JPH08201148A - Electronic balance - Google Patents

Electronic balance

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JPH08201148A
JPH08201148A JP1335395A JP1335395A JPH08201148A JP H08201148 A JPH08201148 A JP H08201148A JP 1335395 A JP1335395 A JP 1335395A JP 1335395 A JP1335395 A JP 1335395A JP H08201148 A JPH08201148 A JP H08201148A
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balance
pulse current
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晟 河本
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide an electronic balance which can measure higher resolution than that of a PWM with a simple structure without adding a special hardware. CONSTITUTION: An electronic balance has a pulse modulation type servo system for supplying a pulse current to a force coil 3, and comprises pulse initiating ratio calculating means (b) for counting the current pulses of different duties supplied within a period in synchronization with the increasing or decreasing period of the duty owing to the insufficient resolution of the duty of the pulse current to calculate its ratio, and measured data deciding means (c) for calculating the measured data of a load from the either the ratio and the duty of the current pulses fed within the period, wherein the load can be measured by the higher resolution than that of the duty of the pulse current actually fed to the coil 3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、荷重に対抗して天びん
機構をバランスさせる電磁力を発生する電磁力発生装置
を備えた、いわゆる電磁力平衡型の電子天びんに関し、
更に詳しくは、電磁力発生装置のフォースコイルにパル
ス電流を流す方式の電子天びんに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called electromagnetic force balance type electronic balance provided with an electromagnetic force generating device for generating an electromagnetic force for balancing a balance mechanism against a load.
More specifically, the present invention relates to an electronic balance in which a pulse current is passed through a force coil of an electromagnetic force generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】電磁力平衡型の電子天びんでは、被測定
荷重が作用することによって生じる天びん機構のバラン
ス点からのずれを変位センサで検出し、その検出結果に
応じた電流を磁界中のフォースコイルに流すことによっ
て、被測定荷重に対応した電磁力を発生して天びん機構
をバランスさせるサーボ機構を備えており、天びん機構
のバランス状態でフォースコイルに流れる電流の大きさ
から、被測定荷重を求めている。
2. Description of the Related Art In an electronic balance of electromagnetic force balance type, a displacement sensor detects a deviation from a balance point of a balance mechanism caused by a load to be measured, and a current according to the detection result is applied to a force in a magnetic field. It is equipped with a servo mechanism that balances the balance mechanism by generating an electromagnetic force corresponding to the load to be measured by flowing it through the coil.The load to be measured can be determined from the magnitude of the current flowing through the force coil when the balance mechanism is in balance. Looking for.

【0003】このような電磁力平衡型の電子天びんにお
いて、従来、フォースコイルに流す電流を直流としたD
Cサーボ系を用いたのでは、系の安定や高い分解能を得
るには限界があるため、フォースコイルに一定周期のパ
ルス電流を流し、そのパルス電流のデューティを天びん
機構の変位検出結果に応じて変化させる、いわゆるパル
ス変調方式のものが多用されている。
In such an electromagnetic force balance type electronic balance, conventionally, the current flowing in the force coil is set to DC.
If the C servo system is used, there is a limit to the stability and high resolution of the system. Therefore, a pulse current of a constant cycle is applied to the force coil, and the duty of the pulse current is changed according to the displacement detection result of the balance mechanism. A so-called pulse-modulation type of changing is widely used.

【0004】パルス変調方式の電子天びんでは、従来、
基本的には、一定周期で電流パルスを立ち上げるととも
に、変位検出値をPID演算処理を施すことによって得
たアナログ電圧信号と、一定ののこぎり波電圧信号との
電圧値の一致検出時点で電流パルスを終わらせる一方、
その間に発生するクロックをカウントすることにより、
流れた電流のパルス幅を計測することが多用されてい
る。
Conventionally, in the pulse modulation type electronic balance,
Basically, the current pulse is started at a constant cycle, and the current pulse is detected when the analog voltage signal obtained by subjecting the displacement detection value to the PID calculation process and the voltage value of the constant sawtooth voltage signal match. While ending
By counting the clocks generated during that time,
It is often used to measure the pulse width of the flowing current.

【0005】このことから、フォースコイルに流すパル
ス電流のデューティの分解能は、パルス電流の1周期に
発生するクロック数によって決まる。通常、パルス電流
の周期は1〜2ms程度で、クロック周波数を30MH
zとしても、1/30000〜1/60000程度にし
かならず、電子天びんとして要求される分解能に比べて
不足である。
From this, the resolution of the duty of the pulse current passed through the force coil is determined by the number of clocks generated in one cycle of the pulse current. Normally, the pulse current cycle is about 1 to 2 ms, and the clock frequency is 30 MH
The z is only about 1 / 30,000 to 1/60000, which is insufficient as compared with the resolution required for the electronic balance.

