JPS59133406A - 位置表示値を発生する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一般的に位置測定及び制御装置、特に、こう
いう装置で、制御される機械の部材又は他の物体の位置
を監視する様に配置された感知装置からの帰還情報を得
たい場合の分野に関する。

［発明の背景］ その位置が制御されている機械の部材又は他の物体の実
際の位置を監視する為に、レゾルバ帰還が位置制御装置
に用いられている。この装置では、レゾルバはサーボ・
ループに入れるのが典型的であり、制御される物体の実
際の位置の表示を発生して、指令された位置との連続的
な比較により、サーボ・ループを駆動する為の誤差信号
を発生する。動作時、レゾルバには１対の励振信号を供
給する。ご（一般的には、これは振幅及び周波数が同一
の２つの正弦波であって、位相の隔たりは電気角で９０
°になる様に非常に注意深く保たれる。

従って、実質的に励振信号は正弦波及び余弦（ＣＯｓｉ
ｎｅ）彼である。これに対して、レゾルバの出力４− 信号は、何れかの励振信号に対するその位相関係が被監
視位置を表わす第３の信号である。勿論、レゾルバは直
線変位又は回転変位の何れにも応答する様にすることが
出来る。

最近開発された位置制御装置は、レゾルバ励振信号を発
生する為、並びにレゾルバ出力信号の移相（従って位置
）を決定する為にディジタル方式を利用している。こう
いう方式では、レゾルバ駆動信号及び位相比較機能がデ
ィジタル形であって、その精度は実質的に時間ベースの
精度によって制限されるだけであるから、この装置は非
常に精密で正確で信頼性のあるものになる。実際、レゾ
ルバに対するディジタル形励振装置では、正弦波形及び
余弦波形の切欠き（ｎｏｔｅｂｅｄ　）矩形波近似を使
うのがいろいろな点で有利である。レゾルバ出力信号は
基本的に正弦状のままであるが、被監視位置と測定され
た移相との間の所望の直線性が得られる様に、この信号
を注意深く条件づけて、高調波を除くことが必要になる
。この為には典型的にはアナログ・フィルタが使われる
。

都合の悪いことに、アナログ・フィルタを使うと、信号
に何度もの移相が起る。レゾルバについて云うと、１°
の移相でも、かなり大きな位置誤差になる。（例えば３
６０°の移相はレゾルバの軸の完全な１回転に対応する
）。フィルタ（又はレゾルバの信号の回路経路内にある
この他の任意の素子又は部品）によって起る既知の一定
の移相量は４算に入れて、ごく簡単に排除することが出
来る。然し、温度並びに部品の経年変化の影響によって
起る移相は、この様にして計梼に入れることが出来ない
。更に、信号条件づけ回路（例えばフィルタ）は１個の
回路板の部品として設けるのが典型的であるから、回路
板毎に移相が変化することにより、位置誤差が発生し、
この為、回路板を取替える度に、調節のやり直しを必要
とする。

一般的に、回路板を取替える時、レゾルバの調整を仕直
すか、或いは位置のオフセットを決定して、それを新し
い設定データとして位置制御装置にプログラムすること
が必要である。然し、こういう解決策も、時間及び温度
の影響によって起る移相誤差には何の助けともならない
。

従って、この発明の目的は、信号が通過する信号条件づ
け回路によって発生された系統的な移相誤差（即ち、一
般的に上に述べた誤差で例示される様な、システムのバ
イアスによって起る誤差）に対して、レゾルバ位置検出
装置の出力値を補償する方法並びに装置を提供すること
である。

この発明の別の目的は、レゾルバの出力信号を条件づけ
る為に使われる回路を取替えた時に起る誤差を解決する
為に、レゾルバ又はその関連回路の調節のやり直しを不
必要にする様な方法及び装置を提供することである。

この発明の別の目的は、系統的な移相誤差を補償する為
に、この移相誤差によって生ずる位置のオフセットを装
置にプログラムしなくてもよい様にして、位置制御装置
のレゾルバから導き出した位置表示値を発生することで
ある。

［発明の概要］ この発明の好ましい形式では、上記並びにその他の目的
が、レゾルバ出力信号が通過するのど同７− じ回路経路に、少なくとも１つのレゾルバ励振信号を（
基準信号として）選択的に通過させて、その移相を決定
することによって達成される。回路経路によって上記通
過した基準信号に誘導された移相を決定し、その移相を
表わす値を発生して貯蔵する。この為、この貯蔵された
値は、レゾルバ出力信号が通常通過する回路によって生
ずる系統的な移相を表わす。

