JPH0496130A - 位置信号の校正装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ｓｉｎθ、ＣＯ９θで近似される信号から
歪み成分を取り除き、θの値を精度良く求める装置に関
し、特にエンコーダ、レゾルバ等のアナログ出力を電気
的に処理する装置に応用することにより、微細な位置を
精度良く計測することを可能にした信号校正装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 自動制御などに用いられる位置計測手段として、エンコ
ーダ、レゾルバ等のコサイン、サイン信号を出力する装
置が広く用いられている。これらの信号を二値化して得
られるパルス列をカウントする装置、または逆正接演算
を行う装置に入力し、位置を表す信号を得ることが行わ
れる。

［発明が解決しようとする課題］ 前者の方法は、−回転当たり数百から数千周期の信号が
得られるエンコーダに広く用いられ、後者は、−回転当
り−から数周期の信号が得られるレゾルバに一般的に用
いられているが、近年、位置計測装置の分解能向上が求
められるようになると、−回転当りの周期の多いエンコ
ーダ信号を逆正接演算処理して微細な角度を計測するこ
とも行われるようになった。

ところで、逆正接演算による位置の計測はエンコーダか
ら出力されるコサイン、サイン信号に歪みが含まれると
誤差が生じるという問題点があった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたも
ので、歪を含む信号をディジタル的に処理して歪を除去
するようにした信号校正装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段］ この発明にかかる請求項　（１）に記載の発明は、コサ
イン、サイン関数で近似され、第三高調波成分を含む２
つの信号 ｘ＝ｇｘ（ｃｏｓθ＋ｈ　ｃｏｓ　（３θ）　＋ｌ＜ｓ
ｉｎθ）＋ｚｘ’ｙ　＝　ｇｙ　　（ｓｉｎθ−ｈｓｉ
ｎ（３θ）　＋ｋｃｏｓθ）＋ｚｙただし、２．．２．
はゼロ点、ｇｘ５ｇｙは振幅、ｈは第三高調波混入量、
ｋは定数で、ｋ＝Ｏの場合を含む からθに相当する信号を得る装置であって、信号Ｘ　＋
　Ｘ　＋　３’　＋　ｙ＋　　Ｘ　＋　ｙ＋　　Ｘ　＋
　　Ｘ−ｙ、−ｙ、ｘ−ｙの各々のピーク値を検出する
ピーク値検出手段（各信号のピーク値を各々ｄ０、ｄ＋
　、ａ！、ｃｔ３．ｄ４．ｄｓ、ｄｓ、ｄｔ　とする）
と、 このピーク値検出手段で求められた前記ピーク値を用い
て下式により、前記第　（１）　、　ｆ２）式のパラメ
ータを推定し、これに基づいて補正を行う補正手段と、 ｇｘ　　＝　　（ａｏ　　＋ｄ４　　）　　／２Ｚｘ　
　＝　（ｄｏ　　　ｄ４　）／２ｇｙ　　”　　（ｄｚ
　　＋ｄａ　　）　　／２Ｚｙ　　＝　　（ｃｔ２　　
ｄ６　）／２を備えたものである。

さらに、請求項　（２）に記載の発明は、請求項（１）
の発明において、 信号Ｘ＋　Ｘ”　’ｙ’　＋　３’　＋　−ｘ　＋　ｙ
　＋　−ｘ　＋　　ｘ−：Ｊ＋　　　、Ｙ＋　Ｘ　　’
Ｊの各々のピーク値を検出するピーク値検出手段が、θ
がｉπ／４に近いとき、下記の値をｄｌとして取り込む
ようにしたものである。

ただし、ｉはＯから７までの整数、ｐは１より小さい正
の定数とする。

ｄｏ　＝ｄｏ　＋　ｐ　（ｘ　　ｄｏ　）ｄ１＝ｄ＋　
＋ｐ　（ｘ＋ｙ　　ｄ＋　）ｄｚ　　＝　ｄｚ　　＋　
ｐ　（ｙ　　ｄｚ　　）ｄ３　＝ｄ３　＋ｐ　　（ｘ＋
ｙ　　　ａ３　）ａ４　＝ａ４　＋ｐ　　（ｘ　　　ａ
４　）ｄ５　＝ｄｓ　　＋　ｐ　（ｘ　　　Ｖ　　　ｄ
ｓ　　）ｄｓ　　”　ｄａ　　＋　ｐ（−Ｖ　　　ｄｓ
　　）ｄ７　＝ｄｙ　　＋ｐ　　（ｘ　　　ｙ　　　ｄ
７　）としたものである。

