voltage signal divided by the element 22 is
The signal is input to the microcomputer 10 as a signal y (t).
You.
For example, as shown in FIG.
Sine wave signal A0· Sin2πft is a constant impedance element 3
1 to 33 and the variable impedance element 3 to be measured
4 is applied to a pair of diagonal positions of the bridge circuit 30 composed of
It is. In this case, the constant impedance elements 31 to 33
Impedance Z1, ZTwo, ZThreeAnd the variable
The impedance of the impedance element 34 is defined as Zx.
Then, each of the other pair of diagonal positions of the bridge circuit 30 is turned on.
The differential voltage signal of the voltage
Is input to the microcomputer 10 as the number y (t).
You.
In these cases, the variable impedance element 2
2, 34 correspond to various physical quantities such as temperature, force, displacement, etc.
Electrical element (e.g.,
Sensors for detecting the various physical quantities)
I have. The microcomputer 10 has the basic
Based on sine and / or cosine wave functions explained in principle
Function φjThe signal under test y using the least squares method as (t)
(t) is analyzed. This analysis is based on the basis function φj(t)
Each coefficient CjIs performed by calculating
Number CjAnd the reference sine wave signal A0・ By comparison with sin2πft
The impedance of the variable impedance elements 22 and 34
Zx is detected. This change in impedance Zx
Since it changes depending on the various physical quantities,
The various physical quantities are measured from the analysis.
Next, the signal under test y (t) is analyzed and
The impedance Zx of the variable impedance elements 22 and 34
Will be described in detail. This analysis and measurement
3 and 4, stored in the ROM of the microcomputer 10.
The executed program is executed by the CPU of the computer 10.
This is done by
FIG. 5 is a functional block showing functions realized by execution.
This will be described in detail with reference to the drawings. In this case, as shown in FIG.
Output from the microcomputer 10
, The analog reference sine wave signal Vout = A0・ Sin
2πft is output, and the computer 10 has an input terminal
Sine wave signal Vin = Ax · sin (2πft +
It is assumed that a signal under measurement y (t) including ψ) is input.
The microcomputer 10 has a reference clock.
And a timing signal generator 110.
ing. The reference clock generator 100 performs the analysis and measurement.
Generates a clock signal that serves as a fixed reference. Timing signal
The signal generator 110 receives the clock signal and
Various timing control signals that define the timing of operation
Is output.
The microcomputer 10 has a
A sine wave generator 120 for generating a digital sine wave signal
ing. This sine wave generation unit 120
Multiple sampling data representing the instantaneous value of the sine wave
For multiple addresses corresponding to phases that increase by small angles
It has a sine wave table stored in response to
The timing control signal from the
Sampling data stored in the table
Digital sine wave signal by reading the
It is supplied to the D / A converter 122. D / A converter 122
Converts the supplied digital sine wave signal to D / A
Then, an analog reference sine wave signal is output to the output terminal OUT.
Vout = A0・ Output as sin2πft.
An A / D converter 130 is connected to the input terminal IN.
It is connected. The A / D converter 130 outputs the timing signal.
Control by the timing control signal from the signal generator 110
Then, the signal under test y (t) input to the input terminal IN is
Sampling at the specified rate and same sampling
A / D-converts the converted analog signal, and calculates a sine wave coefficient
140a and the cosine wave coefficient calculation unit 140b.
You. Note that the timing of the A / D conversion of the signal under test y (t) is
The D / A conversion section in the D / A conversion section 122.
It is preferable to match with the imming.
The sine wave coefficient calculation unit 140a calculates the timing
Controlled by the timing control signal from the signal generator 110
The timing is controlled every m times the timing of the A / D conversion.
A / D conversion is performed using m sampling data.
Perform the operations of numbers 5, 7, 8 (or equations 15, 17, 18).
Go to the basis function φ for the sinusoidal componentjEach coefficient of (t)
Csin(Csin0, Csin1) (Or each coefficient C)sin(C
sin0, Csin1, Csin2)). Cosine wave coefficient
The operation unit 140b also receives a signal from the timing signal generation unit 110.
The A / D conversion is controlled by a timing control signal.
For each m times the conversion timing, the m A / D converted m
Equations (6), (9), (10) using sampling data (or
By performing the operations of Equations 16, 19, and 20),Cosine waveIngredient
Basis function φ forjEach coefficient C of (t)
cos(Ccos0, Ccos1) (Or each coefficient C)
cos(Ccos0, Ccos1, Ccos2))
Calculate. The performance of these sine wave coefficient calculation units 140a
The calculation and the calculation in the cosine wave coefficient calculation unit 140b are the same.
This is performed in synchronization with one sampling data.
As described above, the input signal y (t)
Sampling frequency fs(That is, the A / D conversion unit 130
Output cycle of A / D conversion) and sine wave coefficient calculation unit 140a
And the calculation cycle of the cosine wave coefficient calculation unit 140b is as follows:
, The coefficient calculation units 140a and 140b
Each coefficient Csin(Csin0, Csin1), Ccos(Ccos0, C
cos1) Can be simplified. In this case, the input signal
sampling frequency f of y (t)sIs the standard assumed above.
Sine wave signal A0The frequency f of sin (2πft) (ie,
The basis function φjbase of sine and cosine wave components of (t)
An integral multiple of the frequency f) of the main wave, ie, fs= Ks・ F (just
Then ksIs an integer of 3 or more).
Quasi-sine wave signal A0A / D is the cycle 1 / f of sin (2πft)
Output cycle 1 / f of converter 130sInteger multiple of 1
f = ks・ 1 / fsSet to. The sine wave coefficient calculation unit
140a and the cosine wave coefficient calculation unit 140b
Sine wave signal A0-An integral multiple of the cycle of sin (2πft) (1 or less)
The integer k abovetTimes). As a result, each coefficient
Calculation unit 140a, 140b each coefficient Csin(Csin0, C
sin1), Ccos(Ccos0, Ccos1) To calculate
The sampling number m used is m = kt・ KsBecomes
Therefore, also in this case,
13 holds, and each of the coefficients Csin(Csin0, Csin1),
Ccos(Ccos0, Ccos1) To calculate the numbers 5 and 6
Psin, PcosIs calculated by the above equation (14). this
So that the sampling frequency fs(That is, A / D conversion
Output cycle of A / D conversion of unit 130) and sine wave coefficient calculation
Calculation cycle of the unit 140a and the cosine wave coefficient calculation unit 140b
Of the reference sine wave signal A
0・ Since sin (2πft) is known, it can be easily achieved.