この後、レゾルバ出力信号を同じ回路経路に通し、基準
信号に対するその移相を決定して、こうして合計移相を
表わす値すなわち被監視物体のみかけの位置を表ね１値
を発生する。系統的な移相を表わす最初の値を２番目の
値から減算して、被監視物体の真の位置を表わす補償済
みの値を発生する。

この処理手順を連続的に繰返して、真の被監視位置の略
連続的な測定を行なうことが出来る。

［発明の詳細な説明］ 図面には、この発明の好ましい１形式が簡略して示され
ている。レゾルバ１０が、レゾルバの軸８− を回転させる様に配置された物体の相対位置を監視する
様に設定されている（軸と被監視物体は具体的に示して
ない）。普通、サーボ制御ループ内で位置帰還信号を発
生する為に、位置制御装置には前に述べた様に、図示の
様なレゾルバを用いることが出来る。何れにせよ、レゾ
ルバ１０は１対の信号によって励振され即ち駆動される
。各々の信号は略正弦状である。こういう励振信号は振
幅及び周波数が同一であって、位相が互いに電気角で９
０’離れている。従って、実質的に励振信号は正弦波及
び余弦波信号である。

こういう信号は、正弦波及び余弦波信号の切欠き矩形波
近似を発生するディジタル回路を用いて発生することが
好ましい。切欠き矩形波方式ではディジタル励振信号が
周期的なパターンでオン及びオフに切換えられ、この結
果、矩形波励振信号の高調波成分に較べた時、高調波成
分が減少する。

レゾルバの矩形波励振を行なう手段を記載した米国特許
第３，５１９．９０４号に例示される様に、レゾルバの
ディジタル励振方法は周知である。゛実際、図面に示し
た個別の多くの素子の動作上の細部は、この発明を十分
に理解するのに必要ではない。こういうことは以下の説
明から、当業者に容易に明らかであろう。

時間ベース発生器１２が非常に安定な周期的に変化する
信号を発生し、これがディジタル計数器１４の入力信号
として印加される。時間ベース発生器１２は例えば約２
．５Ｍ）−１２の周波数で動作する非常に安定な水晶制
御発振器にすることが出来る。計数器１４のカウントが
各クロック・サイクル毎に増数し、計数器が一杯になる
まで増数計数し、一杯になった時、ロールオーバして再
びゼロから計数を始める。合計カウントは、レゾルバ軸
の角度位置の所望の分解能が得られる様に選ぶ。

例えば、計数器はＯから９９９まで計数し、時間ベース
発生器１２からの入力クロック信号が供給される限り、
繰返してロールオーバする様に構成することが出来る。

ディジタル計数器１４からのカウント値が信号母線１６
を介して正弦／余弦復号器１８に連続的に印加される。

復号器１８が連続的に変化するカウント値を、前に述べ
た様に、レゾルバ１０の励振に必要な正弦波形及び余弦
波形を形成する２つの信号に変換する。正弦／余弦復号
器１８は任意の公知の方法で実現することが出来るが、
この発明と組合せて使うには、正弦／余弦復号器１８は
プログラム可能な読出専用記憶袋Ｍ　（ＰＲＯＭ）を使
い、これから所望の波形を近似】−る値を呼出す形式に
することが好ましい。即ち、計数器１４からのカウント
値と貯蔵されている波形の値との間に１対１の対応関係
がある。この発明で使うのに適したプログラム可能な続
出専用記憶装置は、テキサス・インスツルメンツ・イン
コーホレーテッドから入手し得るＴＢＰ１８Ｓ４２型で
ある。

正弦及び余弦信号は、前に述べた様に、正弦波及び余弦
波を近似する切欠き矩形波の形であってよい。何れにせ
よ、正弦及び余弦信号は互いに位相が電気角で９０”離
れている。切欠き矩形波を励振に使うことにより、励振
信号間の位相関係及びその振幅を非常に精密に制御する
ことが出来るこ１１− とに注意されたい。

