JPS5814703B2 - 平面ベクトルを規定する量を検出するための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、入力側に積分器の出力信号が加えられる正弦
および余弦関数発生器を使用して平面ベクトルを規定す
る量を検出するための装置（ベクトル解析器）に関する
ものである。

あるベクトルの直交する２つの成分に比例する入力電圧
からこのベクトルの大きさと位相角とを定めるかかる装
置は、ドイツ連邦共和国特許第２０１２７８１号明細書
により公知である。

しかしながらこの装置によれば、回転しない、即ち常に
３６０°の角度範囲内で動くようなベクトルの位相角を
定め得るだけである。

さらに公知の装置においては、多数のアナログ式乗算器
が使用されているが、それらは特に零点付近における動
作が不正確である。

本発明は、初めに述べられた種類の装置において、精度
が高く、且つ特に位相角が３６００以上変化する場合で
も解析すべきベクトルの位相角を検出し得るようにする
ことを目的とするものである。

この目的は本発明によれば、積分器としてデイジタル式
の、両方向性あふれ計数器が用いられ、この計数器のク
ロックパルス発生器のパルスに対する計数入力端は３位
置スイッチング素子の出力信号により釈放され得るもの
であり、この３位置スイッチング素子の応動閾値はベク
トル回転器の第１の出力電圧に比例関係にあり、その入
力はベクトル回転器の第２の出力電圧と結合され、ベク
トル回転器の入力側には関数発生器の出力信号と直交ベ
クトル成分に比例する２つの電圧とが加えられることに
よって達成される。

従って本発明の基本思想はデイジタル式あふれ計数器の
出力を制御回路により入力ベクトルの位相角に追従させ
ることにあり、この場合位相角度値が３６０°を超える
と計数器内容は問題なく零に復帰する。

デイジタル式に動作する回路をさらに広く使用すること
により、検出精度を高めることができる。

それ故あふれ計数器のデイジタル出力信号は、アナログ
関数発生器のデイジクル・アナログ変換およびアナログ
乗算器を有する通常のベクトル回転器に従って処理され
るのではなく、本発明を更に発展させたものによれば、
ベクトル回転器が乗算器として４つのデイジタル・アナ
ログ変換器を有し、それらの変換器のデイジタル入力端
には関数発生器として用いられるデイジタル式の読み出
し専用記憶装置（固定記憶装置）の出力信号が導かれ、
これらのデイジタル・アナログ変換器の基準電圧として
ベクトル成分電圧が予め与えられているようにされてい
る。

以下図面により本発明の実施例について説明する。

軸ｒおよひｊを有する第１図の直交座標系において、平
面ベクトルは２つの直交ベクトル成分Ｅ１＝ＥＣＯＳε
およびＥ２＝Ｅｓｉｎεにより定められる。

多くの技術的問題においては、この種のベクトル量が、
例えば回転磁界形電機の回転磁界ベクトルを表示する場
合に予め与えられる。

回転磁界形電機の磁界オリエンテーション制御の目的に
対しては、このベクトルの大きさＥおよびその位相角ε
を検出し、かつ特にこの位相角により演算、例えば加算
を行うことが重要である。

これに関連してさらに位相角εの時間的変化速度ｄε／
ｄｔ＝εも問題となる。

第２図は、２つの直交ベクトル成分Ｅ１およびＥ２によ
り予め支えられた平面ベクトルの大きさＥ１位相角εお
よび位相角変化速度λを検出することができる本発明に
よる装置のブロック接続図である。

ベクトル回転器ＶＤの入力端子１および２には電圧Ｅ１
およびＥ２が接続され、これらの電圧は解析しようとす
るベクトルの２つの直交成分に比例している。

ベクトル回転器ＶＤの残りの２つの入力端子３および４
には、角度αの正弦および余弦に相当する電圧が加えら
れる。

これらの電圧は大きさ１で位相角αのベクトルを画く。

公知のように４つの乗算器と２つの混合素子とからなる
ベクトル回転器は出力端子５および６に、解析しようと
するベクトルの大きさと、位相差ε一αの余弦および正
弦に比例する２つの電圧を生ずる。

この場合位相角αは両方向性のあふれ計数器７の計数段
出力端からデイジタルの形で表現され、それらの計数段
出力端は図示された実施例においては、それぞれ２つの
固定記憶装置ＲＯＭ１およびＲＯＭ２の入力端に接続さ
れている。

これらの固定記憶装置には余弦および正弦関数が固定的
にプログラム化され、その結果これらの記憶装置の入力
端に加わる偏角αの各デイジタル値には、対応する正弦
値および余弦値が同様にデイジクルの形で所属されてい
る。

固定記憶装置ＲＯＭ１およびＲＯＭ２の出力端はベクト
ル回転器ＶＤの乗算デイジタル・アナログ変換器８ない
し１１のデイジタル入力端に接続され、それらの変換器
のアナログ入力端にはベクトル成分電圧Ｅ１およびＥ２
が基準電圧として接続されている。