And
The sine wave coefficient calculating section 140a and the cosine
Each coefficient C by the wave coefficient calculation unit 140bsin(Csin0, C
sin1, Csin2), Ccos(Ccos0, Ccos1, Ccos2)of
In order to simplify the arithmetic processing, the above conditions must be added.
And the coefficient ksMust be set to an even number greater than or equal to 4.
You. According to this, as described above,
In addition, Equation 21 is established, and each of the coefficients Csin(Csin0, C
sin1, Csin2), Ccos(Ccos0, Ccos1, Ccos2)
P of numbers 15 and 16 for calculationsin -1, Pcos -1Is on
It is calculated by the notation 23.
In this way, each of the coefficient calculation units 140a, 1
Each coefficient C calculated in 40bsin(Csin0, Csin1)
(Or each coefficient Csin(Csin0, Csin1, Csin2) And each
Coefficient Ccos(Ccos0, Ccos1) (Or each coefficient C)cos(C
cos0, Ccos1, Ccos2)), Each coefficient Csin1, C
cos1Are supplied to the amplitude calculation section 150a and the phase calculation section 150b.
Supplied respectively. The amplitude calculation unit 150a calculates
Calculation (coefficient Csin1, C cos1Of the square root of the sum of each square of
Calculation), the sine wave signal Vin = Ax · sin (2
The amplitude Ax of (πft + π) is calculated. Phase calculator 150b
Is calculated by the following equation 25 (coefficient Csin1, Ccos1Of the value of the ratio of
Execution of the arctangent operation)
Wave signal Vin = Ax · sin (2πft + ψ) Phase shift amountψ
Is calculated. Note that the amplitude is expressed by
The calculation of Ax and the phase shift amount ψ is based on each value C
sin1, Ccos1Is a sine wave signal Vin = Ax · sin (2πft +
Basis function φ corresponding to the frequency of ψ)1Sine wave as (t)
The coefficients of the component sin2πft and the cosine wave component cos2πft
It is clear from the fact that there is and that the vector diagram in FIG.
Is.
[0084]
[Equation 24]
[0085]
(Equation 25)
The amplitude calculator 150a and the phase calculator 150
the amplitude Ax and the phase shift calculated respectively in b
ψ is supplied to the variable impedance calculator 160.
The variable impedance calculator 160 calculates the amplitude Ax and
Variable impedance element 2 based on phase shift amount ψ
Calculate impedance Zx of 2,34 (FIGS. 3 and 4)
You. In this calculation, the output terminal OUT is
The base supplied to the column circuit 20 and the bridge circuit 30 of FIG.
Quasi-sine wave signal Vout = A0・ Sin2πft is already known.
3 and 4 constant impedance elements 21 and 31 to 33
Peedance Z0, Z1, ZTwo, ZThreeAre also known. And
Amplitude A0, Ax, the amount of phase shift ψ, and each impedance Z
0, Z1, ZTwo, ZThreeIs related to the case of the series circuit 20 in FIG.
In this case, the following equations 26 and 27 hold, and
In the case of the bridge circuit 30, the following equations 28 and 29 hold.
I do. However, in the following equations 26 to 29, Z0, Z1,
ZTwo, ZThree, Zx represents a complex number, and Re represents the number in parentheses.
Represents the real part of the complex number, and Im represents the complex number in parentheses.
Represents the imaginary part.
[0087]
(Equation 26)
[0088]
[Equation 27]
[0089]
[Equation 28]
[0090]
(Equation 29)
Then, these equations 26, 27 or 2
8 and 29, the amplitude calculator 150a and the phase calculator 15
Substituting the amplitude Ax and the phase shift amount 計算 calculated at 0b
If other impedance Z0~ ZThreeIs known,
Each impedance Z of the variable impedance elements 22 and 34
x = Rx + jXx can be calculated. Paraphrase
For example, the resistance Rx of the impedance Zx and the reactance X
x can be calculated and the impedance Zx
(Absolute value) | Zx | = (RxTwo+ XxTwo)1/2And Inn
Phase shift tan due to impedance Zx-1(Xx / Rx)
Can calculate. And these variable impedance elements
The impedance Zx of 22 and 34 is temperature, force, displacement
Which is configured to change according to various physical quantities
For example, various physical quantities such as temperature, force, and displacement can be measured.
As described above, according to the application example 1, the input
M sampling data obtained by sampling the force signal y (t)
Applying the least squares method to the sine wave coefficient calculation unit 140
a and the reference sine wave signal V in the cosine wave coefficient calculation unit 140b.
out = A0A sinusoidal function with the same frequency as sin2πft and the remainder
Each coefficient C of the sine wave functionsin1, Ccos1Was calculated respectively.
Then, the amplitude calculator 150a, the phase calculator 150b,
The variable impedance calculator 160 calculates the coefficient
Csin1, Ccos1Using the variable impedance element 22,
34, each impedance Zx = Rx + jXx, impedance
Depends on the magnitude | Zx | of the impedance Zx and the impedance Zx.
Phase shift amount tan-1(Xx / Rx) was calculated. I
Therefore, according to this, it corresponds to the sampling frequency.
Higher than the accuracy specified by the A / D converter 130.
The impedance Zx = Rx + jXx in degrees and the phase shift
Quantity tan-1(Xx / Rx) can be calculated.
