JPH0789067B2 - Resolver / digital converter - Google Patents

Resolver / digital converter

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JPH0789067B2
JPH0789067B2 JP21601986A JP21601986A JPH0789067B2 JP H0789067 B2 JPH0789067 B2 JP H0789067B2 JP 21601986 A JP21601986 A JP 21601986A JP 21601986 A JP21601986 A JP 21601986A JP H0789067 B2 JPH0789067 B2 JP H0789067B2
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレゾルバの三角関数値による角度検出出力信号
をデジタル表示された角度値に変換するレゾルバ・デジ
タル変換器に関するものである。
The present invention relates to a resolver-to-digital converter that converts an angle detection output signal based on a trigonometric function value of a resolver into a digitally displayed angle value.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

モータ、工作機械および各種測定装置の回転量検出装置
としてレゾルバが広く用いられている。レゾルバは、回
転軸に取り付けられ回転軸の機械的回転量を電気信号に
変換する装置である。レゾルバの出力信号は、回転角に
応じた三角関数値となるため、レゾルバを実際の回転角
度測定装置あるいは機械の位置制御装置として用いると
きには、レゾルバの三角関数値によるアナログ出力信号
を、レゾルバ・デジタル変換器によりデジタル表示され
た角度データに変換することが行われている。
Resolvers are widely used as rotation amount detection devices for motors, machine tools, and various measuring devices. A resolver is a device that is attached to a rotating shaft and converts the mechanical rotation amount of the rotating shaft into an electric signal. Since the output signal of the resolver has a trigonometric function value according to the rotation angle, when the resolver is used as an actual rotation angle measuring device or a machine position control device, an analog output signal based on the trigonometric function value of the resolver is used as a resolver digital value. Conversion to digitally displayed angle data is performed by a converter.

第3図は、従来のレゾルバ・デジタル変換器の一例を示
す回路図であり、レゾルバとして1相励磁2相出力の誘
導形のものを用いた例を示している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a conventional resolver / digital converter, and shows an example in which an inductive type of 1-phase excitation 2-phase output is used as a resolver.

同図において、1はレゾルバであり、2はレゾルバ・デ
ジタル変換器である。レゾルバ・デジタル変換器2は発
振回路(OSC)5およびPLL回路6から成り、レゾルバ1
はステータに設けられた1次側巻線3およびロータに設
けられた2次側巻線4a,4bから成る。
In the figure, 1 is a resolver and 2 is a resolver / digital converter. The resolver-to-digital converter 2 comprises an oscillator circuit (OSC) 5 and a PLL circuit 6, and the resolver 1
Comprises a primary winding 3 provided on the stator and secondary windings 4a and 4b provided on the rotor.

このような構成において、発振回路5が出力するE=co
sω tなる交流の励磁をレゾルバ1に対して行うと、出
力側に、ロータの回転角θに応じてS1=EsinθおよびS2
=Ecosθなる電圧が得られ、これらの出力信号はレゾル
バ・デジタル変換器2のPLL回路6に入力される。PLL回
路6では、発振回路5の出力信号Eを同期整流信号とし
て入力し、この同期整流信号によりレゾルバ1の出力信
号を同期整流してキャリア成分Eを除去しつつロータの
回転角度データθを得る。
In such a configuration, E = co output from the oscillation circuit 5
When an alternating current excitation of sω t is performed on the resolver 1, S 1 = E sin θ and S 2 on the output side according to the rotation angle θ of the rotor.
= Ecos θ is obtained, and these output signals are input to the PLL circuit 6 of the resolver / digital converter 2. In the PLL circuit 6, the output signal E of the oscillation circuit 5 is input as a synchronous rectification signal, and the output signal of the resolver 1 is synchronously rectified by this synchronous rectification signal to remove the carrier component E and obtain the rotation angle data θ of the rotor. .

