JPH0419511A - 回転角度検出装置 - Google Patents
回転角度検出装置Info
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- JPH0419511A JPH0419511A JP12359090A JP12359090A JPH0419511A JP H0419511 A JPH0419511 A JP H0419511A JP 12359090 A JP12359090 A JP 12359090A JP 12359090 A JP12359090 A JP 12359090A JP H0419511 A JPH0419511 A JP H0419511A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 21
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
この発明は、1つの回転子巻線と2つの固定子巻線を有
する回転角度検出用のレゾルバを用いた回転角度検出装
置に関する。
する回転角度検出用のレゾルバを用いた回転角度検出装
置に関する。
(ロ)従来の技術
従来、レゾルバを角度検出器として用いる場合、第4図
に示すように、2つの固定子巻線13.14を備え、こ
の固定子巻線13.14に第5図に示す電気角で90°
の位相の異なる2相の正弦波を供給して励磁電流を流し
、1個の回転子巻線15に誘導される出力と励磁信号と
の位相差θを求め、この位相角θを回転角度としている
。正弦波励磁を採用した、従来の回転角度検出装置を第
6図に示している。この回転角度検出装置は、発振器2
1と、発振器21からのパルスを受けて分周する分周回
路22と、スタートタイミング発生回路23と、このス
タートタイミング発生回路23からの信号に同期してS
IN波、 CO3波をそれぞれ発生するSIN波発生回
路24、CO8波発生回路25と、ドライバ回路26.
27と、レゾルバ28と、レゾルバ28の回転子出力を
導出する出力回路29と、出力の高調波成分を除去する
ローパスフィルタ30と、0クロス点を検出するコンパ
レータ3Iと、スタート信号を受けてから、0クロス点
検出によるストップ信号入力まで分周回路32からのパ
ルス信号をカウントするカウンタ22と、CPU33と
から構成されている。
に示すように、2つの固定子巻線13.14を備え、こ
の固定子巻線13.14に第5図に示す電気角で90°
の位相の異なる2相の正弦波を供給して励磁電流を流し
、1個の回転子巻線15に誘導される出力と励磁信号と
の位相差θを求め、この位相角θを回転角度としている
。正弦波励磁を採用した、従来の回転角度検出装置を第
6図に示している。この回転角度検出装置は、発振器2
1と、発振器21からのパルスを受けて分周する分周回
路22と、スタートタイミング発生回路23と、このス
タートタイミング発生回路23からの信号に同期してS
IN波、 CO3波をそれぞれ発生するSIN波発生回
路24、CO8波発生回路25と、ドライバ回路26.
27と、レゾルバ28と、レゾルバ28の回転子出力を
導出する出力回路29と、出力の高調波成分を除去する
ローパスフィルタ30と、0クロス点を検出するコンパ
レータ3Iと、スタート信号を受けてから、0クロス点
検出によるストップ信号入力まで分周回路32からのパ
ルス信号をカウントするカウンタ22と、CPU33と
から構成されている。
(ハ)発明が解決しようとする課題
上記した従来の回転角検出装置では、正弦波の励磁信号
を使用するため、SIN波発生回路、CO3波発生回路
を必要とするが、精度の良い2相の正弦波を発生するた
めには構成部品が多くなるため、装置が高価になるとい
う問題があった。
を使用するため、SIN波発生回路、CO3波発生回路
を必要とするが、精度の良い2相の正弦波を発生するた
めには構成部品が多くなるため、装置が高価になるとい
う問題があった。
方矩形波等の発生の容易な非正弦波を励磁電流源とする
と、その中に含まれる高調波により計測誤差が大きくな
り、この高調波の誤差をなくすためには、−船釣にロー
パスフィルタを使用する。しかし、基本波を通過させて
3次高調波を十分(電圧比で40dB程度)カットする
ためには、遮断傾度の大きい多段のアクティブフィルタ
かLCフィルタを使用する必要があり、構成が複雑にな