［作用］ この発明にかかる請求項　（１）に記載の発明は、ピー
ク値検出手段により信号Ｘ　、　Ｘ　＋　’Ｊ　＋　：
Ｊ　＋、）（＋ｙ、−ｘ、−Ｘ−’！、−ｙ＋　Ｘ　　
’Ｉの各々のピーク値ｄ。−ｄ７を検出し、このピーク
値を用いて補正手段により第　（１）式、第　（２）式
の元信号の補正が行われる。

また、補正に用いるピーク値の検出を行うのにピーク値
検出手段が、θがｉπ／４に近いとき、各ピーク値ｄ０
〜ｄ７を順次取り込み、これに基づいて元信号の補正が
行われる。

［実施例］ はじめに、この発明の動作原理について説明する。

元信号中のコサイン、サイン関数からのズレとして、主
として増幅回路に起因するゼロ点、振幅のズレと記録、
検出部に起因するクロストークと高調波によるものがあ
る。

第３図（ａ）〜（ｄ）は各種歪み成分が混入した際の元
信号を一方をｙ軸、他方をｙ軸に取り、二次元的にプロ
ットしたものである。

第３図（ａ）は信号Ｘのゼロ点○がＯ′に移動した場合
を示している。これは、図より明らかなように、Ｘの最
大値と最小値の平均によりゼロ点の移動量を検出するこ
とができ、これを元信号から差し引（ことで補正を行う
ことができる。

第３図（ｂ）は信号Ｘの振幅が大きくなった場合を示し
ている。振幅はＸの最大値と最小値の差の１／２で求ま
り、元信号を振幅で除算することにより補正を行うこと
ができる。

第３図（Ｃ）はＸとｙの位相差がπ／２からズした場合
を示している。これは、それぞれの信号が他方に混入す
る「クロストーク」として表される。すなわち、 ｓｉｎθ＋ｋ　ｃｏｓθ＝ＪＴ′ｖＳｉｎ（θ＋ａｒｃ
ｔａｎ　（１７ｋ）　）ｃｏｓθ＋ｋ　ｓｉｎθ＝　ｆ
Ｔ；Ｙ”ｃ　ｏ　ｓ　（θ−ａｒｃｔａｎ　（１／ｋｌ
　）となり、位相差がπ／２より小さいことと、正のク
ロストークがあることは同じことを意味する。

クロストークの検出はＸとｙの和と差の振幅を比較する
ことで行うことができる。クロストークがない場合は両
者は等しく、正のクロストークがある場合は和の振幅は
差の振幅よりも大きくなる。クロストークの混入量がわ
かれば、それぞれの信号から他方の信号にクロストーク
混入量を掛けたものを引くことで補正することができる
。この補正は正確ではないが、クロストーク混入量が小
さい場合はに２が無視できることから、十分良い近似を
与える（大きなりロストークがある場合には高次の項ま
で考慮する必要がある）。

波形の歪みは一般に各種の高次成分の混入により表すこ
とができる。この中で偶数次の高調波は装置が対称に作
られていれば極めて少なく、問題となることは少ない。

また、一般的に次数の高い成分は量が少なく、主として
第三高調波が問題となる。

第３図（ｄ）は第三高調波が混入したときの信号をｘｙ
プロットしたもので、各軸の部分での半径とこれからπ
／４移動した点での半径が異なっていることがわかる。

このことから、次式により第三高調波の混入量を算出す
る。

第三高調波の補正は、（１）二倍角の公式により元信号
からｃｏｓ３θ、　　５ｉｎ３θを求め、混入量を差し
引くことによって行うことができるが、（１１）逆正接
演算を先に行い、この中に含まれる第三高調波に起因す
る誤差を補正する方法が計算量が少な（有利である。第
三高調波による誤差は量が少ない場合、−ｈｓｉｎ４θ
で近似することができ、逆正接演算で得た値からこれを
差し引（ことで第三高調波による誤差を補正される。