レゾルバからの出力信号（これは位置制御ｌｌ装置では
帰還信号と呼ぶことがある）が、線２０を介して多重化
器２２の１つの入力として印加される。

正弦及び余弦励振信号が別々の入力信号として多重化器
２２に印加される。帰還信号の位相の正弦又は余弦励振
信号のどちらかからの隔たりが、レゾルバ１０で感知し
た変位の目安である。

多重化器２２（これは実質的にはスイッチング装置であ
り、例えば適当な多重化器はモータローラ・インコーホ
レーテッド社から入手し得るＭＣ１４０５２Ｂ型である
）が、３つの入力信号の内の１つをアナログ中フィルタ
２４に通過させる出力信号として選択する。多重化器２
２が選択する信号は制御線２５．２６によって決定され
る。これらの制御線は、どの信号が多重化器の出力に現
われるかを決定する為に、制御論理回路２８を通じてい
るいろな形にプログラムし又は制御することが出来る。

例えば、線２５．２６は、各々の入力信号が周期的に出
力に現われる様に循環的にす１２− ることか出来る。この代りに、この選択はオペレータに
よって制御してもよいし、或いは、装置の電源を最初に
印加した時だけ、一方の励振信号が一時的に多重化器の
出力に現われる様にしてもよい。

アナログ・フィルタ２４は、高調波歪み及び外来の雑音
信号を除去する為に、レゾルバの出力信号をろ波する信
号条件づけ回路である。高調波成分及び雑音をｖ波した
後の、位置を表わす信号が略純粋な正弦波として後続回
路に送られる。測定の最大の直線性は信号が正弦波形で
あることの如何にかかわっているから、レゾルバで位置
を感知する時、最高の精度を得るには正弦波が必要であ
る。

フィルタ２４からの＞Ｐ波信号がゼロ交差検出器２９（
これは普通の設計のものである。例えば、ナショナル・
セミコンダクタ・インコーホレーテッド社から入手し得
るＬＭ−３１１型比較器で構成する）へ送られる。この
検出器が、−波信号が電圧Ｏの点を例えば正の向きに交
差する時に、出力信号を発生する。ゼロ交差検出器２９
からの出力信号が位置記憶レジスタ３０のクロック入力
端子ＣＬＫに印加される。位置記憶レジスタ３０は信号
母線１６を介して計数器１４からのカウント値をも受取
る様に接続されている。この為、−波信号のゼロ交差と
略同時に発生するカウント値が位置記憶レジスタ３０に
保管される。位置記憶レジスタ３０に貯蔵されたカウン
ト値は、ろ波信号と基準信号（即ち、正弦及び余弦励振
信号）との間の位相の隔たりを表わす。−波信号がレゾ
ルバの出力信号であれば、貯蔵されたカウントは被監視
位置を表わす。然し、この場合のカウント値は、アナロ
グ・フィルタ２４並びに回路経路内にあるこの他の移相
手段によって系統的に誘導された移相の為、一部分その
影響を受け１＝ものになっている。この為、補償をしな
い貯蔵されたカウントは、監視される装置のみかけの位
置を表わすにすぎず、真の位置を表わさない。

高調波歪みを除去する為にアナログ・フィルタ２４が必
要であるが、このフィルタと信号条件づけ機能に使われ
る関連した部品があれば、こういう部品が、通過する信
号に無視し得ない移相を誘導する。レゾルバの出力信号
に生ずる移相量は測定される変数を表わすから、信号が
通過する回路によって誘導された一定の又は外来の移相
は系統的な誤差になる。この発明では、レゾルバの出力
信号からこの様な系統的な誤差を補償する。

この補償は次の様にして行なわれる。制御論理回路２８
の動作により、一方の入力基準信号（即ち正弦又は余弦
励振信号）が選択されて、多重化器２２を介してアナロ
グ・フィルタ２４に通され、レゾルバの出力信号が通る
回路経路に通される。

選択された信号がゼロ交差検出器２９を作動して、位置
記憶レジスタ３０に計数器のカウントを貯蔵させる。こ
こで注意すべきは、貯蔵されるカウントがフィルタ２４
によって誘導された移相を表わすものであって、レゾル
バの移相に無関係であることである。即ち、このカウン
トは、レゾルバで発生する移相に関係のない系統的な移
相だけを表わす。

１５− こういう状態で、制御論理回路２８によって作動信号が
発生された時、オフセットすなわち系統的な誤差を表わ
す貯蔵されていたカウントが、オフセット記憶レジスタ
３２に転送される。従って、オフセット記憶レジスタ３
２に貯蔵されるカウントは、レゾルバの出力信号が通過
する回路によって誘導された移相を表わす。