Further, each of the coefficient calculation units 140a, 140
Each coefficient C calculated in bsin(Cs in0, Csin1)(or
Is the coefficient Csin(Csin0, Csin1, Csin2)) And each person in charge
Number Cco s(Ccos0, Ccos1) (Or each coefficient C)
cos(Ccos0, Ccos1, Ccos2)) Out of the rest
Number Csin0, Ccos0(Or coefficient Csin0, Csin2, Ccos0,
Ccos2) Are supplied to the abnormality detection unit 170. Abnormality detector
170 is the value of these supplied coefficients C sin0, Ccos0(or
Is the coefficient Csin0, Csin2, Ccos0, Ccos2)On the basis of the,
Judgment of abnormalities in impedance measurement. Coefficient Csin0,
Ccos0Is the reference sine wave signal Vout = A0・ Sin2πft
DC offset (DC noise component).
Also, the coefficient Csin2, Ccos2Is the reference sine wave signal Vout =
A0・ Harmonic component to sin2πft (harmonic noise component
Minutes).
Therefore, the sum of each square of these coefficients is
Square root of (Csin0 Two+ Ccos0 Two)1/2, (Csin2 Two+ Ccos2 Two)
1/2By calculating, the DC off unnecessary for the measurement
The size of the set and harmonic components can be measured. And this
Measurement of these DC offsets, the magnitude of harmonic components, etc.
By comparing the value with a predetermined value, the impedance
Detects measurement abnormalities and generates a detection signal indicating the abnormalities.
Can output.
In the above application example 1, the variable input
The series circuit 20 having the impedance elements 22 and 34 or the
Each impedance of the ridge circuit 30 corresponds to a resistance component and a reactor.
General examples that can be applied even if
Was. However, each of the variable impedance elements 22 and 34
The impedance Zx is equal to the resistance Rx or the reactance Xx.
If there is only one, the microcomputer 10
Calculations can be simplified. However, in this case
Are the impedances of the constant impedance elements 21 and 31 to 33.
-Dance Z0, Z1, ZTwo, ZThreeNor resistance or reactor
Only one of the components.
As described above, the resistance circuit 20 and the bridge circuit
The path 30 must contain only resistance or reactance
Is included in the input signal y (t) input to the input terminal IN.
The component of the frequency f is output from the output terminal OUT.
Reference sine wave signal Vout = A0・ Same phase as sin2πft
, The sum of the cosine wave components of the input signal y (t)
Calculation is not required. The phase shift amount ψ is also “0”.
Therefore, the phase calculation unit 150b is not required. Therefore,
In this case, the functional block diagram of FIG. 5 is written as shown in FIG.
Be replaced.
In the functional block diagram of FIG.
Quasi-clock generator 100, timing signal generator 11
0, sine wave generator 120, D / A converter 122, A / D
The conversion unit 130 and the sine wave coefficient calculation unit 140a
The operation is the same as in the case of the functional block diagram of FIG. Amplitude calculation
The section 150a is calculated by the sine wave coefficient calculating section 140a.
Coefficient Csin1Input only and output as amplitude Ax
I do. This means that the cosine wave component of the input signal y (t) is “0”
And the coefficient Csin1Is the reference sine wave of the input signal y (t)
Signal Vout = A0・ Frequency corresponding to frequency f of sin2πft
This is because it is equal to the amplitude Ax of several components. In other words,
The amplitude calculation section 150a becomes unnecessary.
The variable impedance calculator 160
Is a variable impedance based on the above equations (26) and (28).
Impedances Xx of the elements 22 and 34 (FIGS. 3 and 4).
That is, either the resistance component Rx or the reactance component Xx
Is calculated. This also allows the variable impedance element
22 and 34 have only resistance Rx or reactance Xx
And the same resistance Rx or reactance Xx
It changes according to various physical quantities such as degree, force, displacement, etc.
If so, measure various physical quantities such as temperature, force, displacement, etc.
it can.
Further, the abnormality detecting section 170 is provided in the same manner as described above.
Coefficient C suppliedsin0(Or Csin0, Csin2Based on)
As in the case of the functional block diagram of FIG.
Measures the magnitude of unnecessary DC offset and harmonic components
You. Therefore, in this case as well, these DC offsets
Comparison of measured values such as the magnitude of the
To detect impedance measurement abnormalities
At the same time, a detection signal indicating the abnormality can be output.
As described above, input to the input terminal IN
The component of the frequency f included in the input signal y (t) is
Reference sine wave signal Vout = A output from input terminal OUT0
-Even if it is the same as sin2πft, the function block shown in FIG.
Cosine described above in place of the sine wave coefficient calculation unit 140a in FIG.
It is also possible to use the wave coefficient calculator 140b.
You. In this case, under the control of the timing signal generator 110,
A / D conversion timing in the A / D conversion unit 130
Calculation timing in the cosine wave coefficient calculation unit 140b
The cosine wave coefficient calculation unit 140b controls
The phase of the signal y (t) is set to the reference sine wave signal Vout = A0・ Sin2π
If we calculate by shifting ft / 2 by π / 2,
Good.
In this way, the variable impedance element
The impedance Zx of 22 and 34 is the resistance Rx or reactor
In addition to the resistance Xx, the resistance Rx or the rear
Xx is converted into various physical quantities such as temperature, force, displacement, etc.
Temperature, force, displacement, etc.
Various physical quantities can be measured.
In this case, the abnormality detector 170
Is the coefficient C supplied from the cosine wave coefficient calculator 140b.
cos0(Or Ccos0, Ccos2) Based on the machine shown in FIG.
As in the case of the functional block diagram, DC offset
And the magnitude of harmonic components. Therefore,
In the case of
By comparing a measured value such as
Detects abnormalities in impedance measurement and displays the abnormalities.
Output a detection signal.
Further, in the above application example 1, the variable input
Phase shift due to the impedance elements 22 and 34 (FIGS. 3 and 4)
Independent of the magnitude | Zx |
Is measured, the phase of the input signal y (t) is used as the reference sine.
Wave signal Vout = A0・ Forcibly adjust to sin2πft and enter
Even if only the sine wave component of the force signal y (t) is calculated,
Good. Specifically, as shown in FIG.
The zero cross detection unit 180 is added to the block diagram to
The timing signal generating unit 11 is
0 is controlled.
The zero-cross detecting section 180 receives the input signal y
Timing that (t) changes from negative to positive (or from positive to negative)
Is detected from the output terminal OUT.