デイジクル・アナログ変換器８ないし１１においてはデ
イジタル入力値のアナログ出力電圧への変換が行われ、
この場合これらのアナログ出力電圧はさらに付加的に、
変換器のアナログ入力端にそれぞれ加わる基準電圧に比
例する。

デイジタル・アナログ変換器により計数器７のデイジタ
ル出力量を変換し、これらの量をそれぞれ１つのアナロ
グ式余弦および正弦関数発生器を介して通常のベクトル
回転器の入力端子３およひ４に供給することももちろん
可能であり、その場合ベクトル回転器には通常のアナロ
グ乗算器が設けられる。

しかしながら図示された実施形態により、一方では正弦
および余弦値をデイジタルに模擬することにより著しく
高い精度と再現性とが得られ、さらにアナログ乗算器に
付随する零点誤差が回避される。

ベクトル回転器ＶＤの端子６に現われる電圧Ｅｓｉｎ
（ε−α）は３位置スイッチング素子１３の入力端子１
２に供給され、このスイッチング素子は、端子１２に加
わる入力電圧が閾値電圧Ｕｂより大きいときにはその出
力端１４に正の信号を与え、また端子１２における入力
電圧が閾値電圧一Ｕｂより下にあるときはその出力端１
５に正の信号を与える。

そのような３位置スイッチング素子は２つの増幅器から
構成することができ、その一方はブロックシンボル１６
の右の部分に示された特性を、また他方はブロックシン
ボル１６の左の部分に示された特性を持っている。

応動電圧閾値Ｕｂと−Ｕｂとはこれらの増幅器に供給さ
れたバイアス電圧により定められ、端子２７に加えられ
た電圧Ｕｂまたはその端子と入力側において接続された
反転増幅器２８ａの出力信号により定められる。

別の反転増幅器２８ｂは３位置スイッチング素子の出力
信号の整合のために設けられている。

位相角度差ε−α、すなわち位相角εとあふれ計数器７
から発せられる角度αとの間の偏位が生じ、３位置スイ
ッチング素子の入力端子１２に加わる電圧が応動閾値Ｕ
ｂまたは−Ｕｂを超えるほどに差が大きいと、ＡＮＤゲ
ート１７または１８の一方がクロックパルス発生器１９
により供給されるパルスを釈放し、これらのパルスは計
数器７の十で示された順方向計数入力端またはーで示さ
れた逆方向計数入力端に達する。

例えばαがεより小さければ、出力端子１４には正の信
号が生じ、クロックパルス発生器１９のパルスは、端子
１２における入力電圧が応動閾値により定められる不感
帯内に移動する程にαが大きくなる迄計数器７の計数状
態を高める。

αがεより太きければ、出力端子１５には正の信号が現
われ、あふれ計数器７の計数状態はそれに相当して低く
なる。

計数器７のあふれには角度α−３６０°が対応し、その
結果この値を超過すると、あふれ計数器は自動的に復帰
し、零から正方向に入力が加わると再び加算を始める。

３位置スイッチング素子１３はクロツクパルス発生器１
９と２つのアンドゲート１７および１８と共に調節器と
して考えることができ、この調節器は、平衡に達したと
き、すなわち計数器７より与えられる角度値αが解析す
べきベクトルの値εに追従されているときには静止する
。

この平衡が達成されると、α一εとなり、出力端子２１
には解析すべきベクトルの大きさに相当する量Ｅが現わ
れる。

クロツクパルス発生器１９のクロツク周波数は、計数器
７が位相角εの変化に非常に速く追従する状態にあるよ
うな大きさに選ばれるのが合目的的である。

平滑素子２３の出力端に接続されている端子２２には角
度値αの変化速度αに比例する電圧が現われる。

このことは、計数器７が積分器を構成し、その入力量が
平滑素子２３に混合素子２４を介して正しい符号で供給
されることにより生じる。

このようにして平衡は応動閾値の間隔により定められる
精度でもって行われる。

３位置スイッチング素子１３に固定した応動限界が設け
られると、精度は解析しようとするベクトルの振幅Ｅが
小さくなるに従って減少するようになる。

何故ならばこの場合には偏差ε一αが大きくなって始め
て３位置スイッチング素子を動作させることになるから
である。

従ってベクトル回転器ＶＤの端子５と入力側において接
続されている比例増幅器２５がダイオード２６を介して
３位置スイッチング素子１３の端子２７と接続されるこ
とによって、応動限界は解析すべきベクトルの振幅Ｅに
比例関係となる。

ダイオードは、角度差ε−αが９０°より大きくなる場
合に端子２７に負電圧が加わるのを防止する役目を持っ
ている。

端子２７に加わる電圧Ｕｂは零レベルに対して対称的に
存在する応動閾値を定める。

このようにして応動閾値は解析しようとするベクトルの
振幅Ｅに比例して変化し、従って、平衡精度に対する振
幅の影響は除去され、このことは他の場合には誤差を有
するアナログ乗算器を使用してのみ達成されることであ
る。

