JP7179280B2

JP7179280B2 - Ｒ／ｄ変換器

Info

Publication number: JP7179280B2
Application number: JP2018132155A
Authority: JP
Inventors: 弘櫛原; 裕史丸山; 真一新井; 遼平牛草
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2038-07-12
Also published as: JP2020008512A

Description

この発明は、Ｒ／Ｄ変換器（レゾルバ信号／デジタル信号変換器）に関し、とくに２相励磁かつ１相出力方式のものに関する。

位相変調方式の角度検出器が公知である。たとえば非特許文献１には、２相励磁かつ１相出力方式の位相変調方式の角度検出器として、ＢＲＴ、ＲＴ、ＶＲＴ等の構成が開示されている。これらの一部はサンプリング形の構成を有する。

図２に、非特許文献１に記載されるサンプリング形のＲ／Ｄ変換器の構成を示す。この構成のＲ／Ｄ変換器は、リングカウンタのビット数に応じた角度分解能を有しており、カウンタの各ステートに角度が割り当てられる。変換は、カウンタ出力値をラッチレジスタに保存しておき、コンパレータ信号のエッジを検出したタイミングでカウンタ出力値を吐き出すことにより行われ、これに基づいて角度検出が行われる。

また、特許文献１には、ＰＬＬを用いたＲ／Ｄ変換器の原理が示されている。

「日本電機工業会技術資料ＪＥＭ－ＴＲ１８７レゾルバシステムの用語と定義」、社団法人日本電機工業会、１９９３年１２月２０日

特開２０１２－０５８００７号公報

しかしながら、従来の技術では、２相励磁かつ１相出力方式のＲ／Ｄ変換器において、角度更新周波数を高速化させることが困難なため、追従可能な回転速度を高速化できないという問題があった。

たとえば、図２に示す非特許文献１の構成において、基準信号周波数（レゾルバの励磁周波数）をｆ_ｓｔとすると、サンプリング周波数ｆ_ｓｍ（コンパレータエッジ間隔）はｆ_ｓｔに等しくなるので、±１／２ｆ_ｓｔを超えるエッジ検出が行われた場合には回転速度情報を完全に復元することが不可能となる。

また、特許文献１の構成は、１相励磁かつ２相出力方式レゾルバ信号に対するＲ／Ｄ変換器のものであり、２相励磁かつ１相出力方式のＲ／Ｄ変換器に適用することができない。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたものであり、２相励磁かつ１相出力レゾルバ信号に対するＲ／Ｄ変換器において、角度更新周波数を高速化できるものを提供することで、追従可能な回転速度を高速化することを目的とする。

この発明に係るＲ／Ｄ変換器は、２相励磁かつ１相出力方式の角度検出器から出力されるレゾルバ出力信号を処理し、基準信号発生部から供給される基準信号を用いて、角度データφ１を出力するＲ／Ｄ変換器であって、励磁信号発生部と、基準信号発生部と、コンパレータと、デジタルＰＬＬとを備え、デジタルＰＬＬはデジタル回路で構成され、コンパレータはアナログ回路で構成され、基準信号発生部は、所定周波数の基準信号ωＲｔを発生させ、励磁信号発生部は、基準信号ωＲｔに基づいて２相の励磁信号ｃｏｓωＲｔおよびｓｉｎωＲｔを生成し、これらを角度検出器に供給し、コンパレータは、レゾルバ出力信号ｓｉｎ（ωＲｔ－θ）に基づいて生成したコンパレータ出力信号ωＲｔ－θをデジタルＰＬＬに供給し、デジタルＰＬＬは、位相周波数比較器と、制御則と、アキュムレータと、減算器と、位相信号生成器とを備えてフィードバックループを構成し、位相周波数比較器は、コンパレータ出力信号ωＲｔ－θの位相と、位相信号生成器から供給される位相信号の位相とを比較して制御偏差信号εを生成し、制御則は、制御偏差信号εから角度変化量を生成し、アキュムレータは、角度変化量を積算して角度データφ１を生成し、減算器は、基準信号ωＲｔと角度データφ１との差分をフィードバック信号ωＲｔ－φ１として生成し、位相信号生成器は、フィードバック信号ωＲｔ－φ１の位相を位相信号として生成し、デジタルＰＬＬは、フィードバック信号ωＲｔ－φ１の位相とレゾルバ出力信号ｓｉｎ（ωＲｔ－θ）の位相とを、位相周波数比較器を用いて比較して一致するよう負帰還制御をすることを特徴とする。
特定の態様によれば、デジタルＰＬＬは、制御偏差信号εの値が０になるように制御することにより、角度データφ１を決定する。