Reference sine wave signal Vout = A0・ Input for sin2πft
The phase shift amount of the signal y (t) is calculated. And Zeroku
The loss detector 180 calculates the phase shift amount based on the calculated phase shift amount.
The timing signal generator 110 is controlled, and the A / D converter is controlled.
130: A / D conversion timing and sine wave coefficient operation
The operation timing in the arithmetic unit 140a is controlled. this
In this case, the input signal y (t) is the reference sine wave signal Vout = A0・ Sin
Since the waveform is almost the same as 2πft, the sine wave coefficient calculation
The calculation cycle of the input signal y (t) in the unit 140a is
Sine wave signal Vout = A0・ Synchronizing with sin2πft
Wear. As a result, in this case, the reference sine wave signal Vout
= A0・ Analyze input signal y (t) with the same phase as sin2πft
Will be.
This analysis is based on the functional block diagram of FIG.
This is the same as the analysis, and the amplitude calculation unit 1
50a is a coefficient calculated by the sine wave coefficient calculation unit 140
Csi n1Is the amplitude Ax and the variable impedance calculator 16
Output to 0. However, the coefficient C in this casesin1And amplitude
In the calculation of Ax, the input signal y (t) and the reference sine wave signal
No. Vout = A0・ Ignore the phase shift with sin2πft and enter
Sine wave component C included in force signal y (t)sin1・ Sin2πft
With reference sine wave signal Vout = A0・ Forcibly same as sin2πft
Ax is a variable impedance element
Series circuit 20 or variable impedance element 3 including
4 to the magnitude of the impedance of the bridge circuit 30
Depends on the value.
Also in this case, the above equations (26) and (28) are
It holds. Therefore, the variable impedance calculator
160 is a variable input by solving the above equations 26 and 28.
Of the impedance Zx of the impedance elements 22 and 34
| Zx | can be calculated.
However, in the above equations (26) and (28), a
Impedance Zx is other impedance Z0, Z1, ZTwo,
ZThreeIs expressed in a format that includes
Unless added, the magnitude | Zx |
It cannot be taken out alone. However,
As in the modification of the application example 1, the variable impedance element 2
2,34 can ignore the reactance component or reduce the resistance component
If it can be ignored, other impedances Z0,
Z1, ZTwo, ZThreeCan also ignore reactance or resistance
By using the above, the above equations 26 and 28 are
It is deformed like 30, 31.
[0108]
[Equation 30]
[0109]
[Equation 31]
Therefore, according to this modification, the variable
If the impedance elements 22 and 34 are resistance Rx or
And has the same resistance Rx or
Actance Xx can be used for various physical quantities such as temperature, force, displacement, etc.
Temperature, force, displacement, etc.
Can measure various physical quantities.
Also in this modified example, the abnormality detecting section
170, as in the case of the functional block diagram of FIG.
An abnormality in impedance measurement is detected. In addition,
In the modification of the above, the control of the zero-cross detection unit 180
From the calculation cycle in the sine wave coefficient calculation unit 140a,
Quasi-sine wave signal Vout = A0・ Synchronized with the same phase as sin2πft
I tried to make it. However, instead of this,
The sine wave coefficient calculating unit 140a is controlled by the detecting unit 180.
, The reference sine wave signal Vout = A0・ Sin2
πft or π / 2 or -π / 2
You may. In this case, the sine wave function shown in the functional block diagram of FIG.
Cosine wave coefficient calculation unit 1 described above in place of number calculation unit 140a
40b, the amplitude calculator 150a calculates the cosine wave coefficient
Coefficient C calculated by the unit 140bcos1Enter only
Thus, it is preferable to output the amplitude Ax.
Further, the above-mentioned application example 1 and various modifications thereof
In, the sine wave coefficient calculation unit 140a and the cosine wave coefficient
Calculation unit 140b, amplitude calculation unit 150a, phase calculation unit 150
b, variable impedance calculation section 160 and abnormality detection section 1
In 70, every m sampling data,
Reference analog sine wave included in the input analog signal
Of the sine wave component and / or cosine wave component of the same frequency as the signal
Period ktTimes (ktIs an integer greater than or equal to 1)
To be executed. However, the input analog signal
And the reference sine wave signal Vout = A0・ Sin2πft
Sine wave component and / or cosine wave component of the same frequency f
For each cycle, various types using the m sampling data
The calculation may be performed. Note that ktIs "1"
If it is larger than the above, the execution of the operation
Minute sine wave component and / or cosine wave component
The calculation is performed sequentially while shifting. In addition,
In addition, one or more sampling
Use the m sampling data at each timing
Various calculations may be performed.
C. Application example 2
Next, the basic theory described above is applied to the rotation angle of the rotor with respect to the stator.
θ (specifically, the electrical
Angle θ) to measure the resolver of an electric motor
Application Example 2 will be described.
FIG. 9 schematically shows the measuring device.
The winding (coil) connected to the microcomputer 10
) 41-43. Winding 41 is an electric motor
The winding 41 is provided on the stator side, and the measuring device 10
Reference sine wave signal A via output terminal OUT of0・ Sin2π
ft is applied. Windings 42 and 43 are electric motors
Is provided on the rotor side of the
The voltage induced by the rotation of line 41 is measured as signal y
1(t), yTwo(t) via the input terminals IN1 and IN2
It is supplied to the microcomputer 10. The winding 41
Are provided on the rotor side, and the windings 42 and 43 are
It may be provided on the side.
If the windings 42 and 43 are configured identically,
They are located at electrical angles shifted by π / 2 from each other
And the electrical angle of the rotor winding with respect to the stator winding is θ.
Then, the signal under measurement y1(t), y2(t) is Ax1 · A0・ Sin
θ · sin (2πft + ψ), Ax1 · A0・ Cosθ ・ sin (2πft
+ Ψ). That is, DC drift,
If unnecessary components such as harmonic noise are not included, y1(t)
= Ax1 · A0・ Sinθ ・ sin (2πft + ψ), yTwo(t) = Ax2 ·
A0Cos θ · sin (2πft + ψ) Note that ψ indicates the base
Quasi-sine wave signal A0· Sin2πft and the signal under measurement y1(t), y
Two(t) is the same as that described above indicating the amount of phase shift.