【0006】そこで、従来、電子天びんとしての分解能
をパルスデューティの分解能以上とすべく、種々の提案
がなされている。特開昭47−41772号では、変位
検出値をPID演算して得られたアナログ電圧とのこぎ
り波電圧信号との一致時点で電流パルスを終わらせず、
その一致時点後、電流パルス幅を計測するためのクロッ
クが最初に発生した時点とするとともに、一定個数、例
えば200個の電流パルスの長さの各計測結果を加算し
て荷重の測定値を得ることにより、各電流パルスの量子
化誤差を平均化によって解消している。
Therefore, conventionally, various proposals have been made to make the resolution of the electronic balance higher than the resolution of the pulse duty. In JP-A-47-41772, the current pulse is not ended at the time when the analog voltage obtained by PID calculation of the displacement detection value and the sawtooth wave voltage signal match.
After the point of coincidence, the clock for measuring the current pulse width is first generated, and a fixed number, for example, 200 measurement results of the current pulse lengths are added to obtain a load measurement value. This eliminates the quantization error of each current pulse by averaging.

【0007】特公昭58−29856号では、変位検出
値のPID演算して得られたアナログ電圧信号とのこぎ
り波電圧との一致時点で電流パルスを終わらせるととも
に、その間に発生するクロックの計数結果に含まれる量
子化誤差分を、コンデンサ等に蓄えることで次のPID
演算結果に加味することにより、その誤差分を解消する
ようにしている。
In Japanese Patent Publication No. 58-29856, the current pulse is terminated at the time when the analog voltage signal obtained by PID calculation of the displacement detection value and the sawtooth voltage coincide with each other, and the counting result of the clock generated during that time is calculated. By storing the included quantization error in a capacitor, etc., the next PID
The error is eliminated by adding it to the calculation result.

【0008】また、特公平5−32684号では、波高
値(電流値)の異なる複数のパルス電流を作るようにし
ておくとともに、天びん機構の変位をデジタル信号とし
て取り込み、デジタルPID演算を行って所定ビットの
データを得るとともに、そのデータのうち、例えば上位
ビットを波高値の高いパルス電流のデューティの決定
に、下位ビットを波高値の低いパルス電流のデューティ
の決定に供するように配分することで、電流値とデュー
ティの相違する複数のパルス電流をフォースコイルに流
し、各パルス電流のデューティの分解能に限界があって
も、全体として高い分解能の電子天びんを得ている。
Further, in Japanese Examined Patent Publication No. 5-32684, a plurality of pulse currents having different peak values (current values) are prepared, and the displacement of the balance mechanism is captured as a digital signal to perform a digital PID calculation to determine a predetermined value. While obtaining the bit data, by allocating, for example, the upper bit to determine the duty of the pulse current having a high peak value and the lower bit to determine the duty of the pulse current having a low peak value, among the data, A plurality of pulse currents different in current value and duty are passed through the force coil, and even if the duty resolution of each pulse current is limited, an electronic balance with high resolution is obtained as a whole.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上の各提
案のうち、特開昭47−41772号では、個々の電流
パルスの幅の計測結果に含まれる量子化誤差を、あらか
じめ設定された個数のパルスの計測結果を合計ないしは
平均化することによって少なくしようとするものである
が、その平均化すべき電流パルス数は系の物理的な状況
とは無関係にあらかじめ適当に設定されるものであっ
て、その間の量子化誤差の方向(正負)が同数である場
合に限って誤差がなくなるというものであり、正確な計
量値が得られるとは言えない。
By the way, among the above proposals, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 47-41772, the quantization error included in the measurement result of the width of each current pulse is reduced to a preset number. Although it is intended to reduce the total or average of the pulse measurement results, the number of current pulses to be averaged is appropriately set in advance regardless of the physical condition of the system, The error disappears only when the directions (plus or minus) of the quantization error during that time are the same, and it cannot be said that an accurate metric value can be obtained.

【0010】また、特公昭58−29856号は、PI
D演算により得られたアナログ電圧信号に、各回の量子
化誤差分を反映させる必要ための回路構成が複雑で、コ
ストが大きくアップするという欠点がある。
[0010] Japanese Patent Publication No. 58-29856 has a PI
The analog voltage signal obtained by the D operation has a drawback that the circuit configuration for reflecting the quantization error amount at each time is complicated and the cost is significantly increased.

