JPS5833565B2 - 位置制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、位置制御装置に関し、更に詳しくは装置の角
位置を制御するための装置に関する。

従来、調整装置などの位置制御情報を激値化（ディジタ
ル化）することが一般的になっている。

数値（ディジタル）情報の処理は、アナログ信号に比べ
て、精度と安定度の点で多くの利点がある。

従って、使用する制御装置は、数値化した基準情報をア
ナログ変換することなく直接処理する能力を備えている
ことが望ましい。

より一般的には、信号処理の大部分が数値化されている
ことが望ましい。

光学分野において、米国特許第３，２２７，８６３号に
よれば、次のようなタイプの装置が提案されている。

すなわち、この装置は次のような構成になっている。

（１）相互に９０°位相ずれした同質の第１信号と第２
信号を出力する第１信号発生器。

（２）角位置の制御を受ける被制御装置に連結した回転
子と、第１信号発生器に接続し、それぞれ第１信号と第
２信号の入力を受ける２個の入力端と、その位相が前記
被制御装置の実際の角位置をしめしている測定信号を発
信する出力とからなるレゾルバ（ｒｅｓｏｌｖｅｒ ）
Ｗの角位置検知器（ｃａｐｔｅｕｒ）。

（３）２進ワード形体の基準数値情報が入力され、第１
信号および第２信号と同一周波数で、かつ前記被制御装
置の所望角位置をしめす位相をもつ基準信号を出力する
第２信号発生器。

（４）角位置検知器の出力と第２信号発生器に接続し、
測定信号と基準信号との間の位相差を示す位相差信号を
出力する位相差信号発生器。

（５）前記被制御装置の角位置を位相差信号に応じて制
御するための制御装置。

上述の公知制御装置によれば、分周によってクロック装
置から得た矩形波信号を、直接レゾルバに印加している
。

この結果、測定信号に含まれる高調波成分の割合は、使
用前にフィルタにかけなければならない程に高くなって
いる。

遮断を完全かつ確実にし、しかも遮断周波数まで位相ず
れを引き起こさないような完壁な低域フィルタが存在し
ていないことは知られている。

従って、測定信号の位相は、フィルタの位相ずれが特に
温度変化に対して特に不安定であることから、この位相
ずれの影響を受けることから避けられない。

このために、信号処理の一部を数値化（ディジタル化）
することによって期待される精度と安定度の利得、およ
びフィルタ処理によって得た精度利得は、その大部分が
フィルタによって生じる撹乱のために喪失しているのが
実情である。

しかるに、本発明は、信号処理の大部分を数値化し、し
かもこのために測定信号のフィルタ処理を不要にして測
定信号を支障なく使用できるようにした制御装置を提供
することを目的とする。

本発明によれば、上述したタイプの制御装置を下記のよ
うにして上記目的を達成している。

つまり、 （ａ） 第１信号発生器で出力した第１信号と第２信
号の各信号は、それぞれ複数の段部を含む交流波で形成
することによって、正弦波信号に近似したディジタル信
号にする。

（ｂ） 位相差信号発生器により、フィルタ処理して
いない検知器（ｃａｐｔｅｕｒ ）の出力信号の位相と
、基準信号の位相とを比較させる。

本発明に係る制御信号の１つの特徴は、位相差信号発生
器に、制御信号が入力される同期復調器を設けたことで
ある。

つまり同期復調器に入力される制御信号は、基準信号周
波数と同一周波数にかつ基準信号と同位相にするととも
に、持続時間がその周期の１／２に相当する矩形波パル
スで形成することによって、制御信号の連続的半周期期
間中に、測定信号を受信する復調器の入力端と、位相差
信号発生器の出力に接続した復調器の出力端との間の利
得を、正値から負値に反転させるようにしている。

従って、復調器の出力に送られる信号の平均値をとるこ
とによって、位相差信号を得ることが可能になる。

本発明のその他の特徴と利点は、添付図面を参照して以
下詳述する本発明装置の例示的実施例の説明で明らかに
する通りである。

第１図の回路図で示すように、本発明に係る装置は、ク
ロック装置１０と、該クロック装置１０の出力パルスを
受信する分周器１１と、この分周器１１の出力信号を受
信すると共に、それぞれ９０°位相ずれした正弦波信号
ＳＩＮと、余弦波信号ＣＯＳを出力する２個の回路１２
ａ 、 １２ｂを含む信号発生器１２とで構成している
。

正弦波信号と余弦波信号は、レゾルバ（ｒｅｓｏｌｖｅ
ｒ ）１３の固定子巻線１４，１５．１６に印加される
。

レゾルバ１３の回転子は、軸２１を中心にしてその角位
置の制御を受ける装置と回転自在に一体になっている。

その位相が前記被制御装置の角位置をしめしている測定
信号ＳＭは、レゾルバの出力巻線の両端に送られると共
に、位相差信号ＳＥの発生器１８の一方の入力端１８ａ
、に印加される。