さて、コサイン、サインに近似した第三高調波成分を含
む２つの信号を次式で近似する。

ｘ＝ｇｘ（ｃｏｓθ＋ｈｃｏｓ（３θ）＋ｋｓｉｎθ）
＋Ｚ。

ｙ＝ｇｙ（ｓｉｎθ−ｈ　ｓｉｎ　（３θ）　＋ｋｃｏ
ｓθ）＋２ｙ・・・　（２） ただし、２．．２ｙはゼロ点、ｇＸ５ｇｙは振幅、ｈは
第三高調波混入量、ｋは定数で、ｋ＝０の場合を含む 信号ｘ、ｘ十ｙ、ｙ、−ｘ＋ｙ、−Ｘ、−Ｘ−ｙ＋　　
’Ｉ＋　Ｘ−ｙの各々のピーク値（各信号のピーク値を
各々ｄ、、ｄ、、ｄ２．ｄ３．ｄ４゜ｄｓ　、ｄａ　、
ｄ７とする）を検出することにより、下式により、第　
（１）、（２１式のパラメータを推定することができる
。

ｇｘ　”　（ｄｏ　＋ｄ４）／２ ｚｘ　＝　（ｄｏ　−ｄ４　）　／２ ｇｙ　＝　（ａ２＋ｄａ　）／２ Ｚｙ　”　（ｄｚ　　ｄａ　）　／　２前記パラメータ
を用いて下式より元信号を補正信号　＊　、　ｙ　＊に
変換することができる。

（ｉ）　　まず、３倍角の公式を用いる場合ｘ’　＝　
（ｘ−Ｚｘ　）　／ｇｘ ｙ’　＝　（ｙ−Ｚｙ　）　／ｇｙ ｘ　”　＝　ｘ　’　−ｈ　ｘ　’　　（４ｘ　”　−
３）ｙ”　＝ｙ’　−ｈｙ’　　（４ｙ”−３）前記補
正信号ｘ　＊　、　ｙ　＊より符号を考慮した逆正接演
算によりθを求める。

（ｉｉ）　　θを先に求めて補正する場合ｘ　ｌ′＝　
（ｘ　　Ｚ　Ｘ　）　／　ｇ　ｘｙ”　＝　（ｙ−ｚｙ
　）　／ｇｙ 高調波（係数りの項）の影響を除去するためには上記（
ｉ）で述べたように二倍角の公式を用いても良いが、前
記補正信号より符号を考慮した逆正接演算によりθを求
めた後、得られたθを次式より補正することによって除
去するのが効率的である。

Ｃ０；θ＋ｈ　　５ｉｎ４　　θ また、元信号の位相差が正確にπ／２でない場合（クロ
ストークが含まれているに≠Ｏのとき）には、 によりクロストークの混入量を求め、 ｘ”＝ｘ−ｋｙ ｙ“＝ｙ−ｋｘ によりこれを除去することも可能である。

また、各信号のピーク値を求めるに際して、下記のよう
にして行うこともできる。

信号Ｘ　、　Ｘ　＋　Ｙ　＋　３’　＋　　Ｘ　＋３’
　＋　　”　＋　−Ｘ−、！ｌ’ｌ　−ｙ、　Ｘ−ｙの
各々のピーク値は、θがｉπ／４に近いとき、次の値を
新たなｄｌとして取り込むことで得ることができる。

Ｃ１ｏ　”　ｄｏ　＋　ｐ（Ｘ　　ｄｏ　）ｄｌ　＝ｄ
ｌ＋ｐ　（ｘ＋ｙ　　ｄｌ　）ｄｗ　＝ｄ２＋　ｐ（ｙ
　Ｃ１ｚ　） ｄｓ　＝ｄｚ　＋　ｐ（−ｘ＋ｙ　　ｄｓ　）ｄ４＝ｄ
４＋ｐ　（−ｘ　　ｄ４） ｄｓ　”ｄ５＋１）（−Ｘ　　Ｍ−ｄｓ　）ｄａ　”　
ｄｓ　＋　ｐ（Ｖ　　ｄａ　）ｄ　７　　＝　ｄ　７　
　＋　ｐ　　（Ｘ　　’Ｉ　　　ｄ　？　）［実施例１
１ 第１図はこの発明による信号校正装置の第１の実施例の
ブロック図を示すもので、実際の処理はマイクロプロセ
ッサによってディジタル的に行われる。