【0011】更に、特公平5−32684号において
も、複数の波高値のパルス電流を発生する必要がある分
だけ、ハードウエアのコストがアップする。本発明の目
的は、ハードウエアが簡単で特にコストアップさせるこ
となく、高分解能化を図ることのできる電子天びんを提
供することにある。
Further, also in Japanese Patent Publication No. 5-32684, the hardware cost is increased due to the necessity of generating pulse currents having a plurality of peak values. An object of the present invention is to provide an electronic balance that has a simple hardware and can achieve high resolution without increasing the cost.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、図1に示す基本概念図を参照しつつ説明す
ると、本発明の電子天びんは、荷重による天びん機構1
のバランス状態からの変位を変位センサ2で検出し、そ
の変位センサ2の出力に応じてフォースコイル3に流す
電流を制御することにより、天びん機構1をバランスさ
せるサーボ系を備えるとともに、このサーボ系は、一定
周期で、かつ、変位センサ2の出力に応じて所定の分解
能のもとにデューティが変化するパルス電流を発生する
パルス電流発生手段aを含み、そのパルス電流をフォー
スコイル3に流すことによって天びん機構1をバランス
させるよう構成された天びんにおいて、パルス電流発生
手段aが発生するパルス電流のデューティの分解能不足
に起因して生じる当該パルス電流のデューティの増減の
周期に同期して、その周期内に流れた互いに異なるデュ
ーティを持つ電流パルスの数をそれぞれ計数してその比
率を算出するパルス発生率算出手段bと、そのパルス発
生率算出手段bにより算出された比率と、上記周期内に
流れた各電流パルスのいずれかのパルスデューティとか
ら、荷重の測定データを算出する測定データ決定手段c
を備えていることによって特徴づけられる。
The structure for achieving the above object will be described with reference to the basic conceptual diagram shown in FIG. 1. In the electronic balance of the present invention, the balance mechanism 1 by load is described.
The displacement sensor 2 detects a displacement from the balanced state, and a current is supplied to the force coil 3 in accordance with the output of the displacement sensor 2 to control the current. Includes a pulse current generating means a that generates a pulse current whose duty changes at a constant cycle and with a predetermined resolution according to the output of the displacement sensor 2, and causes the pulse current to flow through the force coil 3. In the balance configured to balance the balance mechanism 1 according to the above, the cycle of the pulse current is synchronized with the cycle of increase or decrease of the duty of the pulse current generated by the insufficient resolution of the duty of the pulse current generated by the pulse current generating means a. The number of current pulses with different duties that flow in each pulse is calculated and the ratio is calculated. Measurement data determination means for calculating load measurement data from the generation rate calculation means b, the ratio calculated by the pulse generation rate calculation means b, and the pulse duty of any of the current pulses that flowed within the period. c
It is characterized by having.

【0013】[0013]

【作用】サーボ系が天びん機構1をバランスさせるのに
必要とする分解能よりも低い分解能しか持たないパルス
電流発生手段aからの電流を、フォースコイル3に流し
てサーボ系を動作させると、そのパルスデューティの分
解能の不足に起因して、フォースコイル3に流れるパル
ス電流のデューティは増減しながら天びん機構1をバラ
ンスさせようとする。すなわち、例えば電流パルスのデ
ューティの分解能が1/10000である場合、ある荷
重の負荷状態において天びん機構1をバランスさせるの
に必要な電流パルスのデューティに係るデータが、例え
ば“10000.73”であるとき、電流パルスのデュ
ーティは“10000”と“10001”との間で所定
の周期で増減(往復)し、その増減の周期は、天びん機
構1を主体とする系の特性によって決まる。例えばその
周期が0.1sであったとし、パルス電流の周期が1m
sである場合には、0.1s間に100個の電流パルス
が発生する中で、“10000”が27回、“1000
1”が73回だけ現れる。この周期内に現れる“100
00”と“10001”のデューティを持つ各パルス数
をそれぞれ計数し、これらの出現比率を算出するととも
に、その比率と、この周期に流れたいずれかの電流パル
スのデューティ、例えば“10000”とから、“10
000.73”という荷重の測定データを得ることがで
き、パルス電流のデューティの分解能よりも高い分解能
の測定が可能となる。
When the servo system is operated by passing a current from the pulse current generating means a having a resolution lower than that required for the balance of the balance mechanism 1 by the servo system, the pulse is generated. Due to the lack of duty resolution, the duty of the pulse current flowing through the force coil 3 is increased or decreased to balance the balance mechanism 1. That is, for example, when the resolution of the duty of the current pulse is 1/10000, the data relating to the duty of the current pulse necessary to balance the balance mechanism 1 under a certain load load is, for example, “10000.73”. At this time, the duty of the current pulse is increased / decreased (reciprocated) between “10000” and “10001” at a predetermined cycle, and the cycle of the increase / decrease is determined by the characteristics of the system mainly including the balance mechanism 1. For example, if the cycle is 0.1 s, the cycle of the pulse current is 1 m.
In the case of s, “10000” is 27 times and “1000” in 100 current pulses generated in 0.1 s.
1 ”appears only 73 times.“ 100 ”that appears in this cycle
The number of each pulse having a duty of "00" and "10001" is respectively counted, and the appearance ratio of these is calculated, and from the ratio and the duty of any current pulse flowing in this cycle, for example, "10000". , "10
It is possible to obtain measurement data with a load of 000.73 ″, and it is possible to perform measurement with a higher resolution than the resolution of the duty of the pulse current.