この発明によれば、２相励磁かつ１相出力方式のＲ／Ｄ変換器において、角度更新周波数を高速化させることができる。

本発明の実施の形態１に係る角度検出装置の構成の例を示す図である。従来の角度検出装置の構成の例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係る角度検出装置１００を含む構成の例を示す。角度検出装置１００は、角度検出器１０と、ＰＬＬ－ＲＤＣ２０とを備える。角度検出器１０は、２相励磁かつ１相出力方式の角度検出器（レゾルバ）であり、たとえば図示のようにＶＲＴである。

ＰＬＬ－ＲＤＣ２０は、フィードバック信号（ω_Ｒｔ－φ１）位相とレゾルバ出力信号ｓｉｎ（ω_Ｒｔ－θ）位相を、位相周波数比較器を用いて比較し一致するよう負帰還制御することで、より高い回転速度まで追従可能としたものである。

ＰＬＬ－ＲＤＣ２０は、２相励磁かつ１相出力のレゾルバ信号を変換するＲ／Ｄ変換器であり、励磁信号発生部２１と、基準信号発生部２２と、コンパレータ２４と、デジタルＰＬＬ３０とを備える。

デジタルＰＬＬ３０は、デジタル位相同期ループ回路、ＡＤＰＬＬ、デジタルフェーズロックドループ回路、等と呼ばれるものであってもよい。デジタルＰＬＬ３０は、ＰＦＣ３１（位相周波数比較器）と、制御則３２と、アキュムレータ３３と、減算器３４と、位相信号生成器３５とを備える。ＰＦＣ３１、制御則３２、アキュムレータ３３、減算器３４および位相信号生成器３５はフィードバックループを構成する。

基準信号発生部２２は、所定周波数の基準信号ω_Ｒｔ（ただしω_Ｒは角速度であり、ｔは時間である）を発生させ、これを励磁信号発生部２１およびデジタルＰＬＬ３０に供給する。励磁信号発生部２１は、基準信号ω_Ｒｔに基づいて２相の励磁信号ｃｏｓω_Ｒｔおよびｓｉｎω_Ｒｔを生成し、これらを角度検出器１０に供給する。

角度検出器１０は、２相の入力信号と、レゾルバ回転角度θとに基づき、１相のレゾルバ出力信号ｓｉｎ（ω_Ｒｔ－θ）を出力する。ＰＬＬ－ＲＤＣ２０は、レゾルバ出力信号ｓｉｎ（ω_Ｒｔ－θ）を入力として受け取り、基準信号発生部２２から供給される基準信号ω_Ｒｔに基づき、角度データφ１を出力する。

コンパレータ２４は、レゾルバ出力信号ｓｉｎ（ω_Ｒｔ－θ）に基づき、コンパレータ出力信号を出力する。レゾルバ出力信号ｓｉｎ（ω_Ｒｔ－θ）は、レゾルバ回転角度θに応じて位相が変化するため、コンパレータ出力信号の位相はω_Ｒｔ－θとなる。このコンパレータ出力信号ω_Ｒｔ－θが、デジタルＰＬＬ３０の入力信号となる。

ＰＦＣ３１は、コンパレータ出力信号ω_Ｒｔ－θの位相と、位相信号生成器３５から供給される位相信号（後述）の位相とを比較し、比較の結果に応じて制御偏差信号εを出力する。

制御則３２は、制御偏差信号εを入力として受け取り、角度変化量を出力する。制御則３２は、たとえば、公知技術に基づき、デジタルＰＬＬ３０におけるフィードバックループの安定化と特性改善のための補償要素として構成することができる。

アキュムレータ３３は、角度変化量を積算し、結果を角度データφ１として出力する。この出力が、ＰＬＬ－ＲＤＣ２０およびデジタルＰＬＬ３０の出力信号となる。

ＰＬＬ－ＲＤＣ２０は、制御偏差信号εが０となるように制御する。εが常に０である場合または０に近い場合には、θとφ１とが常に一致または近似することになり、誤差の小さい角度検出が可能になる。

アキュムレータ３３から出力される角度データφ１は、減算器３４にも入力される。減算器３４は、基準信号ω_Ｒｔと角度データφ１との差分を算出し、この差分をフィードバック信号 (ω_Ｒｔ－φ１)として出力する。

位相信号生成器３５は、このフィードバック信号（ω_Ｒｔ－φ１）を入力として受け取り、その位相を出力する。ここで、レゾルバ出力信号ｓｉｎ（ω_Ｒｔ－θ）を使用する場合において、最上位ビットの反転信号が位相を表すように信号を構成しておけば、位相信号生成器３５の出力はフィードバック信号（ω_Ｒｔ－φ１）の位相を表す位相信号となる。ここでレゾルバ出力信号としてｃｏｓ（ω_Ｒｔ－θ）を使っても良い。その場合レゾルバ出力信号がｃｏｓ（ω_Ｒｔ－θ）で表される場合は、最上位ビットとその一つ下の桁のビットのＸＮＯＲにて位相を表すようにする。このようにすると、ＰＦＣ３１は、上述のように、コンパレータ出力信号ω_Ｒｔ－θの位相と、フィードバック信号（ω_Ｒｔ－φ１）の位相を表すこの位相信号の位相とを比較し、比較の結果に応じて制御偏差信号εを出力することになる。

