JPH0496131A - 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、ｃｏｓθ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（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（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１ 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（用いられ、後者は一回転当り
−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。

これらの装置には増幅器などのアナログ回路が含まれ、
ゼロ点のドリフト、ゲインの変動、非直線性という誤差
の原因を含んでいる。

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、第二高調波成分を含む２
つの信号 ｘ＝ｇＸ（ｃｏｓθ−ｂｘｃｏｓ（２θ））＋　Ｚ、　
・（１１ｙ＝　ｇ　ｙ　（ｓｉｎθ＋ｂｙｃｏｓ（２θ
））十Ｚ　、　・（２）ただし、Ｚｘ、Ｚｙはゼロ点、
ｇＸ２ｇｙは振幅、ｂｘ、ｂｙは第二高調波混入量 からθに相当する信号を得る装置であって、信号ｘ、ｘ
＋ｘｘ−ｘ＋ｘ−ｘ、−ｘ−ｙ＋　　３’、Ｘ　　５’
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、ｄｔ　、ｄｚ、ｄ５、ｄ６、ｄ
４．ｄｓ、ｄ６．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　ｆｌ）　、　（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、 ｇｘ　”　（ｄｏ　＋ｄ４）／２ ＺＸ　＝　（ｄｔ　　ｄａ　　ｄｓ　＋ｄｔ　）　／４
ｇｙ　：　（ａｚ　＋ｄａ　）　／　２Ｚｙ　”　（ｄ
ｔ　＋ｄｓ　　ｄｓ　　ｄ７）／４ｂ、＝Ｚ、−（ｄ、
−ｄ４）／２ ｂ、＝ｚｙ　−（ａ２−ｄｓ　　）／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＋ｘｘ−ｘ＋ｘ−Ｘ、−Ｘ−ｙ＋　　：Ｊ＋
　Ｘ　　３’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、とじ
て取り込むようにしたものである。

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　）ｄｔ　＝（
１＋　＋　ｐ　（ｘ＋ｙ　　ｄｔ　）ｄ２＝ｄ２＋ｐ　
（ｙ　　ｄｚ　） ｄｓ　”ｄｓ　＋ｐ　（ｘ＋ｙ　ｄｓ　）ｄ　４　＝　
ｄ　４　＋　ｐ　（−ｘ　　ｄ　４　）ｄｓ　”　ｄｓ
　＋　ｐ　（Ｘ−ｙ−ｄｉ　）ｄａ＝ｄｓ＋ｐ（ｙ　　
ｄｔ５） ｄ７＝ｄｔ　＋ｐ　（ｘ　　３’　　ｄｔ　）［作用］ 二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十ｘｙ。

Ｘ＋ｙ＋　　Ｘ＋　　Ｘ　　Ｖ＋　−ｙ＋　Ｘ−ｙの各
々のピーク値ｄ０〜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
〜ｄ、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１ 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）〜（ｃ）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０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。

増幅回路に非線形性がある場合、主として第二高調波が
問題となる。

第３図（ｃ）は第二高調波が混入したときの信号をｘｙ
プロットしたもので、正円に対し大きく歪んでいること
が分かる。

誤差成分がゼロ点および振幅の変動のみである場合、信
号の最大値と最小値を検出することでゼロ点はこれらの
平均値として、振幅はこれらの差の二分の−として求め
ることができる。非線形に由来する第二高調波は最大値
を低下させる場合は最小値をも低下させ、前記方法では
ゼロ点の変動と誤認することになる。ところで、このよ
うな第二高調波はπ／２ずっ離れた点ではゼロになるた
め、これらの点の値を用いることで第二高調波の影響を
受けることな（ゼロ点を求めることができる。また、こ
うして得られたゼロ点と前記最大値と最小値から求めた
ゼロ点との差を求めることで、第二高調波の大きさを次
式から求めることができる。

Ｘ＋　＝　（ｘ　　ｚｘ）／ｇｘ　＝　ｃｏｓθ−ｂｘ
ｃｏｓ２θｙ＋　　＝　　（ｙ　　ｚｘ）／ｇｙ　＝　
　ｓｉｎθ＋ｂｘｃｏｓ２θ第二高調波の補正は、ｂ、
およびす、の絶対値が１に比べて小さいことから、前記
補正信号を用いて倍角公式により　ｃｏｓ２θを求め、
次式のようにして除去することができる。