【0014】[0014]

【実施例】図2は本発明実施例の構成を示すブロック図
である。被測定荷重を負荷するための皿1aを支承する
天びん機構1のバランス点からの変位は、変位センサ2
によって検出される。天びん機構1には、永久磁石31
aを主体とする磁気回路31が作る磁界中に可動状態で
置かれたフォースコイル3が取り付けられている。フォ
ースコイル3には、後述するパルス電流が流され、それ
によって発生する電磁力は、天びん機構1に対して被測
定荷重によるバランス点からの変位を補償する向きに作
用する。
FIG. 2 is a block diagram showing the structure of an embodiment of the present invention. The displacement from the balance point of the balance mechanism 1 supporting the dish 1a for applying the load to be measured is measured by the displacement sensor 2
Is detected by The balance mechanism 1 includes a permanent magnet 31
The force coil 3 placed in a movable state in a magnetic field created by a magnetic circuit 31 mainly composed of a is attached. A pulse current, which will be described later, is applied to the force coil 3, and the electromagnetic force generated thereby acts on the balance mechanism 1 in a direction to compensate the displacement from the balance point due to the measured load.

【0015】前記した変位センサ2による変位検出信号
はプリアンプ11を介してPID演算回路12に入力さ
れ、PID(比例・積分・微分)演算処理される。その
PID演算結果はパルス幅変換回路13に供給されると
ともに、コンピュータ20に取り込まれる。
The displacement detection signal from the displacement sensor 2 is input to the PID arithmetic circuit 12 via the preamplifier 11 and subjected to PID (proportional / integral / differential) arithmetic processing. The PID calculation result is supplied to the pulse width conversion circuit 13 and is also taken into the computer 20.

【0016】パルス幅変換回路13は、後述するよう
に、入力したPID演算結果の大きさに応じたパルス幅
を持つ、一定周期の矩形波状の電圧信号を発生し、電子
スイッチ14を駆動する。この電子スイッチ14は、定
電流源15からの一定の直流電流を、パルス幅変換回路
13からの矩形波電圧信号が例えばHレベルのときには
フォースコイル3に、Lレベルのときにはグランドに流
すように動作する。これにより、フォースコイル3に
は、一定周期で、かつ、PID演算結果の大きさに応じ
たデューティを持つ一定波高値のパルス電流が流れるこ
とになる。
As will be described later, the pulse width conversion circuit 13 generates a rectangular-wave voltage signal of a constant cycle having a pulse width corresponding to the magnitude of the input PID calculation result, and drives the electronic switch 14. The electronic switch 14 operates so that a constant DC current from the constant current source 15 is supplied to the force coil 3 when the rectangular wave voltage signal from the pulse width conversion circuit 13 is at H level, and to the ground when it is at L level. To do. As a result, a pulse current having a constant crest value flows through the force coil 3 at a constant cycle and with a duty corresponding to the size of the PID calculation result.

【0017】なお、電子スイッチ14とフォースコイル
3との間に設けられているフィルタ15は、パルス電流
による天びん機構1の振動を減少させるべく、パルス電
流を直流化するためのものである。また、図2において
は、温度補償などの本発明の特徴とは関係のない要素は
図示を省略している。
The filter 15 provided between the electronic switch 14 and the force coil 3 is for converting the pulse current into a direct current so as to reduce the vibration of the balance mechanism 1 due to the pulse current. Further, in FIG. 2, elements not related to the features of the present invention such as temperature compensation are omitted.

【0018】図3にパルス幅変換回路13の具体的回路
構成例を示す。この例においては、PID演算回路12
からのアナログ電圧信号はサンプルホールド回路13a
でホールドされ、その値はA−D変換器13bでデジタ
ル化される。このA−D変換器13bでデジタル化され
たPID演算結果は、パルス電流のデューティを決める
PWMデータとして、ラッチ回路13cによってラッチ
され、コンピュータ20に採取されると同時に、ダウン
カウンタ13dにプリセット値として供給される。ダウ
ンカウンタ13dは、別途供給される10MHz程度の
高周波のクロック信号CLをダウンカウントし、その内
容が0になった時点でフリップフロップ13eにリセッ
ト信号を供給する。クロック信号CLは同時にカウンタ
13fにも供給されており、このカウンタ13fはクロ
ック信号CLをカウントして、そのカウント値が一定値
に達する一定周期Tごとに、フリップフロップ13eに
セット信号を、ダウンカウンタ13dにプリセット値の
ロード信号をそれぞれ供給する。
FIG. 3 shows a concrete circuit configuration example of the pulse width conversion circuit 13. In this example, the PID arithmetic circuit 12
The analog voltage signal from the sample hold circuit 13a
Is held by, and the value is digitized by the AD converter 13b. The PID calculation result digitized by the A / D converter 13b is latched by the latch circuit 13c as PWM data for determining the duty of the pulse current, and is sampled by the computer 20. At the same time, it is stored as a preset value in the down counter 13d. Supplied. The down counter 13d down-counts the separately supplied high-frequency clock signal CL of about 10 MHz, and supplies a reset signal to the flip-flop 13e when the content becomes 0. The clock signal CL is also supplied to the counter 13f at the same time. The counter 13f counts the clock signal CL and outputs a set signal to the flip-flop 13e and a down counter at every constant period T when the count value reaches a constant value. A load signal having a preset value is supplied to each of 13d.

