JPH1137794A - ディジタル・コンバータのためのダイレクトリゾルバ - Google Patents

ディジタル・コンバータのためのダイレクトリゾルバ

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JPH1137794A
JPH1137794A JP10127614A JP12761498A JPH1137794A JP H1137794 A JPH1137794 A JP H1137794A JP 10127614 A JP10127614 A JP 10127614A JP 12761498 A JP12761498 A JP 12761498A JP H1137794 A JPH1137794 A JP H1137794A
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JP
Japan
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value
octant
resolver
cos
sin
Prior art date
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Application number
JP10127614A
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English (en)
Inventor
Saso P Vlahu
サソ・ピー・ブラフ
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Kollmorgen Corp
Original Assignee
Kollmorgen Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/64Analogue/digital converters with intermediate conversion to phase of sinusoidal or similar periodical signals
    • H03M1/645Analogue/digital converters with intermediate conversion to phase of sinusoidal or similar periodical signals for position encoding, e.g. using resolvers or synchros

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置および速度の両データを高分解能のディ
ジタル・フォーマットで提供するリゾルバ/ディジタル
・コンバータを提供する。 【解決手段】 軸位置を表わす最上位3ビットを与える
オクタントに従って、リゾルバからのデータが処理され
る。ゼロないし1の範囲内の正接値を導出するため、よ
り小さな値がより大きな値により除されるオクタントに
従ってリゾルバからの正弦値と余弦値とが更に処理され
る。次に索引テーブルを用いて、軸の位置表示を得るた
めオクタント値に加算される正接値からリニア位置表示
を与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リゾルバ/ディジ
タル・コンバータに関し、特に高分解能ディジタル・フ
ォーマットで位置と速度とを生じるリゾルバ/ディジタ
ル・コンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】リゾルバは、角度位置および速度フィー
ドバックを与えるため電動機制御システムにおいて広く
使用されている。一般に、リゾルバは、搬送周波数ソー
スから励起される一次巻線を含み、直角位相関係に配置
された1対の相互に回転可能な二次巻線を含んでいる。
二次巻線は、正弦θと余弦θとにそれぞれ対応する振幅
エンベロープ(envelope)を持つ搬送周波数の
信号を与え、θはリゾルバ軸の角度位置である。この信
号は、次に搬送波を除去して振幅エンベロープを復元す
るため復調される。正弦θ信号値と余弦θ信号値とは、
次に軸位置である角度θを決定するため処理される。他
の形式の位置表示器に関するリゾルバの利点は、比較的
低コストであり、連続的なアナログ信号により与えられ
る仮想的に制限のない分解能であり、かつほとんどの応
力および振動の諸問題を免れることである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】リゾルバのアナログ信
号を角度軸位置θを表わすディジタル値へ変換するリゾ
ルバ/ディジタル・プロセッサが利用可能である。この
ようなプロセッサは、通常はディジタル軸角度表示およ