発生器１８の他方の入力端１８互には、その位相が前記
被制御装置の所望角位置をしめし、クロック装置１０の
出力パルスが印加される信号発生器１７から出力される
基準信号ＳＣが入力される。

この発生器１７は、数値化（２進ワードＣ）した基準情
報（所望角位置）を受信する。

発生器１８の出力端から出力される位相差信号は、増幅
器１９で増幅され、前記被制御装置の変位制御モータ２
０を作動させることによって、被制御装置の実際角位置
を所望角位置に一致させる。

次に、本制御装置とその機能について、第１図、第２図
、第３図Ａないし第３図Ｇを参照してさらに詳しく説明
する。

クロック装置１０は、水晶安定高周波発振器で構成し、
分周器１１に送られる信号ＳＯを出力する。

この分周器１１は、周波数Ｆ１の信号Ｓ１を出力する（
第３図Ａ参照）。

信号発生器１２の回路１２ａ（この構成自体は公知であ
る）は、抵抗Ｒ１−Ｒ６列で構成し、この抵抗列は正弦
波信号ＳＩＮが現れる回路１２且の出力端となる共通接
続点をもっている。

抵抗Ｒ１〜Ｒ６の他の端子には、それぞれ信号Ｓ１から
得た信号ｖ１〜ｖ６が入力される（第６図参照）。

信号ｖ１〜ｖ６は、周波数Ｆ１で、持続時間がその周期
の１／２に相当するパルスからなっている。

これらの信号Ｖ１〜Ｖ６は、それぞれｔ時間だけ位相ず
れしている。

上記の如くして得た正弦波信号５ＩＮ（第２図と第３図
Ｂ参照）は、周波数Ｆ１で、各交流波が複数の段部を含
む正弦波信号である。

図示の例では、２倍交流波は、６個を１組とした抵抗を
使用しているため、１２個の段部で形成されている。

従って、持続時間（１）は、信号Ｓ１の周期の１／１２
になる。

信号Ｓ１を位相基準とした場合、信号ｖ１は、Ｓｌと正
弦波信号ＳＩＮが同位相になるように、９１ 信号Ｓ１に対して時間 だけ遅れている。

抵抗値は、信号形状ができるかぎり正弦波信号の形状に
近似するような高さに、各段部がなるように決める。

正弦波信号ＳＩＮに含まれる高調波成分の割合を、著る
しく減少させることができる。

一般的に、（２ｐ）を２倍交流波を形成する段部の数と
すると、信号に含まれる高調波成分はわずかＫ（２ｐ）
±１（Ｋは整数）である。

回路１２ａと類似構成の回路１２４ｂは、９０°位相ず
れの正弦波信号ＳＩＮに対応する余弦波信号Ｃ０８（第
３図Ｃ）を出力する。

レゾルバ１３の出力信号ＳＭ（第３図Ｄ）は、位相変換
装置で使用され、正弦波信号ＳＩＮに対して、レゾルバ
回転子の機械的角度を示す量（θｍ）だけ位相ずれして
いる。

発生器１７は加減算器１７ａを含み、その容量は、クロ
ック装置１０の出力パルスで加減算器１７ａに周波数Ｆ
０で連続的加算（または減算）サイクルを実行させるよ
うに決めている。

この加減算器１７ａは分周器を形成し、周波数Ｆ１の信
号ＳＣ（第３図Ｅ）を出力する。

信号ＳＣと信号８１間の位相差は、加減算器をあらかじ
め２進ワードＣに相当する初期値にセットすることによ
って決める。

この２進ワードは、たとえば加減算器１７ａに接続した
レジスター７ｂに記憶される。

信号ＳＣは、持続時間がその周期の１／２に相当する矩
形波パルスで形成し、発生器１８に印加される。

発生器１８は、復調器１８Ｃを含み、信号ＳＭが入力さ
れるその入力端１８ａと、信号ＳＤ（第３図Ｆ）を出力
するその出力端１８黙との間の利得が、復調器の制御信
号となる信号ＳＣの連続的半周期の期間に、正値から負
値に（たとえば、＋１から−１に）交互に反転するよう
になっている。

回路１８ｄは信号ＳＤを受信し、この信号の平均値を計
算して、その振幅が該平均値に一致または比例する直流
信号の形体の位相差信号ＳＥを出力する（第３図Ｇ）。

このことから明らかなように、位相ず％ Ｏｍ ）と（
θＣ）間の差が信号ＳＤの平均値に比例することである
。

正弦波信号ＳＩＮと余弦波信号ＣＯ８、従って信号ＳＭ
に含まれる高調波成分の割合が小さいために、寄生的位
相ずれの原因となりやすい事前フイルタ処理を介さない
で、信号ＳＭの位相と基準ＳＣの位相との比較が可能に
なる。