このように、デジタルＰＬＬ３０は、入力信号（すなわちコンパレータ出力信号ω_Ｒｔ－θ）と、フィードバック信号 (ω_Ｒｔ－φ１)との位相ずれを表す制御偏差信号εを生成する。そして、デジタルＰＬＬ３０は、制御偏差信号εの値が０になるように制御することにより、角度データφ１を決定し、これを出力する。

このように、実施の形態１に係る角度検出装置１００によれば、デジタルＰＬＬ３０を用いるフィードバックループにより角度データφ１を決定するので、角度更新周波数を高速化させることができ、とくに高速な回転にも追従することができる。

とくに、デジタルＰＬＬ３０を用いることにより、従来のようなサンプリング方式の構成と比較して追従速度を向上できる。

また、角度検出装置１００では大部分がデジタル回路により実現可能であり、必要なアナログ回路はコンパレータ２４のみとなる。デジタル回路は、アナログ回路と比較して小型化が可能であり、とくに現在の微細化が進んだデジタル半導体プロセスを用いれば、従来よりも小規模の面積で従来と同等の機能を実現することができる。このため、たとえばＰＬＬをアナログ回路によって実現するような構成と比較して、より小規模の面積で同等の機能を実現することができる。

また、位相変調により角度検出を行うので、振幅変調方式と比較するとノイズ耐性が高い。振幅変調方式では電気角度９０度周期で２相ある出力信号の一方の振幅が０となるため、その角度付近でノイズが重畳した場合に、角度の誤差が大きくなる。これに対し、位相変調方式では、出力信号の振幅は角度によらず一定であるので、Ｓ／Ｎ比が高く、ノイズの影響は小さい。

１０角度検出器、２０ＰＬＬ－ＲＤＣ（Ｒ／Ｄ変換器）、３０デジタルＰＬＬ。

Claims

２相励磁かつ１相出力方式の角度検出器（１０）から出力されるレゾルバ出力信号ｓｉｎ（ωＲｔ－θ）を処理し、基準信号発生部（２２）から供給される基準信号ωＲｔを用いて、角度データφ１を出力するＲ／Ｄ変換器（２０）であって、
励磁信号発生部（２１）と、前記基準信号発生部（２２）と、コンパレータ（２４）と、デジタルＰＬＬ（３０）とを備え、
前記デジタルＰＬＬ（３０）はデジタル回路で構成され、前記コンパレータ（２４）はアナログ回路で構成され、
前記基準信号発生部（２２）は、所定周波数の基準信号ωＲｔを発生させ、
前記励磁信号発生部（２１）は、前記基準信号ωＲｔに基づいて２相の励磁信号ｃｏｓωＲｔおよびｓｉｎωＲｔを生成し、これらを前記角度検出器（１０）に供給し、
前記コンパレータ（２４）は、前記レゾルバ出力信号ｓｉｎ（ωＲｔ－θ）に基づいて生成したコンパレータ出力信号ωＲｔ－θを前記デジタルＰＬＬ（３０）に供給し、
前記デジタルＰＬＬ（３０）は、位相周波数比較器（３１）と、制御則（３２）と、アキュムレータ（３３）と、減算器（３４）と、位相信号生成器（３５）とを備えてフィードバックループを構成し、
前記位相周波数比較器（３１）は、コンパレータ出力信号ωＲｔ－θの位相と、前記位相信号生成器（３５）から供給される位相信号の位相とを比較して制御偏差信号εを生成し、
前記制御則（３２）は、前記制御偏差信号εから角度変化量を生成し、
前記アキュムレータ（３３）は、前記角度変化量を積算して前記角度データφ１を生成し、
前記減算器（３４）は、前記基準信号ωＲｔと前記角度データφ１との差分をフィードバック信号ωＲｔ－φ１として生成し、
前記位相信号生成器（３５）は、前記フィードバック信号ωＲｔ－φ１の位相を前記位相信号として生成し、
前記デジタルＰＬＬ（３０）は、前記フィードバック信号ωＲｔ－φ１の位相と前記レゾルバ出力信号ｓｉｎ（ωＲｔ－θ）の位相とを、前記位相周波数比較器（３１）を用いて比較して一致するよう負帰還制御をすることを特徴とする、
Ｒ／Ｄ変換器。
前記デジタルＰＬＬ（３０）は、前記制御偏差信号εの値が０になるように制御することにより、前記角度データφ１を決定する、請求項１に記載のＲ／Ｄ変換器。