比例増幅器２５の増幅率Ｖはできるだけ小さく選ばれる
のが有利であり、安定度の理由からｖ＞０．５ｓｉｎΔ
αになるようにしなければならない。

ここでΔαは計数器７から与えられる角度値αの最小可
能な変化である。

第３図はいわゆるウインドディスクリミネータＦＤの形
の３位置スイッチング素子に対する特に簡単な実施例を
示している。

これは原理的には非常に増幅率の高い２つの増幅器２９
及び３０からなり、増幅器の出力端はダイオード３１お
よび３２を介して出力端子１４および１５に接続されて
いる。

全入力抵抗Ｒは同じ抵抗値を持ってい句入力端子１２に
供給されている電圧Ｕｅは増幅器２９の非反転入力端と
、増幅器３０の反転入力端とに導かれ、一方応動限界を
定めている電圧Ｕｂは増幅器２９および３０の反転入力
端に加えられている。

さらに端子３３に接続されている電圧Ｕｍは増幅器２９
の反転入力端と増幅器３０の非反転入力端とに作用する
。

このようにして、応動閾値は絶対なものではなく、それ
ぞれ対称的に電圧Ｕｍにより定められる電圧レベルによ
って予め与えられる。

何故ならば、端子１４に現われる正の出力信号に対して
はＵ。

＞Ｕｍ＋Ｕｂという関係が、また端子１５に現われる正
の出力信号に対してはＵ。

＜Ｕｍ＋Ｕｂという関係が適用されるからである。

端子３３が零電位にではなく、破線で示されているよう
に、増幅率Ｋを有する増幅器３４を介してベクトル回転
器ＶＤの出力端子５に接続されていると、応動限界、す
なわち“不感度窓“が移動させられ、位相角値εはあふ
れ計数器７により一定の値ａｒｃｔｇ Ｋだけ減らされ
て示される。

従って簡単に、示された位相角の値は定められた大きさ
だけ変えられる。

解析しようとするベクトルの大きさＥはこの場合には、
端子２１′（第２図）が同様に破線で示されているよう
に、増幅率Ｖ〒薯Ｕを有する増幅器３５を介して端子２
１に接続されていれば、端子２１′に得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の作用を説明するための線図、第２図は
本発明の実施例のブロック接続図、第３図は本発明に使
用される３位置スイッチング素子の一例の接続図である
。 Ｅ……ベクトルの大きさ、Ｅｌ，Ｅ２……ベクトルの成
分、ε……位相角、ＶＤ……ベクトル回転器、ＦＤ……
ウインドディスクリミネータ、ＲＯＭ１ ，ＲＯＭ２…
…固定記憶装置、１，２，３，４……ベクトル回転器の
入力端子、５，６……ベクトル回転器の出力端子、７…
…あふれ計数器、８〜１１……デイジクル・アナログ変
換器、１３……３位置スイッチング素子、１４，１５…
…３位置スイッチング素子の出力端子、１９……クロツ
クパルス発生器 子 ……位相角の時間微分の出力端子、２３……平滑素子、
２５……比例増幅器、２７ ， ３３……ディスクリミ
ネータの入力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 人力側に積分器の出力信号が加えられる正弦および
   余弦関数発生器を使用して平面ベクトルを規定する量を
   検出するための装置において、積分器としてデイジタル
   式の両方向性あふれ計数器が用いられ、このあふれ計数
   器のクロックパルス発生器のクロツクパルスに対する計
   数入力は３位置スイッチング素子の出力信号により釈放
   され、この３位置スイッチング素子の応動閾値はベクト
   ル回転器の第１の出力電圧と比例関係にあり、３位置ス
   イッチング素子の入力はベクトル回転器の第２の出力電
   圧と結合され、ベクトル回転器の入力側には前記関数発
   生器の出力信号と、直交ベクトル成分に比例する２つの
   電圧とが加えられることを特徴とする平面ベクトルを規
   定する量を検出するための装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、ベクト
   ル回転器が乗算器として４つのデイジタル・アナログ変
   換器を有し、変換器のデイジタル入力端には関数発生器
   として用いられるデイジタル式の固定記憶装置の出力信
   号が導かれ、デイジタル・アナログ変換器の基準電圧と
   してベクトル成分電圧が予め与えられることを特徴とす
   る平面ベクトルを規定する量を検出するための装置。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置におい
   て、３位置スイッチング素子としてウインドディスクリ
   ミネータが用いられ、そのウインド幅を規定する入力端
   には、比例増幅器を介してベクトル回転器の第１の出力
   電圧が加えられることを特徴とする平面ベクトルを規定
   する量を検出するための装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の装置において、ウイン
   ドディスクリミネータの１クインド中心を規定する入力
   端には、比例増幅器を介してベクトル回転器の第１の出
   力信号が加えられることを特徴とする平面ベクトルを規
   定する量を検出するための装置。