びアナログ速度表示を提供する。従来のプロセスの短所
には、(特に高速度における)比較的劣ったディジタル
分解能および制限のある追跡エラー公差がある。正弦値
および余弦値を提供する変調ソースと変調されたフィー
ドバックとの間の位相関係は厳密であり、しばしば特殊
ケーブルを要求する。また、このようなシステムは、雑
音除去を制限してきた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、容易に
入手可能な構成要素を用いて構成することができる低コ
ストのディジタル・コンバータのためのリゾルバ(re
solver todigital converte
r)を提供することにある。別の目的は、位置および速
度の両データを高分解能のディジタル・フォーマットで
提供するディジタル・コンバータのためのリゾルバを提
供することにある。
【0005】本発明によるディジタル・コンバータのた
めのリゾルバにおいては、リゾルバにより与えられる正
弦θ信号および余弦θ信号が、搬送波を除去するため復
調され、次に従来のマイクロプロセッサと関連するメモ
リに格納されるディジタル値へ変換される。正弦値と余
弦値とは、角度θに対するオクタント(octant)
を決定するため比較される。このオクタントは、正弦信
号と余弦信号の極性に基いて、正弦値が余弦値より大き
な絶対値を持つかどうかを決定することによって決定さ
れる。オクタントの決定は、軸位置を表わす3つの最上
位ビットを与える。
【0006】正弦値と余弦値とは、オクタント位置に従
って更に処理される。より小さな絶対値は、0ないし
1.0の範囲内の正接θ値を得るためより大きな値によ
り除される。正接θ値は、最大7%より小さな偏差を持
つリニア値(linear)に近く、従って前記範囲全
体にわたり比較的均一な分解能を提供する。正接θ値
は、次に索引テーブルを用いてリニア値へ変換される。
【0007】補正された正接値は、次に奇数のオクタン
トに対して反転され、その後軸の角度位置を与えるため
オクタント値に加算される。これらの値を用いて、1ミ
リ秒の大きさにサンプリング・レートを仮定して、2つ
の連続的な角度位置サンプル間の値の差として速度をデ
ィジタル的に決定することができる。
【0008】上記および他の目的は、本明細書に添付さ
れる図面に記載される如き本発明の望ましい実施の形態
により達成される。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明によるシステムのハードウ
エア部分は、リゾルバ10とマイクロコンピュータ12
とを含むよう図1に示されている。当該リゾルバは、正
弦θ信号と余弦θ信号とを生じ、ここでθはリゾルバの
軸角度位置である。リゾルバからの信号は、図2に示さ
れるように機能的に構成されたソフトウエアを用いるマ
イクロコンピュータにおいて処理されて、軸角度θなら
びに軸速度を決定する。
【0010】リゾルバ10は、回転一次巻線16と1対
の静止二次巻線14、16とを含んでいる。巻線14お
よび15は、正弦θ信号と余弦θ信号とをそれぞれ生じ
る直角位相関係を有する。一次巻線は、典型的に1KH
zと20KHz間の範囲内にある搬送周波数ソース17か
ら励起される。ほとんどの場合、比較的高い周波数が選
好される。二次巻線14、15に誘導される信号の振幅
は、正弦θと余弦θとにそれぞれ比例している。被変調
信号正弦θは、(典型的に電圧フォロワの形態におけ
る)電圧バッファ20を通過し、次いでシステムに対す
る共通信号接地に接続される差動増幅器21を通過す
る。共通信号接地に接続されたバッファおよび差動増幅
器の組合わせは、良好なノイズ除去を行う。次に、信号
は位相復調器22を通過し、この復調器が搬送波を除去
して正弦θであるエンベロープを残す。位相復調器から
の信号はフィルタ23を通過し、このフィルタが搬送周
波数を除去して、この信号をアナログ/ディジタル・コ
ンバータ24へ送る。A/Dコンバータから出た信号
は、SINで表わされ、アナログ値正弦θに対応する1
2ビットのディジタル表示である。
【0011】同様に、リゾルバの巻線15から生じた余
弦θ信号が装置30〜34を介して処理されて、COS
と呼ばれる余弦θのディジタル値を生じる。信号COS
は、マイクロコンピュータ12へ与えられる。大半のシ
ステムの場合、アナログ/ディジタル・コンバータ24
〜34におけるアナログ信号のサンプリングは、典型的
にミリ秒当たり少なくとも1サンプルの率で行われる。
SIN値およびCOS値は、マイクロコンピュータ12
における指示された記憶場所に記憶される。
【0012】図2に示されるように、リゾルバの角度θ
を決定するSIN値とCOS値の処理は、(1)角度θ
に対するオクタントの決定、(2)正接値の決定、
(3)角度θに対するリニア値を得るための正接値の補