この図で、１−１．１−２は正規化手段、２−１．２−
２はクロストーク除去手段、３は逆正接演算手段、４は
補正手段、５−１はゼロ点パラメータ算出手段、５−２
は振幅補正パラメータ算出手段、６はクロストーク補正
パラメータ算出手段、７は第三高調波誤差補正用パラメ
ータ算出手段、１０はピーク値検出手段である。

次に、動作について説明する。

入力信号Ｘ＋　ｙは正規化手段１−１．１−２によりゼ
ロ点および振幅を正規化され、ついでクロストーク除去
手段２−１．２−２によりクロストークが除去される。

なお、元信号の位相差が正確にπ／２であることが明ら
かな場合は、クロストーク除去手段２−１．２−２は不
要である。

これらの信号は、逆正接演算手段３に入力されθの値に
変換される。ここで用いられる逆正接演算は一般的なサ
インとコサインの比のみの関数ではなく、これらの符号
を考慮してθを０から２πにわたる範囲で求める。この
ような関数はＣ言語では標準関数ａｔａｎ　２として広
く知られている。マイクロプロセッサでこの処理を行う
場合は、メモリ中に逆三角関数表を持ち、これを索引す
ることで高速処理が可能である。

このようにして得られたθの値は、補正手段４により第
三高調波による誤差を補正して出力される。５ｉｎ４θ
の演算もメモリ中の表を索引することで高速に行われる
。

［実施例２１ 第２図はこの発明の第２の実施例のブロック図を示すも
ので、８−１〜８−８は角度範囲判定手段、９−１〜９
−８はピーク値更新手段であり、その他は第１図と同じ
である。

角度範囲判定手段８−１〜８−８はθがいずれのピーク
値検出範囲にあるかどうかを判定するものであり、θが
いずれかの範囲にある場合は、該当するピーク値更新手
段９−１〜９−８が作動してピーク値を更新する。この
ピーク値からゼロ点パラメータ算出手段５−１．振幅補
正パラメータ算出手段５−２によりゼロ点２．，２ν、
振幅補正用のパラメータｇｘ、ｇｙが、また、クロスト
ーク補正パラメータ算出手段６によりクロストーク補正
用のパラメータｋが、第三高調波誤差補正用パラメータ
算出手段７により第三高調波誤差補正用のパラメータｈ
がそれぞれ算出される。

この発明では、作動中にピーク値が検出される毎に自動
的な補正が行われるため、温度変化などにより元信号の
歪みの状態が変化してもこれに追随して、常に最適な校
正が行われる。電源投入直後のピーク値の初期値は、設
計値（これに合うように信号発生部が調整される）を用
いても、あるいは装置毎に実測した値を書き込んでも良
い。

〔発明の効果〕

この発明は、以上詳細に説明したように、コサイン、サ
イン関数で近似され、第三高調波成分を含む２つの信号 ｘ＝ｇｘ（ｃｏｓｅ十ｈ　ｃｏｓ　（３θ）　＋ｋｓｉ
ｎθ）＋Ｚ。

３’　＝　ｇ　ｙ　　（ｓｉｎθ−ｈｓｉｎ（３θ）＋
ｋｃｏｓθ）十Ｚ。

ただし、２．．２．はゼロ点、ｇＸ５ｇｙは振幅、ｈは
第三高調波混入量、ｋは定数で、ｋ＝Ｏの場合を含む からθに相当する信号を得る装置であって、信号Ｘ　＋
　Ｘ　”　ｙ、３’　＋　　Ｘ　＋　ｙ、　　Ｘ　、　
　Ｘ　−ｙｒ　　’／　、Ｘ−ｙの各々のピーク値を検
出するピーク値検出手段（各信号のピーク値を各々ｄｏ
、ｄ、、ｄ２．ｄ３＋　　ｄ、、ｄｓ、ｄ、、ｄ、とす
る）と、 このピーク検出手段で求められた前記ピーク値を用いて
、ｇｘ　Ｉ　Ｚｘ　＋　　ｇｙ　＋　Ｚｙ　＋　ｈ、ｋ
によりパラメータを推定し、補正を行うようにしたので
、元信号がクロストークをはじめ歪を含む信号であって
もこれを補正して正しい信号とすることができ、求める
θの値を高精度に検出でき、１回転当たりの周期の多い
エンコーダ信号の微細な角度の計測が可能である。