さらに、回転式変換型レゾルバを位置検知器として使用
しているため、装置全体の信頼度低下の原因となりやす
い摺動式または回転式電気接点を使用する必要がない。

この信頼度は、遊び角が一定範囲（たとえば、中心位置
に対し前後６０°）の無ブラシ振動直流モータ２０を使
用することによりさらに向上する。

モータの回転子は永久磁石２１（第４図および第５図）
で構成し、固定子２２は、電流の向きが反対になるよう
に導線２３，２４が巻きつけられた強磁性材リングにし
ている。

このように構成したモータのトルク特性曲線は第６図に
示したようになる。

多くの応用例において、たとえば、特にカムの角位置制
御のために、遊び角は±６０％で十分である。

レゾルバ１３は、モータ２０のケーシング２５に取り付
けられていて、レゾルバの出力軸は、レゾルバの外側に
延びてモータ軸を構成する。

このようにすれば、遊びが生じやすい連結によって惹起
されるような誤差（不精度）は完全になくなる。

固定子２２を支えている箱体２６内に、制御装置の電子
部品が収容されている。

本発明に係る制御装置の上述した実施例は、特許請求の
範囲の項に記載した本発明の範囲内において種々変更ま
たは付加が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る制御装置の１実施例を示すブロ
ック回路図、第２図は、第１図に示す制御装置の信号発
生回路の具体的回路および波形図、第３図人ないし第３
図Ｇは、第１図に示す制御装置の回路の出力信号の波形
図、第４図および第５図は、それぞれ第１図に示す制御
装置の構成を示す縦断面図および横断面図、第６図は、
第５図に示す装置構成の制御モータのトルクとその回転
子の角位置との関係を示すトルク特性曲線である。 １０・・・・・・クロック装置、１１・・・・・・分周
器、１２、・・・・・・信号発生器、１２ａ、１２ｂ・
・・・・・回路、１３・・・・・・レゾルバ、１４，１
５，１６・・・・・・固定子巻線、１７・・・・・・信
号発生器、１７ａ・・・・・・加減算器、１７ｂ・・・
・・・レジスタ、１８・・・・・・信号発生器、１８ａ
。 １８ｂ・・・・・・信号発生器１８の入力端、１８Ｃ・
・・・・・復調器、１８ｄ・・・・・・回路、１８Ｓ・
・・・・・出力端、１９・・・・・・増幅器、２０・・
・・・・制御モータ、２１・・・・・・永久磁石（回転
子）、２２・・・・・・固定子、２３゜２４・・・・・
・導線、２５・・・・・・制御モータのケーシング、２
６・・・・・・箱体、ＳＩＮ、ＣＯ８，ＳＭ、ＳＦ。 ｓｃ、ｓｏ、ｓｌ、ｖ１〜Ｖ６．ＳＤ・・・・・・信号
、Ｒ１−Ｒ６・・・・・・抵抗列、Ｃ・・・・・・２進
ワード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）それぞれ９０°位相ずれした同質の第１信号と
   第２信号を出力する第１信号発生器と、（ｂ） 角位
   置の制御を受ける被制御装置に連結した回転子と、第１
   信号発生器に接続し、それぞれ第１信号と第２信号とが
   入力される２個の入力端と、その位相が被制御装置の実
   際の角位置を表している測定信号を出力する出力端とか
   らなるレゾルバ型の角位置検知器と、 （ｃ）２進ワード形体の基準数値情報が入力され、第１
   信号および第２信号と同一周波数で、かつ前記被制御装
   置の所望角位置を表す位相をもつ基準信号を出力する第
   ２信号発生器と、 （ｄ） 角位置検知器の出力端と第２信号発生器に接
   続し、測定信号と基準信号との間の位相差を表す位相差
   信号を出力する位相差信号発生器と、および （ｅ） 前記被制御装置の角位置を位相差信号に応じ
   て制御するための制御装置とで構成してなる位置制御装
   置において、 前記第１信号発生器で出力する第１信号と第２信号の各
   信号は、それぞれ複数の段部を含む交流波で形成するこ
   とによって、正弦波信号に近似した数値信号にして、高
   調波成分の割合を小さくするとともに、 フィルタ処理をしていない前記検知器の出力信号の位相
   と、基準信号の位相とを直接前記位相差信号発生器で比
   較するように構成したことを特徴とする位置制御装置。 ２ 前記位相差信号発生器に、制御信号が入力される同
   期復調器を設け、該制御信号は、基準信号周波数と同一
   周波数でかつ基準信号と同位相にすると共に、持続時間
   がその周期の１／２に相当する矩形波パルスで形成する
   ことによって、制御信号の連続的半周期期間中に、測定
   信号受信復調器の入力端と、位相差信号発生器の出力端
   に接続した復調器の出力端との間の利得を、正値から負
   値に反転するようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の位置制御装置。 ３ 前記位相差信号を、前記同期復調器の出力信号の平
   均値を表す信号の形で出力する装置により構成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の位置制御装置
   。 ４ 制御モータは、遊び角が一定範囲の無ブラシ振動直
   流モータとしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれかに記載の位置制御装置。 ５ レゾルバの出力軸とモータ軸を１体にしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
   に記載の位置制御装置。