正、および(4)オクタント値とリニア値とを組合わせ
ることによる角度θの決定を含む。オクタントは、SI
N値とCOS値の極性とそれらの相対的大きさとの比較
によって決定される。正接値の決定において、正接値を
無限大にさせる計算を避けることが必要である。これ
は、常に、SIN値とCOS値の絶対値の小さい方をよ
り大きな値で除すことにより行われる。オクタントの4
5°スパンに対して、正接値がゼロから1までの範囲に
わたる。正接値は、角度θに対するリニア値に近く、索
引テーブルを用いて補正される。次に、角度θに対する
最終値がオクタントを用いて決定され、3つの最上位ビ
ットとより低いビットに対する補正正接値とを与える。
【0013】例えば正確に45°では、SIN値とCO
S値とは等しく、オクタントIあるいはオクタントIIの
いずれかに置くことができる。値が等しい場合は、差を
生じず、処理の残部がオクタントの決定と矛盾しない限
り、オクタントが用いられる。
【0014】更に、アナログの正弦θ信号および余弦θ
信号はアナログ/ディジタル・コンバータ24、34を
通過し、このコンバータがSIN値とCOS値にそれぞ
れ対応する12ビットのディジタル・ワードを与える。
SIN値およびCOS値は、コンバータの演算40にお
いて比較されて極性と相対的大きさとを決定する。例え
ば、図3におけるオクタント・テーブルに示されるよう
に、SIN値とCOS値とが共に正であり、SIN値の
絶対値がCOS値より大きくなければ、リゾルバの角度
θが最初のオクタントI(000)にある。同様に、S
IN信号とCOS信号は共に正でありSIN値の方が大
きければ、リゾルバ角度は2番目のオクタントII(00
1)にある。他のオクタントは、オクタント・テーブル
におけるロジックに従って同様な方法で決定される。S
IN値およびCOS値に関するオクタントの場所が図5
に示される。3ビットのオクタント識別子がメモリに記
憶(42)される(図2)。
【0015】コンパレータの処理40における比較はま
た、SINおよびCOSの絶対値が0.707より大き
いか小さいかを判定する。この値が0.707より大き
ければ「より大きい」メモリ(larger memo
ry)に記憶(44)され、値が0.707より小さけ
れば、「より小さい」メモリ(smaller mem
ory)に記憶(46)される。異なるリゾルバの角度
に対する「より大きな」値(大値)と「より小さな」値
(小値)は図6および図7にそれぞれ示される。次に、
「より小さな」値は、除算機能48において「より大き
な」値により除されて、図8に示されるTAN値を得
る。常にSIN値およびCOS値の大きい方で除すこと
により、TAN値は常にゼロと1の間にある。1と無限
大との間の正接値は避けられる。
【0016】図8に示されるように、オクタント内の0
ないし45°のTAN値は、リゾルバ角度に対するリニ
ア関係に近い。リニア値からの偏差は7%より小さく、
添付される表1として示される8ビットの索引テーブル
50を用いて補正することができる。索引テーブルの値
は、図9に示されるリニア値を導出するため加算機能5
2においてTAN値に加算される。大半の構成におい
て、リニア11ビット値で充分である。リニア値は、反
転ルーチン54を用いて反転される。リニア値が用いら
れて奇数オクタントの場合はORロジック56へ送ら
れ、偶数オクタントの場合は反転されたリニア値が用い
られる。
【0017】角度θ値に対する最終的な再構成58にお
いては、オクタントの3ビット・コード値が最上位3ビ
ットとして用いられて、11最下位ビットとしてリニア
値または反転リニア値に加算される。リゾルバの角度θ
は、16,384の増分でゼロないし360°の範囲を
網羅する14ビットのコード値として現れる。
【0018】速度は、2つの連続的なサンプルに対する
角度θにおける差を決定するルーチン59において決定
される。
【0019】1つの例示的な実施の形態について詳細に
記述したが、頭書の特許請求の範囲の請求項に特に規定
される本発明の範囲内で多くの変更があることが明らか
であろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】リゾルバ信号を処理して当該リゾルバ信号をマ
イクロコンピュータへ与えるリゾルバおよび関連する装
置を示すブロック図である。
【図2】リゾルバ出力信号のコンピュータ処理を示す機
能図である。
【図3】オクタントを決定するため用いられるテーブル
である。
【図4】正接値の決定において用いられるテーブルであ
る。
【図5】リゾルバからの正接信号と余弦信号とを用いて
軸角度θを決定するコンピュータ処理を示す図である。
【図6】リゾルバからの正接信号と余弦信号とを用いて
軸角度θを決定するコンピュータ処理を示す図である。