り、さらに温度特性を考えると基本波周波数での位相変
化の温度特性も、使用温度範囲内(例えば0°C〜50
°C)で角度測定精度(例えば0.5°)以下に抑える
設計が必要となり、温度変化の非常に少ない素子でフィ
ルタを構成するため装置がやはり高価になるという問題
があった。
と、その中に含まれる高調波により計測誤差が大きくな
り、この高調波の誤差をなくすためには、−船釣にロー
パスフィルタを使用する。しかし、基本波を通過させて
3次高調波を十分(電圧比で40dB程度)カットする
ためには、遮断傾度の大きい多段のアクティブフィルタ
かLCフィルタを使用する必要があり、構成が複雑にな
り、さらに温度特性を考えると基本波周波数での位相変
化の温度特性も、使用温度範囲内(例えば0°C〜50
°C)で角度測定精度(例えば0.5°)以下に抑える
設計が必要となり、温度変化の非常に少ない素子でフィ
ルタを構成するため装置がやはり高価になるという問題
があった。
この発明は、上記問題点に着目してなされたものであっ
て、非正弦波駆動において高価なフィルタを用いずとも
高調波の誤差を除去し得、高精度のものを安価に実現し
得る回転角度検出装置を提供することを目的としている
。
て、非正弦波駆動において高価なフィルタを用いずとも
高調波の誤差を除去し得、高精度のものを安価に実現し
得る回転角度検出装置を提供することを目的としている
。
(ニ)課題を解決するための手段及び作用この発明の回
転角度検出装置は、1つの回転子巻線と2つの固定子巻
線を有する回転角度検出用レゾルバを用いて回転角度を
検出するものにおいて、前記2つの固定子巻線にそれぞ
れに互いに90°の位相差を有するf (T/2+t)
=−f(1)[1:時間、T:周期]となる波形を、供
給する駆動部と、前記回転子巻線の出力をデジタル信号
に変換するA/D変換手段と、このA/D変換手段より
の信号を受け、駆動波形の半周期間のデータを用いてフ
ーリエ変換法により回転子巻線出力波形に含まれる一定
周波数成分の位相を演算してレゾルバの回転角を算出す
る演算手段とを特徴的に備えている。
転角度検出装置は、1つの回転子巻線と2つの固定子巻
線を有する回転角度検出用レゾルバを用いて回転角度を
検出するものにおいて、前記2つの固定子巻線にそれぞ
れに互いに90°の位相差を有するf (T/2+t)
=−f(1)[1:時間、T:周期]となる波形を、供
給する駆動部と、前記回転子巻線の出力をデジタル信号
に変換するA/D変換手段と、このA/D変換手段より
の信号を受け、駆動波形の半周期間のデータを用いてフ
ーリエ変換法により回転子巻線出力波形に含まれる一定
周波数成分の位相を演算してレゾルバの回転角を算出す
る演算手段とを特徴的に備えている。
一般に、周期関数から特定の周波数成分を抽出する手法
としてフーリエ変換法が知られている。
としてフーリエ変換法が知られている。
すなわち時間tの関数g (t)を下記演算により周波
数1の関数とすることができる。
数1の関数とすることができる。
G (f ) = f”g(t) e−t”dt (ω
=2 K f )この手法を用いれば、高調波成分を含
んだ励磁波と回転子巻線の出力のそれぞれの励磁基本周
波数の伝達関数を求めることにより位相差、すなわち角
度を求めることができる。この発明の回転角度検出装置
は、この手法を採用している。
=2 K f )この手法を用いれば、高調波成分を含
んだ励磁波と回転子巻線の出力のそれぞれの励磁基本周
波数の伝達関数を求めることにより位相差、すなわち角
度を求めることができる。この発明の回転角度検出装置
は、この手法を採用している。
さらに、具体的な演算例で説明する。
励磁波をu (t)、回転子出力をy (t)とすると
、u (t)とy (t)をフーリエ変換し、励磁基本
周波数fの成分を求める。
、u (t)とy (t)をフーリエ変換し、励磁基本
周波数fの成分を求める。
u(f) =r”u(t) e−〆dt= g u (
t) (cosωt jsinωt) dt =Sy(t) (cosωL jsinωt) dt u (f) =u1 (f) +ju。
t) (cosωt jsinωt) dt =Sy(t) (cosωL jsinωt) dt u (f) =u1 (f) +ju。
(f)
y(f)
=yI
(f)
+jyz
(f)
とすると、
周波数伝達関数は、
ul”(f)
+ u 、”(f)
位相差θは、
y+(f)・