【0019】このような構成により、フリップフロップ
13eからは、周期がカウンタ13fからの出力信号の
周期Tと一致し、かつ、デューティがPWMデータの大
きさに比例した矩形波信号が得られる。このパルス幅変
換回路13の特徴は、出力する矩形波信号のデューティ
が、コンピュータ20に取り込まれるPWMデータに基
づき、クロック信号CLをカウントすることによって決
まるデジタル量であって、従ってその矩形波信号により
動作する電子スイッチ14によってパルス化されてフォ
ースコイル3に流れるパルス電流も、コンピュータ20
に取り込まれたPWMデータに対応したデジタル量とな
る。
With such a configuration, the flip-flop 13e can obtain a rectangular wave signal whose cycle matches the cycle T of the output signal from the counter 13f and whose duty is proportional to the size of the PWM data. The characteristic of the pulse width conversion circuit 13 is that the duty of the rectangular wave signal to be output is a digital amount determined by counting the clock signal CL based on the PWM data fetched by the computer 20, and therefore, depending on the rectangular wave signal. The pulse current that flows into the force coil 3 after being pulsed by the operating electronic switch 14 is also stored in the computer 20.
It becomes a digital amount corresponding to the PWM data taken in.

【0020】そして、その矩形波信号のデューティの分
解能、つまりフォースコイル3に流れるパルス電流のデ
ューティの分解能は、周期T内に発生するクロック信号
CLの数によって決まる。例えばクロック信号CLの周
波数を10MHz、周期Tを1msとすると、パルス電
流のデューティの分解能は1/10000となる。
The duty resolution of the rectangular wave signal, that is, the duty resolution of the pulse current flowing through the force coil 3 is determined by the number of clock signals CL generated within the period T. For example, when the frequency of the clock signal CL is 10 MHz and the period T is 1 ms, the duty resolution of the pulse current is 1/10000.

【0021】コンピュータ20では、以下に示すプログ
ラムによって、PWMデータ用いて1/10000より
も高い分解能のもとに、天びん機構1の皿1aに作用す
る荷重の測定データを得て、表示器21に表示すべき計
量値を決定する。
The computer 20 obtains the measurement data of the load acting on the pan 1a of the balance mechanism 1 using the PWM data with a resolution higher than 1/10000 by the following program, and displays it on the display 21. Determine the weight value to be displayed.

【0022】図4はコンピュータ20に書き込まれたプ
ログラムの内容を示すフローチャートで、以下、この図
を参照しつつ本発明実施例の作用を述べる。コンピュー
タ20は、ラッチ回路13cを介して周期TのもとにP
WMデータを取り込む(ST1)。最初に取り込んだP
WMデータをPWMLとしたとき、次に取り込んだデー
タがこれと等しいか否かを判別する(ST2)。データ
が元のデータPWMLと等しい場合には、B0 カウンタ
を1カウントアップする(ST3)。また、等しくない
場合には、PWMLよりも1カウントだけ大きい、つま
りパルス電流のデューティの分解能で規制されたPWM
Lに次いで大きいデータPWMHであるか否かを判別す
る(ST11)。そして、データがPWMHである場合
には、A0 カウンタを1カウントアップする(ST1
2)。これらのカウンタA0 およびB0 は、それぞれ他
方のカウンタB0 またはA0 が1となった時点で、その
内容AないしBが読み取られると同時に、0にクリアさ
れる(ST4,ST5、およびST13,ST14)。
FIG. 4 is a flow chart showing the contents of the program written in the computer 20, and the operation of the embodiment of the present invention will be described below with reference to this figure. The computer 20 uses the latch circuit 13c to set the P
Import WM data (ST1). First captured P
When the WM data is PWML, it is determined whether or not the next captured data is equal to this (ST2). If the data is equal to the original data PWML, the B 0 counter is incremented by 1 (ST3). If they are not equal to each other, the count is larger than PWML by one count, that is, the PWM regulated by the resolution of the duty of the pulse current.
It is determined whether or not the data PWMH is the second largest after L (ST11). When the data is PWMH, the A 0 counter is incremented by 1 (ST1
2). These counters A 0 and B 0 are cleared to 0 at the same time that the contents A to B are read when the other counter B 0 or A 0 becomes 1 (ST4, ST5, and ST13). , ST14).