You. Also, the windings 42 and 43 have the same configuration.
In an ideal state with no abnormalities, the amplitude Ax1 · A0, Ax2
・ A0Have the same value.
Next, as in the case of the application example 1, the personal computer
The operation of the microcomputer 10 is shown in the functional block diagram of FIG.
This will be described with reference to FIG. In this case, too,
The reference clock generator 100 of the application example 1
Timing signal generator 110, sine wave generator 120,
D / A conversion unit 122 and A / D conversion unit 130, respectively
Reference clock generator 200, which functions similarly, timing
Signal generator 210, sine wave generator 220, and D / A conversion
And an A / D converter 130.
A / D converters 230 and 240 functioning similarly are provided.
You.
The A / D converter 230 is connected to the input terminals IN1 and IN1.
Connected to the timing signal generator 210,
Controlled by timing control signal from signal generator 210
The signal under test y input at the input terminal IN1
1(t) Sampling (SIN phase signal) at a predetermined rate
A / D conversion of the sampled analog signal
In other words, the sine wave coefficient calculation unit 250a and the cosine wave coefficient calculation
Output to the unit 250b. The A / D converter 240 has an input terminal
Child IN2 and the timing signal generator 210,
Timing control signal from timing signal generator 210
Measured by the input terminal IN2
Signal yTwo(t) Sampling (COS phase signal) at a predetermined rate
And the analog signal sampled at the same
/ D conversion, the sine wave coefficient calculating section 260a and the cosine wave
It outputs to the number operation part 260b.
A / D converters 230 and 240 are provided.
Instead, the SIN phase signal and the COS phase signal
One A / D conversion unit that performs A / D conversion as described above
The time division A / D converted SI
Distributes N-phase digital signal and COS-phase digital signal
You may force it.
The sine wave coefficient calculation units 250a and 260a
It functions in the same manner as the sine wave coefficient calculation unit 140a,
The above using m / D converted m sampling data
Performing the operations of Equation 5, Equation 7 (or Equation 14) and Equation 8,
Basis function φ for sine wave componentjCoefficient C of (t)sin1To
Calculate each. Cosine wave coefficient calculator250b, 260
bAlso functions in the same manner as the cosine wave coefficient calculation unit 140b,
Using the A / D converted m sampling data,
Perform the operations of Equations 6, 9 (or 14) and 10
And the basis function φ for the cosine wave componentjCoefficient C of (t)
cos1Is calculated respectively. In these cases,
Has the same frequency as the reference sine wave signal Ao · sin2πft.
Each coefficient C of sine wave component and cosine wave componentsin1, C
cos1Only calculate each.
Sine wave coefficient calculation section 250a and cosine wave coefficient
Coefficient C calculated by operation unit 250bsin1, Ccos1Is
The amplitude is supplied to the amplitude calculator 270. Sine wave coefficient calculator 26
0a and the coefficient calculated by the cosine wave coefficient calculation unit 260b
Csin1, Ccos1Is supplied to the amplitude calculator 270. Shake
The width calculators 260 and 270 respectively include the amplitude calculator 150
a, the reference sine wave signal A0・ Sin2πft
Measured signal y of the SIN phase having the same frequency as1(t) = Ax1 · A
0・ Sinθ ・ sin (2πft + ψ) and COS phase signal to be measured
y2(t) = Ax2 · A0・ Each amplitude of cosθ ・ sin (2πft + ψ)
Asin = Ax1 · A 0・ Sin θ, Acos = Ax2 ・ A0・ Cosθ
Calculate each.
Each of these amplitudes Asin = Ax1 · A0・ Sinθ,
Acos = Ax2 ・ A0Cosθ is the rotation of the rotor with respect to the stator
The turning angle θ (electrical angle θ of the rotor winding with respect to the stator winding)
To the rotation angle calculation unit (electric angle calculation unit) 300 for calculation
Supplied. The windings 42 and 43 are configured identically.
And if no abnormality has occurred, the values Ax1 and Ax2 are
equal. The rotation angle calculator (electrical angle calculator) 300 is as follows:
The rotation angle θ (electrical angle θ) is calculated by executing the calculation of Expression 32.
Calculate.
[0122]
(Equation 32)
According to this, the same as in the case of the above-mentioned application example 1 is obtained.
In addition, the rotation angle θ (electrical angle θ) of the electric motor
1(t), yTwom samplings sampled from (t)
Sinusoidal components calculated by applying the least squares method to the data and
Each coefficient C of cosine wave componentsin1, Ccos1Is calculated based on
You. Therefore, the A / D corresponding to the sampling frequency
Higher accuracy than the accuracy specified by the converters 230 and 240
The rotation angle θ (electrical angle θ) can be calculated in degrees.
In Equation 32, the value of the denominator is
The amplitude values Asin and Acos become negative values.
In such cases, the calculation of Equation 32 becomes troublesome. did
Accordingly, as shown in the following Expressions 33 to 40, the amplitude value Asi
Different operations depending on the values of n and Acos (however,
4 is an operation equivalent to Equation 32)
The calculation of the rotation angle θ can be easily performed. Under these
In notations 33 to 44, the amplitude values Asin and Acos are
Let a = Asin and b = Acos, respectively. Where a = A
Calculation of rotation angle θ when sin = 0 and b = Acos = 0
Is impossible and the values a and b are abnormal values,
Do not calculate the rotation angle θ.
[0125]
[Equation 33]
[0126]
[Equation 34]
[0127]
(Equation 35)
[0128]
[Equation 36]
[0129]
(37)
[0130]
[Equation 38]
[0131]
[Equation 39]
[0132]
(Equation 40)Also, the amplitude calculation units 260 and 270 calculate
Each amplitude Asin = Ax1 · A0・ Sin θ, Acos = Ax2 ・ A0
・ Measured by cosθ and rotation angle calculator (electric angle calculator) 300
The calculated rotation angle θ (electrical angle θ) is sent to the abnormality detection unit 310.