Ｘ２　＝Ｘ＋　＋ｂｘ　　（Ｘ＋−ｙ＋”）：　ＣＯ３
θ３’２　＝ｙｒ　　ｂｙ　　（ｘ＋　　ｙ　＋２）χ
ｓｉｎθ〔実施例１１ 第１図はこの発明による信号構成装置の第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ゎれる。

この図で、１−１．１−２は正規化手段、２−１．２−
２は第二高調波除去手段、３は逆正接演算手段、４−１
はゼロ点パラメータ算出手段、４−２は振幅補正パラメ
ータ算出手段、５は第二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、ついで第二高調波除去手段
２−１．２−２により第二高調波を除去される。

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。

一方、ピーク値検出手段１Ｑはピーク値ｄ。〜ｄ７を検
出し、このピーク値からゼロ点パラメータ算出手段４−
１．振幅補正パラメータ算出手段４−２によりゼロ点、
振幅補正用のパラメータが、さらに、第二高調波誤差補
正用パラメータ算出手段５により第二高調波誤差補正用
パラメータがそれぞれ算出される。

［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、６−１〜６−８は角度範囲判定手段、７−１〜７
−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６−１〜６−８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７−１〜７−８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４−１．振幅補
正パラメータ算出手段４−２によりゼロ点２．，２ｘ振
幅補正用パラメータｇＸ１ｇｙが、また、第二高調波誤
差補正用パラメータ算出手段５により第二高調波誤差補
正用のパラメータｂ、、ｂ、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、第二高調波成分を含む２つの信号 Ｘ＝ｇｘ（ｃｏｓθ−ｂｘｃｏｓ（２θ））＋　Ｚ、−
（１）ｙ＝ｇｙ（Ｓｉｎθ十ｂｙｃｏｓ（２θ））＋　
Ｚ　、　・（２）ただし、ｚｘ、ｚ、はゼロ点、ｇ工＋
ｇｙは振幅、ｂｘ、ｂｙは第二高調波混入量 からθに相当する信号を得る装置であって、信号Ｘ　＋
　Ｘ　＋　ｙ＋　：Ｊ　＋　　Ｘ　”　３’　、Ｘ　＋
　　Ｘ−’Ｊ＋　　’Ｊ＋　Ｘ　　Ｖ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、ＣＩ＋　、ｃｉ２．ｄｓ、ｄ４．ｄｓ、ｄ５、ｄ
６、ｄｔ　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　＋　Ｚｘ　＋　　ｇｙ　＋　Ｚｙ　＋　ｂｘ　
＋　ｂｙによりパラメータを推定し、補正を行うように
したので、信号処理回路の非線形により２次の歪を含む
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、−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ｄ。

とじ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
）〜（ｃ）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＋　ｙ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は第二高調波除去手
段、３は逆正接演算手段、４−１はゼロ点パラメータ算
出手段、４−２は振幅補正パラメータ算出手段、５は第
二次高調波誤差補正用パラメータ算出手段、６−１〜６
−８は角度範囲判定手段、７−１〜７−８はピーク値更
新手段、１０はピーク値検出手段である。 第 図

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、第二高調波成
   分を含む２つの信号 ｘ＝ｇ＿ｘ｛ｃｏｓθ−ｂ＿ｘｃｏｓ（２θ）｝＋Ｚ＿
   ｘ・・・（１）ｙ＝ｇ＿ｙ｛ｓｉｎθ＋ｂ＿ｙｃｏｓ（
   ２θ））＋Ｚ＿ｙ・・・（２）ただし、Ｚ＿ｘ、Ｚ＿ｙ
   はゼロ点、ｇ＿ｘ、ｇ＿ｙは振幅、ｂ＿ｘ、ｂ＿ｙは第
   二高調波混入量 からθに相当する信号を得る装置であつて、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＿１−ｄ＿３−ｄ＿５＋ｄ＿７）／４ｇ＿
   ｙ＝（ｄ＿２＋ｄ＿６）／２ ｚ＿ｙ＝（ｄ＿１＋ｄ＿３−ｄ＿５−ｄ＿７）／４ｂ＿
   ｘ＝Ｚ＿ｘ−（ｄ＿０−ｄ＿４）／２ ｂ＿ｙ＝Ｚ＿ｙ−（ｄ＿２−ｄ＿６）／２ 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＿５＝ｄ＿５＋ｐ（−ｙ−ｄ＿６） ｄ＿７＝ｄ＿７＋ｐ（ｘ−ｙ−ｄ＿７）