【0023】取り込んだPWMデータが、元のPWML
およびそれよりも1カウント大きいPWMHのいずれで
もない場合、そのデータがPWMHよりも大きいか否か
を判別し(ST21)、大きい場合にはそのPWMデー
タよりも1カウント小さい値を新たに基準となるPWM
Lとして記憶し、小さい場合にはそのPWMデータをそ
のまま新たなPWMLとして記憶する(ST22,ST
24)。また、このような基準となるPWMLの更新時
には、カウンタA0 およびB0 のいずれをもクリアする
(ST23,ST25)。
The captured PWM data is the original PWML
If it is neither PWMH that is one count larger than that or PWMH is larger than PWMH, it is determined whether or not the data is larger than PWMH (ST21), and if it is larger, a value that is one count smaller than the PWM data becomes a new reference. PWM
If it is smaller, the PWM data is stored as a new PWML as it is (ST22, ST
24). Further, at the time of updating such a reference PWML, both the counters A 0 and B 0 are cleared (ST23, ST25).

【0024】また、カウンタA0 が1になるごとに、基
準となっているPWMLの値と、その直前に読み込まれ
たカウンタA0 の内容AおよびカウンタB0 の内容Bと
を用いて、荷重の測定データDが D=PWML+A/(A+B) ・・(1) によって算出され、このデータDに基づいて表示器21
の計量表示値が決定される。
Each time the counter A 0 becomes 1, the load is determined by using the reference PWML value and the contents A of the counter A 0 and the contents B of the counter B 0 read immediately before that. The measured data D of D is calculated by D = PWML + A / (A + B) .. (1), and the display 21 is calculated based on this data D.
The measurement display value of is determined.

【0025】さて、例えばある荷重の負荷状態におい
て、天びん機構1をバランスさせるため必要な電磁力を
発生するためにフォースコイル3に流すべき電流値に対
応するPWMデータが10000.73であったと仮定
すると、サーボ系はフォースコイル3にそのような電流
を流すべく動作しようとするが、前記したように、フォ
ースコイル3に流れるパルス電流のデューティ、つまり
PWMデータは1/10000の分解能しか持たないた
め、PWMデータは10000と10001のいずれか
の値を取る。今、最初のPWMデータが10000であ
ったとすると、そのデータをPWMLとすれば、図5に
示すように、PWMデータはPWMLの値が何回か続い
た後、やがてそれよりも1カウント大きいPWMHの値
に変わる。また、PWMHの値が何回か続いた後には、
再びPWMLの値に変わる。このようなPWMデータの
増減の周期τは、天びん機構1を主体とする系の特性に
よって決まる。このデータ値の増減の周期τが、例えば
パルス電流の周期Tの100倍(0.1s)であったと
すると、この期間τ内に、上記した例では10000
(PWML)が27回、10001(PWMH)が73
回だけ現れる。この場合には、 10000+73/(27+73)=10000.73 ・・(2) によって、天びん機構1をバランスさせるために必要な
実際のPWMデータの値を知ることができる。
Now, assume that the PWM data corresponding to the current value to be passed through the force coil 3 in order to generate the electromagnetic force necessary for balancing the balance mechanism 1 under a certain load condition is 10000.73. Then, the servo system tries to operate so as to pass such a current through the force coil 3, but as described above, the duty of the pulse current flowing through the force coil 3, that is, the PWM data has only a resolution of 1/10000. , PWM data takes a value of 10000 or 10001. Now, assuming that the first PWM data is 10000, if the data is PWML, as shown in FIG. 5, after the PWML value continues for several times, the PWMH is one count larger than PWMH. Changes to the value of. Also, after the value of PWMH continues several times,
It changes to the value of PWML again. The cycle τ of such increase / decrease of PWM data is determined by the characteristics of the system mainly including the balance mechanism 1. If the cycle τ of increase / decrease of the data value is, for example, 100 times (0.1 s) the cycle T of the pulse current, within this period τ, 10000 in the above example.
(PWML) 27 times, 10001 (PWMH) 73
Appears only once. In this case, the value of the actual PWM data required to balance the balance mechanism 1 can be known from 10000 + 73 / (27 + 73) = 10000.73 (2).