【図7】リゾルバからの正接信号と余弦信号とを用いて
軸角度θを決定するコンピュータ処理を示す図である。
【図8】リゾルバからの正接信号と余弦信号とを用いて
軸角度θを決定するコンピュータ処理を示す図である。
【図9】リゾルバからの正接信号と余弦信号とを用いて
軸角度θを決定するコンピュータ処理を示す図である。
【図10】リゾルバからの正接信号と余弦信号とを用い
て軸角度θを決定するコンピュータ処理を示す図であ
る。
【図11】リゾルバからの正接信号と余弦信号とを用い
て軸角度θを決定するコンピュータ処理を示す図であ
る。
【図12】リゾルバからの正接信号と余弦信号とを用い
て軸角度θを決定するコンピュータ処理を示す図であ
る。
【符号の説明】
10 リゾルバ 12 マイクロコンピュータ 14 静止二次巻線 15 静止二次巻線 16 回転一次巻線 17 搬送周波数ソース 20 電圧バッファ 21 差動増幅器 22 位相復調器 23 フィルタ 24 アナログ/ディジタル・コンバータ 34 アナログ/ディジタル・コンバータ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リゾルバにより生成された正弦値と余弦
    値とからリゾルバの軸の角度位置θを決定する装置にお
    いて、 (a)リゾルバの正弦値と余弦値をSINディジタル値
    とCOSディジタル値へ変換する手段と、 (b)前記SIN値とCOS値とから、3ビット・コー
    ドにおける角度θに対するオクタントを決定する手段
    と、 (c)TAN値を導出するため、SIN絶対値とCOS
    絶対値の小さい方をSIN値とCOS値との大きい方で
    除算する手段と、 (d)前記TAN値をリニア化する手段と、 (e)偶数オクタントに対して、リニア化された値を反
    転する手段と、 (f)最上位ビットとしての前記オクタント・コードを
    最下位ビットとしての前記リニア化された値に加算する
    手段と、を備えることを特徴とする該装置。
  2. 【請求項2】 オクタントを決定する前記手段が、SI
    N値とCOS値の極性を決定し、角度θに対するオクタ
    ントを一義的に識別するため前記SIN値とCOS値の
    どちらがより大きな絶対値を持つかを決定する請求項1
    記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記TAN値をリニア化する前記手段が
    索引テーブルを用いる請求項1または2のいずれかに記
    載の装置。
  4. 【請求項4】 リゾルバにより生成される正弦値と余弦
    値とからリゾルバの軸の角度位置θを決定する方法にお
    いて、 (1)リゾルバの正弦値と余弦値とをSINディジタル
    値とCOSディジタル値とへ変換するステップと、 (2)前記SIN値とCOS値とから3ビット・コード
    における角度θに対するオクタントを決定するステップ
    と、 (3)TAN値を導出するためSIN値およびCOS値
    の大きい方で、SINおよびCOSの絶対値の小さい方
    を除すステップと、 (4)前記TAN値をリニア化するステップと、 (5)偶数オクタントの場合はリニア化された値を反転
    するステップと、 (6)角度θを得るため、最上位ビットとしての前記オ
    クタント・コードを最下位ビットとしてのリニア化され
    た値に加算するステップと、を含むことを特徴とする方
    法。
  5. 【請求項5】 前記オクタントが、前記SIN値とCO
    S値の極性に従い、かつ前記SIN値とCOS値のどと
    らがより大きな絶対値を持つかに従って決定される請求
    項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記TAN値が索引テーブルを用いてリ
    ニア化される請求項4または5のいずれかに記載の方
    法。
  7. 【請求項7】 前記ステップ3ないし前記ステップ6に
    おける処理が前記ステップ2におけるオクタントの決定
    に従う請求項4記載の方法。
JP10127614A 1997-05-09 1998-05-11 ディジタル・コンバータのためのダイレクトリゾルバ Pending JPH1137794A (ja)

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US08/853,930 US5912638A (en) 1997-05-09 1997-05-09 Direct resolver to digital converter
US853930 1997-05-09

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