第4図はPLL回路6の一般的な構成を示すブロック図で
ある。33,34は増幅器であり、入力端子30,31に入力され
る信号S1、S2を増幅する。35,36は掛算器であり、掛算器
35は信号S1に関数発生器43からの出力されるcosφを乗
じ、掛算器36は信号S2に関数発生器43から出力されるsi
nφを乗ずる。37は減算器であり、掛算器35の出力S1cos
φ(=Esinθcosφ)から掛算器36の出力S2sinφ(=Ec
osθsinφ)を減じる。すなわち、減算器37は、 E=(sinθcosφ−cosθsinφ) =E(sinθ−φ) を出力する。38は同期整流回路であり、減算器37の出力
E(sinθ−φ)を、端子32から入力された同期整流信
号で同期整流してθ−φを取り出す。39はローパスフィ
ルタ、40は電圧制御発振器(VCO)であり、VCO40はロー
パスフィルタ39の出力に応じた周波数の信号fを出力す
る。41はアップダウンカウンタであり、極性判別回路42
の出力に応じてカウントアップまたはカウントダウンが
選択され、信号fのパルス入力をカウントする。なお、
極性判別回路42はローパスフィルタ39の極性に応じた2
値信号を出力する。43はsinφおよびcosφが記憶されて
いる関数発生器であり、アップダウンカウンタのカウン
ト値φをアドレス入力とする。
FIG. 4 is a block diagram showing a general configuration of the PLL circuit 6. Reference numerals 33 and 34 denote amplifiers, which amplify the signals S 1 and S 2 input to the input terminals 30 and 31, respectively. 35 and 36 are multipliers.
35 multiplies the signal S 1 by cos φ output from the function generator 43, and the multiplier 36 si outputs the signal S 2 from the function generator 43.
Multiply by nφ. 37 is a subtractor, and the output of the multiplier 35 is S 1 cos
φ (= E sin θcos φ) to output of multiplier 36 S 2 sin φ (= Ec
osθsinφ) is reduced. That is, the subtractor 37 outputs E = (sin θcos φ−cos θ sin φ) = E (sin θ−φ). A synchronous rectification circuit 38 synchronously rectifies the output E (sin θ−φ) of the subtractor 37 with the synchronous rectification signal input from the terminal 32 to take out θ−φ. 39 is a low pass filter, 40 is a voltage controlled oscillator (VCO), and the VCO 40 outputs a signal f having a frequency corresponding to the output of the low pass filter 39. Reference numeral 41 is an up / down counter, and a polarity determination circuit 42
The count-up or the count-down is selected according to the output of the signal, and the pulse input of the signal f is counted. In addition,
The polarity discriminating circuit 42 corresponds to the polarity of the low pass filter 39.
Output a value signal. Reference numeral 43 is a function generator in which sin φ and cos φ are stored, and the count value φ of the up / down counter is used as an address input.

このように構成されたPLL回路6は、φ=θとなるよう
に動作するため、アップダウンカウンタ41の出力φは、
検出すべきロータの回転角度θを示していることにな
る。
Since the PLL circuit 6 configured in this way operates so that φ = θ, the output φ of the up / down counter 41 is
This indicates the rotation angle θ of the rotor to be detected.

ところで、レゾルバ1の出力信号S1=EsinθおよびS2
Ecosθはあくまでも理論値であり、実際にはsin波およ
びcos波にレゾルバ1の機械的形状の影響や巻線の具合
によって高調波が含まれてしまう。そして、この高調波
は関数誤差として検出角θの誤差となって表れてしま
う。かかる問題に対して従来は、レゾルバ1を高精度に
加工し、さらに巻線使用を綿密に検討する等して、レゾ
ルバ1の出力そのものから高調波成分を除去し、上記理
論値に近づけるように努力していた。
By the way, the output signal of the resolver S 1 = E sin θ and S 2 =
Ecos θ is just a theoretical value, and in reality, the sin wave and the cos wave include harmonics depending on the influence of the mechanical shape of the resolver 1 and the winding condition. Then, this harmonic appears as an error of the detection angle θ as a function error. In order to solve this problem, the resolver 1 is processed with high accuracy, and the use of the winding is carefully examined to remove the harmonic component from the output of the resolver 1 and bring it closer to the theoretical value. I was trying.

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、高精度の加工や綿密な組み立ては、レゾルバの
コストを大きく引き上げることになり、換言すれば、安
価なレゾルバでは十分な精度を出すことができないとい
った問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, high-precision processing and careful assembly will significantly raise the cost of the resolver, in other words, a problem that an inexpensive resolver cannot provide sufficient accuracy. was there.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明のレゾルバ・デジタル変換器は上記問題点に鑑み
てなされたものであり、sinθを基本波としこの基本波
に高調波成分が付加された関数Fs(θ)を有してなる信
号S1と、cosθを基本波としこの基本波に高調波成分が
付加された関数Fc(θ)を有してなる信号S2を出力信号
とするレゾルバに対し、関数Fs(φ)およびFc(φ)を
記憶する関数発生器を内蔵すると共に入力した前記信号
S1およびS2に対して S1・Fc(φ)−S2・Fs(φ) なる演算を施し、この演算結果が零となるようにφの値
を変化させるPLL回路を具備し、前記PLL回路の出力する
角度φを検出角度とするものである。
The resolver-digital converter of the present invention has been made in view of the above problems, and has a signal S 1 including a function Fs (θ) in which sin θ is a fundamental wave and harmonic components are added to this fundamental wave. And a resolver that outputs a signal S 2 that has a function Fc (θ) in which cos θ is the fundamental wave and harmonic components are added to this fundamental wave, the functions Fs (φ) and Fc (φ) With a built-in function generator for storing
A calculation is performed on S 1 and S 2 as S 1 · Fc (φ) −S 2 · Fs (φ), and a PLL circuit is provided to change the value of φ so that the calculation result becomes zero. The angle φ output from the PLL circuit is used as the detection angle.