【0026】図4のフローチャートにおいて、ST4に
おいてB0 カウンタの内容が1となるタイミングは、図
5におけるτbの時点であり、同じくST13において
0カウンタが1となるタイミングは同じく図5におけ
るτaの時点である。従って、例えば2つのτa間、つ
まりA0 カウンタが1となった時点から次に1になった
時点までの間の周期は、データ値の増減の周期τと一致
する。そして、A0 およびB0 の各カウンタは、それぞ
れ他方のカウンタが1になるごとにその内容が読み込ま
れた後にクリアされるから、A0 カウンタおよびB0
ウンタの読み込み内容AおよびBは、それぞれデータ値
の増減周期τ内に出現したPWMHとPWMLの回数を
表すことになる。
In the flowchart of FIG. 4, the timing when the content of the B 0 counter becomes 1 in ST4 is the time point of τb in FIG. 5, and the timing when the A 0 counter becomes 1 in ST13 is also the timing of τa in FIG. It's time. Therefore, for example, the period between two τa, that is, the period from the time when the A 0 counter becomes 1 to the time when the A 0 counter becomes 1 next coincides with the period τ of increase and decrease of the data value. Then, each counter of A 0 and B 0 is cleared after its content is read every time the other counter becomes 1, so that the read contents A and B of the A 0 counter and B 0 counter respectively It represents the number of times PWMH and PWML appeared in the data value increase / decrease cycle τ.

【0027】従って、ST31およびST32におい
て、A0 カウンタが1になるごとに演算される前記した
(1)式は、上述の(2)式を演算していることにな
り、パルスデューティの分解能よりも2桁高い分解能の
もとに荷重の測定データDを得ることができる。
Therefore, in ST31 and ST32, the above formula (1), which is calculated every time the A 0 counter becomes 1, is the above formula (2). Also, the load measurement data D can be obtained with a resolution that is two orders of magnitude higher.

【0028】なお、(1)式の演算は、上記のようにA
0 カウンタが1になるタイミングのほか、B0 カウンタ
が1になるタイミングでもよく、この場合、図6に示す
期間が測定の1周期となり、この場合でも同様の測定デ
ータを得ることができる。
The operation of the equation (1) is performed by A
In addition to the timing at which the 0 counter becomes 1, the timing at which the B 0 counter becomes 1 is also possible. In this case, the period shown in FIG. 6 is one cycle of measurement, and similar measurement data can be obtained even in this case.

【0029】また、(1)式ではPWMLを基準とし
て、その値に各データの出現比率を加算して測定値Dを
得たが、これに代えて、PWMHを基準とした演算 D=PWMH−B/(A+B) ・・(3) としても、全く同様な測定データが得られることは勿論
である。
Further, in the equation (1), PWML is used as a reference and the appearance ratio of each data is added to the value to obtain a measured value D. Instead of this, an operation based on PWMH D = PWMH- Of course, even with B / (A + B) ... (3), exactly the same measurement data can be obtained.

【0030】更に、以上の実施例では、変位センサ2に
よるアナログ変位検出信号をアナログのPID演算回路
12によって処理したのち、デジタル化した例を示した
が、変位センサ2の出力をデジタル化した後、デジタル
演算によってPID演算を行ってもよいことは言うまで
もない。
Further, in the above embodiment, the example in which the analog displacement detection signal from the displacement sensor 2 is processed by the analog PID arithmetic circuit 12 and then digitized is shown. However, after the output of the displacement sensor 2 is digitized. Needless to say, the PID calculation may be performed by digital calculation.

【0031】そして、以上の各例において、もし、天び
ん機構1の特性に起因して、PWMデータの増減の周期
τが長くなるようであれば、PID演算回路12の出力
に適当なディザーを注入すればよい。すなわち、PID
出力にディザーを注入することにより、ディザーの周期
にほぼ同期してPWMLとPWMHの切替えが行われる
ようになる。このディザーの周期を適当に選択して周期
τを所望の周期とすることにより、荷重測定データの出
力周期を短縮化することができてその応答性を向上させ
ることができ、データの平均化処理の点において有利と
なる。
In each of the above examples, if the cycle τ of increase / decrease of PWM data becomes long due to the characteristics of the balance mechanism 1, an appropriate dither is injected into the output of the PID calculation circuit 12. do it. That is, PID
By injecting the dither into the output, switching between PWML and PWMH is performed substantially in synchronization with the dither cycle. By appropriately selecting this dither cycle and setting the cycle τ to the desired cycle, the output cycle of the load measurement data can be shortened and its responsiveness can be improved. Is advantageous in terms of.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フォースコイルにパルス電流を流すパルス変調方式のサ
ーボ機構を採用した電子天びんにおいて、サーボ機構の
動作時に、パルス電流のデューティの分解能不足に起因
して生じる、そのパルス電流のデューティの増減の周期
に同期して、その周期内に流れた互いに異なるデューテ
ィを持つ電流パルスの数をそれぞれ計数してその比率を
算出するとともに、その比率と、同周期内に流れた各パ
ルス電流のいずれかのパルスデューティとから、荷重の
測定データを算出するように構成しているから、ハード
ウエアとして特別なものを追加することなく、簡単な構
成のもとに、パルスデューティの分解能よりも高い分解
能の測定値を得ることができ、安価で高分解能の電子天
びんを得ることができる。しかも、測定データの演算
は、デューティの分解能不足によって生じるパルス電流
のデューティの増減の周期と同期して行うため、単に適
当な時間に流れたパルス電流のデューティの平均値を算
出する場合に比して、大幅に有効(正確)な測定データ
を得ることができる。
As described above, according to the present invention,
In an electronic balance that employs a pulse modulation type servo mechanism that applies a pulse current to the force coil, it is synchronized with the cycle of increasing or decreasing the duty of the pulse current that occurs due to insufficient resolution of the pulse current duty when the servo mechanism operates. Then, the number of the current pulses with different duties that flowed in the cycle is counted to calculate the ratio, and the ratio and any pulse duty of each pulse current that flows in the same cycle are calculated. Since it is configured to calculate the load measurement data, the measurement value with a higher resolution than the pulse duty resolution can be obtained with a simple configuration without adding special hardware. Therefore, an inexpensive and high-resolution electronic balance can be obtained. Moreover, the calculation of the measurement data is performed in synchronization with the cycle of the increase / decrease of the duty of the pulse current caused by the lack of resolution of the duty, so it is more difficult than simply calculating the average value of the duty of the pulse current flowing at an appropriate time. Therefore, significantly effective (accurate) measurement data can be obtained.