u I(f) 十)’ z(f)・
u 、(f)
となり、この(1)式を算出することにより、回転角度
θが求められる。
θが求められる。
(ホ)実施例
以下、実施例により、この発明をさらに詳細に説明する
。
。
第1図は、この発明の一実施例を示す回転角度検出装置
のブロック図である。同図において、CPU等で構成さ
れる演算装置1のタイミング発生部2より互いに90°
位相の異なる矩形波信号が出力され、それぞれドライバ
回路3.4を経てレゾルバ5の一ステータ(固定子)A
、ステータBに入力されている。このステータAとステ
ータBに入力される信号a、bが第2図に示されている
。
のブロック図である。同図において、CPU等で構成さ
れる演算装置1のタイミング発生部2より互いに90°
位相の異なる矩形波信号が出力され、それぞれドライバ
回路3.4を経てレゾルバ5の一ステータ(固定子)A
、ステータBに入力されている。このステータAとステ
ータBに入力される信号a、bが第2図に示されている
。
レゾルバ5のロータ(回転子)より出力回路6を経て導
出された信号C(第2図参照)はA/D変換器7で1/
8周期でサンプリングされてデジタル信号d(第2図参
照)に変換されて演算装置1に取り込まれ、演算装置1
ではA/D変換器7の出力信号dに基づいて角度θを算
出する。
出された信号C(第2図参照)はA/D変換器7で1/
8周期でサンプリングされてデジタル信号d(第2図参
照)に変換されて演算装置1に取り込まれ、演算装置1
ではA/D変換器7の出力信号dに基づいて角度θを算
出する。
回転子(ロータ)の角度は、励磁波とロータ出力の位相
差により求めることができるので、上記(1)式の演算
によりロータの角度を求めることができる。第3図に、
基本波他の周波数成分と、励磁波との位相の関係を示し
ている。
差により求めることができるので、上記(1)式の演算
によりロータの角度を求めることができる。第3図に、
基本波他の周波数成分と、励磁波との位相の関係を示し
ている。
さらに、励磁波u (t)に、t=T/4の時間軸に対
称(u (t) = u (−−t ) )であり、T
/2の点に対して対称(u (t) = −u (t
+−)な波形を選ぶと(一般に発生が容易な矩形波、三
角波、台形波は、この条件を満たす)。
称(u (t) = u (−−t ) )であり、T
/2の点に対して対称(u (t) = −u (t
+−)な波形を選ぶと(一般に発生が容易な矩形波、三
角波、台形波は、この条件を満たす)。
u+ (f) = g u(t) ・cosωt−
dtは、COSω t であるので、 U宜 (f) 一5u(t) ・ cO5ωt −dt 千 =ru(t) −CoS(IJt−dt +5u(t) 士 −cosωidt 壬 =Xu(t) ’ cosωt−dt + +5u(t) ・cO3ωt−dt + =25u(t) ・cosωt−dt =2 (S u (t) ・cosωt−dt τ + Su (t) 干 ・CO3ωt °dt) =0 となって、 (1)式は、 さらに簡単になり、 で求めることができる。
dtは、COSω t であるので、 U宜 (f) 一5u(t) ・ cO5ωt −dt 千 =ru(t) −CoS(IJt−dt +5u(t) 士 −cosωidt 壬 =Xu(t) ’ cosωt−dt + +5u(t) ・cO3ωt−dt + =25u(t) ・cosωt−dt =2 (S u (t) ・cosωt−dt τ + Su (t) 干 ・CO3ωt °dt) =0 となって、 (1)式は、 さらに簡単になり、 で求めることができる。
ところで高調波を含んだ回転子出力は、E (t) =
A +5in(ωt+θ)+As5in(3ωt+θ
+ψ3)+As5in(5ωを十〇+ψ、)+・・・十
N ・・・(2) であるから、 サンプリング後A/D変換すると (T / mの周期でサンプリングする)十A35in
(n θ+ψ、) +N(n) となり、 これをフーリエ変換すると、 基本波の実数部は、 基本波の虚数部は、 Y。
A +5in(ωt+θ)+As5in(3ωt+θ
+ψ3)+As5in(5ωを十〇+ψ、)+・・・十
N ・・・(2) であるから、 サンプリング後A/D変換すると (T / mの周期でサンプリングする)十A35in
(n θ+ψ、) +N(n) となり、 これをフーリエ変換すると、 基本波の実数部は、 基本波の虚数部は、 Y。