〔作用〕[Action]

レゾルバの出力情報Fs(θ)およびFc(θ)に高調波成
分が含まれていても、 S1・Fc(φ)−S2・Fs(φ) の演算結果が零となるときにはθ=φとなり、PLL回路
から出力された検出角度φの値は正確にθの値を示して
いる。
Even if the resolver output information Fs (θ) and Fc (θ) include harmonic components, when the calculation result of S 1 · Fc (φ) −S 2 · Fs (φ) becomes zero, θ = φ Therefore, the value of the detected angle φ output from the PLL circuit accurately indicates the value of θ.

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。第1図は
本発明のレゾルバ・デジタル変換器の一実施例を示すブ
ロック図であり、PLL回路10の内部構成が第4図に示す
従来のPLL回路6と異なっている。第2図はそのPLL回路
10の構成を示すブロック図であり、関数発生器11に記憶
されている関数が第4図の関数発生器43に記憶されてい
る関数と異なっている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the resolver / digital converter of the present invention, and the internal configuration of the PLL circuit 10 is different from that of the conventional PLL circuit 6 shown in FIG. Figure 2 shows the PLL circuit.
10 is a block diagram showing the configuration of 10, in which the function stored in the function generator 11 is different from the function stored in the function generator 43 of FIG. 4. FIG.

第1図において、レゾルバ1は第4図に示したものと同
一の従来からある一般的なものであり、その出力信号の
sin波およびcos波には上述したようにそれぞれ高調波成
分が含まれている。簡単のため、2倍の高調波のみが含
まれているとすると、レゾルバ1の出力信号S1およびS2
はそれぞれ、 S1=E・Fs(θ) =E(sinθ+a sin2θ) =cosω t(sinθ+a sin2θ) S2=E・Fc(θ) =E(cosθ+b cos2θ) =cosω t(cosθ+b cos2θ) となる。
In FIG. 1, the resolver 1 is a conventional conventional one which is the same as that shown in FIG.
The sin wave and the cos wave each include a harmonic component as described above. For the sake of simplicity, assuming that only the double harmonic is included, the output signals S 1 and S 2 of the resolver 1
Respectively, S 1 = E · Fs (θ) = E (sinθ + a sin2θ) = cosωt (sinθ + a sin2θ) S 2 = E · Fc (θ) = E (cosθ + b cos2θ) = cosωt (cosθ + b cos2θ).

一方、PLL回路10内に設けられた関数発生器11には、 Fs(φ)=(sinφ+a sin2φ) Fc(φ)=(cosφ+b cos2φ) なる関数が記憶されており、掛算器35では Fs(θ)×Fc(φ)なる演算が実行され、掛算器36では
Fc(θ)×Fs(φ)なる演算が実行される。したがっ
て、掛算器35の出力Aは、 A=Fs(θ)×Fs(φ) =E(sinθ+a sin2θ)(cosφ+a cos2φ) =E{sinθcosφ+b sinθcos2φ +a sin2θcosφ+a b sin2θcos2φ} となり、掛算器36の出力Bは、 B=Fc(θ)×Fs(φ) =E(cosθ+a cos2θ)(sinφ+a sin2φ) =E{cosθsinφ+b cosθsin2φ +a cos2θsinφ+a b cos2θsin2φ} となる。
On the other hand, the function generator 11 provided in the PLL circuit 10 stores the function Fs (φ) = (sinφ + a sin2φ) Fc (φ) = (cosφ + b cos2φ), and the multiplier 35 stores Fs (θ ) × Fc (φ) is executed, and in the multiplier 36
The calculation Fc (θ) × Fs (φ) is executed. Therefore, the output A of the multiplier 35 is A = Fs (θ) × Fs (φ) = E (sinθ + a sin2θ) (cosφ + a cos2φ) = E {sinθcosφ + b sinθcos2φ + a sin2θcosφ + a b sin2θcos2φ}, and the output B of the multiplier 36 is , B = Fc (θ) × Fs (φ) = E (cosθ + a cos2θ) (sinφ + a sin2φ) = E {cosθsinφ + b cosθsin2φ + a cos2θsinφ + a b cos2θsin2φ}.

掛算器35,36の出力信号A,Bはそれぞれ減算器37に入力さ
れ、A−Bなる演算が実行される。したがって、減算器
37の出力Cは、 となる。
The output signals A and B of the multipliers 35 and 36 are input to the subtractor 37, respectively, and the operation AB is executed. Therefore, the subtractor
The output C of 37 is Becomes

上式において、φ=θとおけば、 sin(θ−φ)=0から、C=0となる。In the above equation, if φ = θ, then sin (θ−φ) = 0 and C = 0.