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

【図1】本発明の構成を示す基本概念図FIG. 1 is a basic conceptual diagram showing the configuration of the present invention.

【図2】本発明実施例の構成を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention.

【図3】そのパルス幅変換回路13の具体的構成例を示
すブロック図
FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration example of the pulse width conversion circuit 13.

【図4】本発明実施例のコンピュータ20に書き込まれ
たプログラムの内容を示すフローチャート
FIG. 4 is a flowchart showing the contents of a program written in the computer 20 according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明実施例の作用説明図FIG. 5 is an operation explanatory view of the embodiment of the present invention.

【図6】本発明実施例の他の動作方法の例の説明図FIG. 6 is an explanatory diagram of an example of another operation method according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 天びん機構 2 変位センサ 3 フォースコイル 31 磁気回路 12 A−D変換器 13 パルス幅変換回路 13a サンプルホールド回路 13b A−D変換回路 13c ラッチ回路 13d ダウンカウンタ 13e フリップフロップ 13f カウンタ 14 電子スイッチ 15 定電流源 20 コンピュータ 21 表示器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Balance mechanism 2 Displacement sensor 3 Force coil 31 Magnetic circuit 12 A-D converter 13 Pulse width conversion circuit 13a Sample hold circuit 13b A-D conversion circuit 13c Latch circuit 13d Down counter 13e Flip-flop 13f Counter 14 Electronic switch 15 Constant current Source 20 Computer 21 Display

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 荷重による天びん機構のバランス状態か
らの変位を変位センサで検出し、その変位センサの出力
に応じてフォースコイルに流す電流を制御することによ
り、上記天びん機構をバランスさせるサーボ系を備える
とともに、このサーボ系は、一定周期で、かつ、上記変
位センサの出力に応じて所定の分解能のもとにデューテ
ィが変化するパルス電流を発生するパルス電流発生手段
を含み、そのパルス電流を上記フォースコイルに流すこ
とによって天びん機構をバランスさせるよう構成された
天びんにおいて、上記パルス電流発生手段が発生するパ
ルス電流のデューティの分解能不足に起因して生じる当
該パルス電流のデューティの増減の周期に同期して、そ
の周期内に流れた互いに異なるデューティを持つ電流パ
ルスの数をそれぞれ計数してその比率を算出するパルス
発生率算出手段と、そのパルス発生率算出手段により算
出された上記比率と、上記周期内に流れた各電流パルス
のいずれかのパルスデューティとから、荷重の測定デー
タを算出する測定データ決定手段を備えていることを特
徴とする電子天びん。
1. A servo system for balancing the balance mechanism by detecting a displacement of the balance mechanism from a balanced state due to a load by a displacement sensor and controlling a current flowing through a force coil according to the output of the displacement sensor. In addition, the servo system includes pulse current generating means for generating a pulse current whose duty changes at a constant cycle and with a predetermined resolution according to the output of the displacement sensor. In a balance configured to balance the balance mechanism by flowing it through a force coil, in synchronization with the cycle of increase / decrease of the duty of the pulse current caused by insufficient resolution of the duty of the pulse current generated by the pulse current generating means. The number of current pulses with different duties that flow in that period. The load is measured from the pulse rate calculating means for counting and calculating the rate, the rate calculated by the pulse rate calculating means, and the pulse duty of any of the current pulses flowing in the period. An electronic balance comprising a measurement data determining means for calculating data.
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