=ΣEd(n)
・−5in(2πn / m )
となるから、
を演算すればよい。
さらに、励磁波形を偶数次高調波を含まない波形とする
ことは容易であり、f (t+T/2)=−f (t)
の関係にある波形は偶数次高調波を含まない。
ことは容易であり、f (t+T/2)=−f (t)
の関係にある波形は偶数次高調波を含まない。
ロータ出力に含まれる偶数次高調波成分は、角度計測上
影響ない程度に小さい。この場合、基本波周期をTとす
ると(T=2π/ω)、上記(2)式%式%) =−f(t)であるので、フーリエ変換は0〜T/2の
区間とT/2〜Tの区間の結果が同じものになり、0〜
T/2の区間で演算することにより、角度θを求めるこ
とができる。すなわちを演算すればよい。
影響ない程度に小さい。この場合、基本波周期をTとす
ると(T=2π/ω)、上記(2)式%式%) =−f(t)であるので、フーリエ変換は0〜T/2の
区間とT/2〜Tの区間の結果が同じものになり、0〜
T/2の区間で演算することにより、角度θを求めるこ
とができる。すなわちを演算すればよい。
通常、角度検出装置は、角度を求めるだけでなく、その
結果を外部にデータとして転送したり、表示、入カキ−
の処理、さらには、設定値との比較演算等も行う必要が
ある。この実施例によれば、励磁波の半周期の間にデー
タの読み取り、角度、演算を行い、残りの半周期で他の
処理を行えるため、角度検出用の演算装置で角度検出以
外の処理を併せて行うことができる。
結果を外部にデータとして転送したり、表示、入カキ−
の処理、さらには、設定値との比較演算等も行う必要が
ある。この実施例によれば、励磁波の半周期の間にデー
タの読み取り、角度、演算を行い、残りの半周期で他の
処理を行えるため、角度検出用の演算装置で角度検出以
外の処理を併せて行うことができる。
(へ)発明の効果
この発明によれば、2つの固定子巻線にそれぞれ互いに
90°の位相差を有するf (T/2+t)−−f(t
)となる波形を供給する駆動部と、回転子巻線の出力を
デジタル信号に変換するA/D変換手段と、駆動波形の
半周期間のデータを用いてフーリエ変換法により回転子
巻線出力波形に含まれる一定周波数成分の位相を演算し
てレゾルバの回転角を算出する演算手段とを特徴的に備
えるものであるから、従来装置のような高価な正弦波発
生回路(D/A変換器等)が不要であり、また高価な高
調波除去用ローパスフィルタが不要であり、A/D変換
器内蔵の演算装置の入手は容易であるので、この場合は
、さらに構成が簡単になる。また、演算手段における角
度演算は、駆動波形の半周期間で済み、処理時間に余裕
が生じるので、角度演算以外の処理(データ転送、表示
、設定値との比較等)も、角度演算用演算手段で処理で
きるので、高機能角度検出装置が実現できる。
90°の位相差を有するf (T/2+t)−−f(t
)となる波形を供給する駆動部と、回転子巻線の出力を
デジタル信号に変換するA/D変換手段と、駆動波形の
半周期間のデータを用いてフーリエ変換法により回転子
巻線出力波形に含まれる一定周波数成分の位相を演算し
てレゾルバの回転角を算出する演算手段とを特徴的に備
えるものであるから、従来装置のような高価な正弦波発
生回路(D/A変換器等)が不要であり、また高価な高
調波除去用ローパスフィルタが不要であり、A/D変換
器内蔵の演算装置の入手は容易であるので、この場合は
、さらに構成が簡単になる。また、演算手段における角
度演算は、駆動波形の半周期間で済み、処理時間に余裕
が生じるので、角度演算以外の処理(データ転送、表示
、設定値との比較等)も、角度演算用演算手段で処理で
きるので、高機能角度検出装置が実現できる。
第1図は、この発明の一実施例回転角度検出装置のブロ
ック図、第2図は、同回転角度検出装置の動作を説明す
るための波形図、第3図は、基本波、高調波と位相の関
係を示す図、第4図は、レゾルバの原理的構成を示す図
、第5図は、同しヅルパを使用した従来の回転角度検出
装置の励磁信号、出力信号を示す波形図、第6図は、従
来の回転角度検出装置の回路構成を示すブロック図であ
る。 1:演算装置、 2:タイミング発生部、3・4
:ドイパ回路、5:レゾルバ、 7:A/D変換器、 13・14:ステータ、15:
ロータ。
ック図、第2図は、同回転角度検出装置の動作を説明す
るための波形図、第3図は、基本波、高調波と位相の関