Is also supplied. The abnormality detection unit 310 calculates
42, the SIN phase amplitude value Ax1 · A0Passing
And COS amplitude value Ax2 · A0Is calculated respectively. However
However, in Equations 41 and 42 below, the denominator sin θ and
If cosθ becomes a value near “0”, the calculation becomes impossible.
Where the absolute values of sinθ and cosθ | sinθ | and | cosθ |
If the value is smaller than a certain small value, the following Expression 41 and Expression 4
2 is not performed.
[0134]
(Equation 41)
[0135]
(Equation 42)
Then, the abnormality detecting section 310
Width value Ax1 ・ A0, Ax2 ・ A0Is within a predetermined range
Therefore, an abnormality in the measurement of the rotation angle θ (electrical angle θ) is detected.
This causes the windings 41 to 43 to be short-circuited internally.
Abnormalities such as rare short, sine wave applied to winding 41
If the SIN phase and COS phase are distorted,
Amplitude value Ax1 · A0, Ax2 ・ A0Is an abnormal value
Have been. Therefore, according to the application example 2, the rotation angle
Abnormal measurement of θ (electric angle θ) is the same rotation angle θ (electric angle θ)
It is easily detected in combination with the measurement of In addition, this
In the example of the above, both amplitude values A
x1 ・ A0, Ax2 ・ A0Is calculated individually,
The amplitude value of only one of them was calculated and calculated
The abnormality may be determined only by the amplitude value.
In this application example 2, the SIN phase
Measured signal y of1The measured signal of the COS phase is also
No. yTwoAlso for (t), the sine wave coefficient calculation unit 25
0a, 260a and cosine wave coefficient calculation units 250b, 260
b is provided respectively. However, the windings 42, 4
3 is the reference sine wave applied to the winding 41
Signal A0・ The phase is shifted by approximately π / 2 from sin2πft
Signal. Therefore, the timing signal generator 210
Output terminal OUT by the control signal output from
Reference sine wave signal A0・ Same timing as sin2πft
In other words, the reference sine wave signal A0・ Output of sin2πft
Each coefficient operation unit 250a, 250
50b, 260a, 260b
If the signal under test y1(t), yTwoThe sine wave component of (t) is theoretical
Should be "0".
Therefore, the microcomputer 10
The calculation can be simplified as shown in FIG. Sand
That is, the sine wave coefficient calculation units 250a and 260a are omitted.
Wear. Also, the cosine wave coefficient calculation units 250b and 260b
Each coefficient C calculated bycos1Are the SIN phase and
Each measured signal y of the COS phase1(t), yTwoStandard in (t)
Sine wave signal A0· Amplitude Ax of the same frequency component as sin2πft
1 ・ A0・ Sinθ 、 Ax2 ・ A 0・ Because each represents cosθ,
The amplitude calculation units 270 and 280 are not required. Accordingly
The cosine wave coefficient calculation units 250b and 260b
Each calculated coefficient Ccos1Is the amplitude Ax1 · A0・ Sin θ, Ax2
・ A0A rotation angle calculator 3 as a signal representing cos θ;
00 and the abnormality detection unit 310. And rotation
As in the above case, the angle calculator 300 calculates
Calculates the rotation angle θ (electrical angle θ). Also abnormal
The detection unit 310, as in the above case,
Calculation of the above equations 41 and 42 also using the turning angle θ (electrical angle θ)
Ax1 · A0, Ax2 ・ A0And the rotation angle θ
An abnormality in the measurement of (electrical angle θ) is detected. The result
As a result, according to this, the rotation angle θ (electrical angle θ) can be easily measured.
As well as detect abnormalities in the measurement
Become like
Further, the same as in the case of the modification of the above-mentioned application example 1
Next, as shown in FIG.
Then, the measured signal y of the SIN phase1(t) = Ax1 · A0・ Sinθ ・
sin (2πft + ψ) and the signal under test y in the COS phaseTwo(t) =
Ax2 ・ A0・ Phase shift at cos θ ・ sin (2πft + ψ)
It is also possible to set the quantity ψ to “0”. According to this,
The cosine wave coefficient calculation units 250b and 260b of the application example 2 are
Can be omitted. In this case, the sine wave coefficient calculation unit 2
50a, each coefficient C calculated by 260asin1But,
Each signal under measurement y of SIN phase and COS phase respectively
1(t), yTwoThe reference sine wave signal A in (t)0・ Sin2πf
Amplitude Ax1 · A of the same frequency component as t0・ Sinθ 、 Ax2 ・ A0・ C
osθ. So in this case
In addition, the above-mentioned amplitude calculation units 270 and 280 are also unnecessary,
As in the above case, the angle calculator 300 calculates
The rotation angle θ (electrical angle θ) is calculated by
When the rotation angle θ (electrical angle θ) is measured by the normal detection unit 310,
Abnormality is detected. As a result, this also
When it becomes possible to simply measure the rotation angle θ (electrical angle θ)
In addition, the abnormality of the measurement can be detected.
In the above application example 2 and various modifications thereof,
Are sine wave coefficient calculation units 250a and 260a, and cosine wave coefficient
Calculation units 250b and 260b, amplitude calculation units 270 and 28
0, in the rotation angle calculation unit 300 and the abnormality detection unit 310
Is every m sampling data, that is,
Same frequency as the reference analog sine wave signal included in the analog signal
K of period of sine wave component and / or cosine wave component of wave numbertDouble
(KtIs an integer greater than or equal to "1").
I did it. However, in this case, too,
Signal with the same frequency as the reference analog sine wave signal
For each cycle of the sine wave component and / or cosine wave component, the m
Various operations using the sampling data of
You may. Note that ktIs greater than "1",
By performing the various calculations, the sine wave for a plurality of cycles
Component and / or cosine wave component sequentially shifted by one period
Will be calculated. In addition, the calculation speed has been further increased
At one or more sampling timings,
Performs various calculations using the m pieces of sampling data
You may do so.
D. Other Modifications
In the functional block diagram of FIG.
The wave coefficient calculation unit 140a and the cosine wave coefficient calculation unit 140b
And always calculate both coefficients Csin and Ccos
The calculation unit 150b uses both coefficients Csin and Ccos to calculate the phase shift.