また、この発明は、ピーク値の検出に際しθがｉπ／４
に近いとき、それぞれのピーク値をｄｌとして取り込む
ようにしたので、常に最新のピーク値を使用でき、高精
度の補正が可能となる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
はこの発明の他の実施例を示すブロック図、第３図（ａ
）〜（ｄ）は各種歪成分が混入した際の元信号を、一方
をｙ軸、他方をｙ軸にとって二次元的にプロットした図
である。 図中、Ｘ＋”Ｊは元信号、θは求める角度、１−１．１
−２は正規化手段、２−１．２−２はクロストーク除去
手段、３は逆正接演算手段、４は補正手段、５−１はゼ
ロ点パラメータ算出手段、５−２は振幅補正パラメータ
算出手段、６はクロストーク補正パラメータ算出手段、
７は第三高調波誤差補正用パラメータ算出手段、８−１
〜８−８は角度範囲判定手段、 ９−１〜９−８はピーク値 更新手段、 ○はピーク値検出手段である。 第

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コサイン、サイン関数で近似され、第三高調波成
   分を含む２つの信号 ｘ＝ｇ＿ｘ｛ｃｏｓθ＋ｈｃｏｓ（３θ）＋ｋｓｉｎθ
   ｝＋Ｚ＿ｘ・・・（１） ｙ＝ｇ＿ｙ（ｓｉｎθ−ｈｓｉｎ（３θ）＋ｋｃｏｓθ
   ）＋Ｚｙ・・・（２） ただし、Ｚ＿ｘ、Ｚ＿ｙはゼロ点、ｇ＿ｘ、ｇ＿ｙは振
   幅、ｈは第三高調波混入量、ｋは定数で、ｋ＝０の場合
   を含む からθに相当する信号を得る装置であって、信号ｘ、ｘ
   ＋ｙ、ｙ、−ｘ＋ｙ、−ｘ、−ｘ−ｙ、−ｙ、ｘ−ｙの
   各々のピーク値を検出するピーク値検出手段（各信号の
   ピーク値を各々ｄ＿０、ｄ＿１、ｄ＿２、ｄ＿３、ｄ＿
   ４、ｄ＿５、ｄ＿６、ｄ＿７とする）と、 このピーク値検出手段で求められた前記ピーク値を用い
   て下式により、前記第（１）、（２）式のパラメータを
   推定し、これに基づいて補正を行う補正手段と、 ｇ＿ｘ＝（ｄ＿０＋ｄ＿４）／２ ｚ＿ｘ＝（ｄ＿０−ｄ＿４）／２ ｇ＿ｙ＝（ｄ＿２＋ｄ＿６）／２ Ｚ＿ｙ＝（ｄ＿２−ｄ＿６）／２ ｈ＝（１／２）−（ｄ＿１＋ｄ＿３＋ｄ＿５＋ｄ＿７）
   ／２√２（ｇ＿ｘ＋ｇ＿ｙ）ｋ＝（１／２）−（ｄ＿１
   −ｄ＿３＋ｄ＿５−ｄ＿７）／２√２（ｇ＿ｘ＋ｇ＿ｙ
   ）を備えたことを特徴とする信号校正装置。
2. （２）信号ｘ、ｘ＋ｙ、ｙ、−ｘ＋ｙ、−ｘ、−ｘ−ｙ
   、−ｙ、ｘ−ｙの各々のピーク値を検出するピーク値検
   出手段が、θがｉπ／４に近いとき、下記の値をｄ＿ｉ
   として取り込むことを特徴とする請求項（１）記載の信
   号校正装置。 ただし、ｉは０から７までの整数、ｐは１より小さい正
   の定数とする。 ｄ＿０＝ｄ＿０＋ｐ（ｘ−ｄ＿０） ｄ＿１＝ｄ＿１＋ｐ（ｘ＋ｙ−ｄ＿１） ｄ＿２＝ｄ＿２＋ｐ（ｙ−ｄ＿２） ｄ＿３＝ｄ＿３＋ｐ（−ｘ＋ｙ−ｄ＿３） ｄ＿４＝ｄ＿４＋ｐ（−ｘ−ｄ＿４） ｄ＿５＝ｄ＿５＋ｐ（−ｘ−ｙ−ｄ＿５） ｄ＿６＝ｄ＿６＋ｐ（−ｙ−ｄ＿６） ｄ＿７＝ｄ＿７＋ｐ（ｘ−ｙ−ｄ＿７）