係を示す図、第4図は、レゾルバの原理的構成を示す図
、第5図は、同しヅルパを使用した従来の回転角度検出
装置の励磁信号、出力信号を示す波形図、第6図は、従
来の回転角度検出装置の回路構成を示すブロック図であ
る。 1:演算装置、 2:タイミング発生部、3・4
:ドイパ回路、5:レゾルバ、 7:A/D変換器、 13・14:ステータ、15:
ロータ。
Claims (1)
- (1)1つの回転子巻線と2つの固定子巻線を有する回
転角度検出用レゾルバを用いて回転角度を検出する回転
角度検出装置において、 前記2つの固定子巻線にそれぞれに互いに90゜の位相
差を有するf(T/2+t)=−f(t)〔t:時間、
T:周期〕となる波形を、供給する駆動部と、前記回転
子巻線の出力をデジタル信号に変換するA/D変換手段
と、このA/D変換手段よりの信号を受け、駆動波形の
半周期間のデータを用いてフーリェ変換法により回転子
巻線出力波形に含まれる一定周波数成分の位相を演算し
てレゾルバの回転角を算出する演算手段とを備えたこと
を特徴とする回転角度検出装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12359090A JPH0419511A (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 回転角度検出装置 |
US07/697,335 US5455498A (en) | 1990-05-09 | 1991-05-09 | Angle of rotation detector |
EP91107609A EP0458148B1 (en) | 1990-05-09 | 1991-05-10 | Angle of rotation detector |
DE69121631T DE69121631D1 (de) | 1990-05-09 | 1991-05-10 | Drehwinkelsensor |
ES91107609T ES2093653T3 (es) | 1990-05-09 | 1991-05-10 | Detector de angulo de giro. |
AT91107609T ATE142013T1 (de) | 1990-05-09 | 1991-05-10 | Drehwinkelsensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12359090A JPH0419511A (ja) | 1990-05-14 | 1990-05-14 | 回転角度検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0419511A true JPH0419511A (ja) | 1992-01-23 |
Family
ID=14864367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12359090A Pending JPH0419511A (ja) | 1990-05-09 | 1990-05-14 | 回転角度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0419511A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001264117A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-26 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | 検出器出力の周期的誤差信号補償方法 |
-
1990
- 1990-05-14 JP JP12359090A patent/JPH0419511A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001264117A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-26 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | 検出器出力の周期的誤差信号補償方法 |
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