The amount れ was always calculated. But its variant
If only the amplitude Ax needs to be calculated as in
At the start of the calculation, the phase shift amount ψ is calculated at predetermined time intervals, etc.
Then, the sine wave coefficient calculation unit is
The calculation cycle of the input signal y (t) at 140a is defined as a reference sine.
Wave signal Vout = A0・ Can be synchronized to sin2πft
You. In this case, based on the calculated phase shift amount ψ,
By controlling the timing signal generator 110, A
A / D conversion timing and correct
Controls the calculation timing in the sine wave coefficient calculation unit 140a
Then, the operation cycle of the input signal y (t) is set to the reference sine wave signal Vou.
t = A0・ Synchronization with sin2πft is sufficient.
According to this, the cosine wave coefficient calculating section 140b
And only occasionally perform the operation of the phase operation unit 150b,
Always use a sine wave as in the functional block diagram of FIG.
Calculating only the coefficient Csin in the coefficient calculation unit 140a
As a result, the amplitude Ax can be calculated. This
Microcomputer 10 in calculating the amplitude Ax.
Load can be reduced. In addition, the phase shift amount ψ
Occasional synchronization control allows time-dependent
As the temperature changes, the phase of the input signal y (t) changes.
Can always keep the calculation accuracy of the amplitude Ax good.
You.
Also, in this case, the calculated phase shift
Control the timing signal generator 110 using the
The calculation cycle in the cosine wave coefficient calculation unit 140b is
Quasi-sine wave signal Vout = A0・ Π / 2 or for sin2πft
May be shifted by -π / 2. This
For example, the sine wave coefficient calculator 140a and the phase calculator 150b
The cosine wave coefficient calculation is always
By calculating only the coefficient Ccos in the unit 140b,
The amplitude Ax can be calculated.
Further, using such a phase shift amount ψ,
The control of the operation timing is different from the application example 2 shown in FIG.
Also applies. In this case, the amplitude calculation units 270 and 280
, The sine wave coefficient calculation units 250a and 260a and the cosine wave
Coefficients Csin, Cc from coefficient calculation units 250b, 260b
The calculation of the phase shift amount ψ based on os
Calculated from time to time and the calculated phase shift
Using タ イ ミ ン グ to control timing signal generator 210
Sine wave coefficient calculation units 250a and 260a and cosine
Input signal y in wave coefficient calculators 250b and 260b
The calculation cycle of (t) is defined as a reference sine wave signal Vout = A0・ Sin2πf
t or the reference sine wave signal Vout = A0・ Sin2πf
By shifting by t by π / 2 or -π / 2
Good.
Thus, the total amount of the phase shift ψ can be calculated.
Calculation is performed only occasionally, and the sine wave coefficient calculation unit 2 is always used.
50a, 260a or cosine wave coefficient calculation units 250b, 26
Only calculate one of the coefficients Csin and Ccos at 0b
And the respective amplitudes Ax1 · A of the SIN phase and the COS phase0・ Sinθ, A
x2 ・ A0・ Cos θ can be calculated. And these
Ax1 · A0・ Sinθ 、 Ax2 ・ A0・ Rotation angle using cosθ
The calculation unit 300 calculates the rotation angle θ. As a result,
As a result, the microcompilation in the calculation of the rotation angle θ
The load on the computer 10 can be reduced. Also, the amount of phase shift ψ
By performing the above-mentioned synchronization control from time to time,
As the temperature or the like changes with the passage of time, the input signals y1 (t), y1
Even if the phase of (t) changes, the calculation accuracy of the rotation angle θ is always good.
You can keep it good.
The above-mentioned application examples 1 and 2 and their modifications
In the example, the sine wave generators 120 and 220 and the D / A
A sine wave signal is generated by the converters 122 and 222.
Instead of generating a sinusoidal signal
Various electrical circuits are available. For example, an analog sine wave
An oscillator that generates a signal can be used.
Further, the above-mentioned application examples 1 and 2 and their respective
In the variant, various operations are performed by a microcomputer.
10 but the digital signal processing
One or more hardware circuits (eg, integrated circuits)
), The functions of the microcomputer 10 are realized.
You may make it appear.
【図面の簡単な説明】
【図1】 被測定信号である正弦波信号の波形図であ
る。
【図2】 入力信号の正弦波成分と余弦波成分を説明す
るためのベクトル図である。
【図3】 本発明を適用した適用例1に係る測定装置の
全体概略図である。
【図4】 本発明を適用した適用例1に係る測定装置の
他の例を示す全体概略図である。
【図5】 図3,4のマイクロコンピュータの機能ブロ
ック図である。
【図6】 (A)は前記マイクロコンピュータからの出力
信号と入力信号の波形図であり、(B)は前記両信号のベ
クトル図である。
【図7】 図5の機能ブロックの変形例を示す機能ブロ
ック図である。
【図8】 図5の機能ブロックの他の変形例を示す機能
ブロック図である。
【図9】 本発明を適用した適用例2に係る測定装置の
全体概略図である。
【図10】 図9のマイクロコンピュータの機能ブロッ
ク図である。
【図11】 図10の機能ブロックの変形例を示す機能
ブロック図である。
【図12】 図10の機能ブロックの他の変形例を示す
機能ブロック図である。
【符号の説明】
10…マイクロコンピュータ、20…直列回路、21…
定インピーダンス素子、22…可変インピーダンス素
子、30…ブリッジ回路、31,32,33…定インピ
ーダンス素子、34…可変インピーダンス素子、41〜
43…巻線、110,210…タイミング信号発生部、
120,220…正弦波発生部、130,230,24
0…A/D変換部、140a,250a,260a…正
弦波係数演算部、140b,250b,260b…余弦
波係数演算部、150a,270,280…振幅演算
部、150b…位相演算部、160…可変インピーダン
ス演算部、170,310…異常検出部、180,32
0…ゼロクロス検出部、300…回転角計算部。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a waveform diagram of a sine wave signal which is a signal under measurement. FIG. 2 is a vector diagram for explaining a sine wave component and a cosine wave component of an input signal. FIG. 3 is an overall schematic diagram of a measuring apparatus according to an application example 1 to which the present invention is applied. FIG. 4 is an overall schematic diagram showing another example of the measuring device according to Application Example 1 to which the present invention is applied. FIG. 5 is a functional block diagram of the microcomputer shown in FIGS. FIG. 6A is a waveform diagram of an output signal and an input signal from the microcomputer, and FIG. 6B is a vector diagram of both signals. FIG. 7 is a functional block diagram showing a modification of the functional blocks of FIG. 5; FIG. 8 is a functional block diagram showing another modified example of the functional blocks of FIG. 5; FIG. 9 is an overall schematic diagram of a measuring device according to an application example 2 to which the present invention is applied. FIG. 10 is a functional block diagram of the microcomputer of FIG. 9; FIG. 11 is a functional block diagram showing a modification of the functional blocks shown in FIG. 10; FIG. 12 is a functional block diagram showing another modified example of the functional blocks shown in FIG. 10; [Description of References] 10 ... microcomputer, 20 ... series circuit, 21 ...