一方、PLL回路10は、PLL回路6で説明したように、C=
0となるように働くので、PLL動作が静止したときには
θ=φとなっている。
On the other hand, the PLL circuit 10 has C =
Since it works so as to be 0, θ = φ when the PLL operation is stationary.

本実施例の説明では、2次の高調波について証明を行っ
たが、一般にn次の高調波(nは自然数)についても同
様に証明される。
In the description of the present embodiment, the proof of the second harmonic is performed, but in general, the same is true for the nth harmonic (n is a natural number).

なお、本実施例ではレゾルバとして誘導形のものを用い
ているため、その出力信号はキャリアEに信号成分Fs
(θ),Fc(θ)が載ったものとなっているが、光学
式、磁気式あるいは抵抗式のもの等のように信号成分Fs
(θ)およびFs(θ)がそのまま出力信号である場合に
も、本発明は同様に適用できる。このことは、上述の証
明式中のキャリア成分Eを除くだけで同様に証明でき
る。
Since an inductive type resolver is used in this embodiment, the output signal of the resolver is the signal component Fs in the carrier E.
(Θ), Fc (θ) are listed, but the signal component Fs such as optical type, magnetic type or resistance type
The present invention can be similarly applied to the case where (θ) and Fs (θ) are output signals as they are. This can be similarly proved only by removing the carrier component E in the above proof formula.

また、検出角は必ずしも機械的回転を意味するものでは
ない。たとえば、リニア形レゾルバのような場合には、
直線的な位置が三角関数で出力されるが、このようなレ
ゾルバに対しても本発明のレゾルバ・デジタル変換器は
適用できる。
Further, the detected angle does not necessarily mean mechanical rotation. For example, in the case of a linear resolver,
Although the linear position is output by a trigonometric function, the resolver-digital converter of the present invention can be applied to such a resolver.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明のレゾルバ・デジタル変換
器によれば、Fs(θ)およびFc(θ)に高調波成分が含
まれていても、 S1・Fc(φ)−S2・Fs(φ) の演算結果が零となるときにはθ=φとなる。すなわ
ち、高調波が含まれているレゾルバ出力に対しても、正
確に角度θを検出することができる。そのため、レゾル
バに対して高精度な加工や精密な組み立てが要求され
ず、安価なレゾルバを用いた場合でも十分正確に角度θ
を検出することができる。
As described above, according to the resolver / digital converter of the present invention, even if the harmonic components are included in Fs (θ) and Fc (θ), S 1 · Fc (φ) −S 2 · Fs When the calculated result of (φ) becomes zero, θ = φ. That is, the angle θ can be accurately detected even with respect to the resolver output containing the harmonic. Therefore, the resolver does not require high-precision processing or precise assembly, and the angle θ is sufficiently accurate even when an inexpensive resolver is used.
Can be detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
本実施例におけるPLL回路10の構成を示すブロック図、
第3図は従来のレゾルバ・デジタル変換器を示すブロッ
ク図、第4図はそこで用いられているPLL回路6の構成
を示すブロック図である。 1……レゾルバ、2……レゾルバ・デジタル変換器、5
……発振回路、10……PLL回路、11……関数発生器。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a PLL circuit 10 in the present embodiment,
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional resolver / digital converter, and FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a PLL circuit 6 used therein. 1 ... resolver, 2 ... resolver / digital converter, 5
...... Oscillation circuit, 10 …… PLL circuit, 11 …… Function generator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】sinθを基本波としこの基本波に高調波成
分が付加された関数Fs(θ)を有してなる信号S1と、co
sθを基本波としこの基本波に高調波成分が付加された
関数Fc(θ)を有してなる信号S2を出力信号とするレゾ
ルバに対し、関数Fs(φ)およびFc(φ)を記憶する関
数発生器を内蔵すると共に入力した前記信号S1およびS2
に対して S1・Fc(φ)−S2・Fs(φ) なる演算を施し、この演算結果が零となるようにφの値
を変化させるPLL回路を具備し、前記PLL回路の出力する
角度φを検出角度とするレゾルバ・デジタル変換器。
1. A signal S 1 having a function Fs (θ) in which sin θ is a fundamental wave and a harmonic component is added to this fundamental wave, and co
Stores the functions Fs (φ) and Fc (φ) for a resolver that outputs a signal S 2 that has a function Fc (θ) in which sθ is the fundamental wave and harmonic components are added to this fundamental wave. With a built-in function generator for inputting the signals S 1 and S 2
S 1 · Fc (φ) − S 2 · Fs (φ) is applied to the output, and the output of the PLL circuit is equipped with a PLL circuit that changes the value of φ so that the result of this operation becomes zero. Resolver / digital converter with angle φ as detection angle.
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