Constant impedance element, 22: variable impedance element, 30: bridge circuit, 31, 32, 33: constant impedance element, 34: variable impedance element, 41 to 41
43 ... winding, 110, 210 ... timing signal generator,
120, 220: sine wave generator, 130, 230, 24
0: A / D converter, 140a, 250a, 260a: sine wave coefficient calculator, 140b, 250b, 260b: cosine wave coefficient calculator, 150a, 270, 280: amplitude calculator, 150b: phase calculator, 160 ... Variable impedance calculation units, 170, 310 ... abnormality detection units, 180, 32
0: Zero cross detection unit; 300: Rotation angle calculation unit.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/30 G01D 5/245 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 7/30 G01D 5/245
Claims (1)
線を設け、かつ固定子及び回転子の他方に前記第1巻線
に対向するとともに互いに直交する第2及び第3巻線を
設けて、固定子に対する回転子の回転角を検出する回転
角検出装置において、 所定の基準アナログ正弦波信号を前記第1巻線に印加す
る基準信号印加手段と、 前記第2巻線による誘起電圧信号を第1測定アナログ信
号として入力して、同入力した第1測定アナログ信号に
含まれる前記基準アナログ正弦波信号と同一周波数の正
弦波成分の振幅を導出する第1振幅導出手段と、 前記第3巻線による誘起電圧信号を第2測定アナログ信
号として入力して、同入力した第2測定アナログ信号に
含まれる前記基準アナログ正弦波信号と同一周波数の正
弦波成分の振幅を導出する第2振幅導出手段と、 前記第1及び第2振幅導出手段によって計算された各振
幅に基づいて前記固定子に対する回転子の回転角を計算
する回転角演算手段とを備え、 前記第1振幅導出手段を、 前記入力した第1測定アナログ信号を所定レートでサン
プリングするとともに同サンプリングした第1測定アナ
ログ信号を順次A/D変換する第1のA/D変換手段
と、 前記第1のA/D変換手段にてA/D変換された所定数
のサンプリングデータを用いるとともに前記基準アナロ
グ正弦波信号と同一周波数の正弦波関数又は余弦波関数
を基底関数とする最小2乗法を適用して、同基底関数の
係数を計算することにより、前記第1測定アナログ信号
に含まれていて前記基準アナログ正弦波信号と同一周波
数の正弦波成分の振幅を計算する第1振幅演算手段とで
構成するとともに、 前記第2振幅導出手段を、 前記入力した第2測定アナログ信号を所定レートでサン
プリングするとともに同サンプリングした第2測定アナ
ログ信号を順次A/D変換する第2のA/D変換手段
と、 前記第2のA/D変換手段にてA/D変換された前記所
定数のサンプリングデータを用いるとともに前記基準ア
ナログ正弦波信号と同一周波数の正弦波関数又は余弦波
関数を基底関数とする最小2乗法を適用して、同基底関
数の係数を計算することにより、前記第2測定アナログ
信号に含まれていて前記基準アナログ正弦波信号と同一
周波数の正弦波成分の振幅を計算する第2振幅演算手段
とで構成したことを特徴とする回転角検出装置。 (57) [Claim 1] A first winding is provided on one of a stator and a rotor, and the other of the stator and the rotor is opposed to the first winding and mutually opposed. In a rotation angle detecting device provided with orthogonal second and third windings to detect a rotation angle of a rotor with respect to a stator, reference signal applying means for applying a predetermined reference analog sine wave signal to the first winding And inputting an induced voltage signal from the second winding as a first measurement analog signal, and deriving an amplitude of a sine wave component having the same frequency as the reference analog sine wave signal included in the input first measurement analog signal. A first amplitude deriving means for inputting a voltage induced by the third winding as a second measurement analog signal, and a sine having the same frequency as the reference analog sine wave signal included in the input second measurement analog signal. Nari A second amplitude deriving means for deriving the amplitude, e Bei a rotation angle calculating means for calculating a rotation angle of the rotor relative to the stator based on the amplitude calculated by said first and second amplitude deriving means And the first amplitude deriving means samples the input first measured analog signal at a predetermined rate.
1st measurement analyzer
First A / D conversion means for sequentially A / D converting a log signal
And a predetermined number obtained by A / D conversion by the first A / D conversion means.
Using the sampling data of
Sine wave function or cosine wave function with the same frequency as the sine wave signal
Apply the least squares method with the basis function as
Calculating a coefficient to obtain the first measured analog signal
And the same frequency as the reference analog sine wave signal.
With the first amplitude calculating means for calculating the amplitude of the sine wave component of the number
The second amplitude deriving means is configured to sample the input second measured analog signal at a predetermined rate.
2nd measurement analyzer
Second A / D conversion means for sequentially A / D converting log signals
And the location where the A / D conversion is performed by the second A / D conversion means.
Use constant sampling data and
Sine wave function or cosine wave of the same frequency as the analog sine wave signal
Applying the least squares method with the function as the basis function,
Calculating the coefficient of the number, the second measured analog
Same as the reference analog sine wave signal contained in the signal
Second amplitude calculating means for calculating the amplitude of the sine wave component of the frequency
And a rotation angle detecting device.
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