この後、制御論理回路２８が多重化器２２に再びレゾル
バの出力信号を通過させる。この場合、前に述べた様に
、位置記憶レジスタ３０が再びみかけの被監視位置を表
わすカウント値を貯蔵する。

位置記憶レジスタ３０及びオフセット記憶レジスタ３２
からのカウント値がこの時減算器３４に送られ、この減
算器がレジスタ３０のみかけの位置を表わす値からレジ
スタ３２のオフセット値を減算する。この為、系統的な
位相誤差を表わす値がみかけの位置信号から減算される
。実質的に系統的な移相誤差が減算で消え即ち補償され
、線３５に現われる減算器３４の出力信号は、被監視物
体の真の位置を表わす。

１６− 線３５の値は真の位置を表わすが、場合によっては、減
算により線３５に負の値が発生することがあることが理
解されよう。そうなった時、負の値を正の範囲に再び変
換することが望ましい。これはレゾルバの角度を正の位
置の値にそのまま移し換えることに相当する。１例とし
て、計数器１４が９９９のロールオーバ値を持つと仮定
する。

この場合、位置記憶レジスタ３０及びオフセット記憶レ
ジスタ３２が０乃至９９９の任意のカウント値を持つこ
とができる。各々のカウントは０゜３６°の移相を表わ
す。オフセット記憶レジスタ３２が系統的な移相を表わ
す２００のカウント値を持ち、位置記憶レジスタ３０が
みかけの被監視位置を表わす９５０のカウントを持つと
仮定する。

この時、減算器３４は真の位置の値として７５０を発生
する。もしレゾルバ軸の位置が一定のままで、系統的な
移相が３６°増加すると、オフセット記憶レジスタ３２
は３００の値を持ち、位置記憶レジスタ３０は５０の値
を持つようになる。この時減算器３４は真の位置として
−２５０の出力を発生する。線３５に現われる＋７５０
及び−２５０の何れの値も、レゾルバ軸の同じ位置を表
わずことは明らかである。

線３５に負の値が発生した時、この負の値に計数器１４
のカウント容量を単に加算することによって、補正をす
る。前に述べた例では、カウント１０００（計数器１４
のカウント容量）を−２５０に加算すると、＋７５０と
いう所望の値になる。

線３５に正の値が出る時は、変換を必要としない。

この為、位置表示値変換器３７が、線３５に負のカウン
ト値が発生したことを検出して、計数器１４の容量に等
しい一定値を負の値に加算する論理回路を含む。この一
定値はレゾルバ１０の軸の１回転あたりのカウントにも
等しい。即ち、今の例では１回転あたり（即ち３６０°
あたり）カウント１０００である。変換された値が出力
線３８に現われる。

以上の説明から、オフセット記憶レジスタ３２は、温度
及び部品の経年変化の影響を補償するのに必要な頻度で
、種々の時間計画に従って更新することが出来ることは
明らかであろう。最も簡単な形式では、レジスタ３２の
オフセット値は、フィルタ２４を持つ特定の回路板を取
替える時にだけ、更新することが出来る。この場合、多
重化器２２及び制御論理回路２８は、作業員によって制
御される手動選択スイッチの形にするのが簡単である。

こういうスイッチは、（所望の時の）フィルタに対する
適当な入力信号を選択することが出来る様にすると共に
、オフセット記憶レジスタ３２がオフセット値を受は取
って保持することが出来る様にする。制御論理過程、減
算過程及び補正（変換）過程は、動作プログラムを貯蔵
したマイクロプロセッサ（例えばインテル８０８５型マ
イクロプロセツサ）を用いて実施することが好ましい。

位置及びオフセット記憶レジスタ３０．３２は、テキサ
ス・インスツルメンツ・インコーホレーテッド社を含む
多数の供給源から入手し得る７４ＬＳ３７４及び７４Ｌ
Ｓ１７３の様なり形フリップフロップで夫々構成するこ
とが出来る。

動作順序を上に述べた所から変えても、同じ結−ｌ　ソ
　− 果が達成されることが理解されよう。例えば、オフセッ
ト・カウントを求める前に、みか番プの位置の値又はカ
ウントを貯蔵し、その後減算を行なってもよい。この為
、みかけの位置の値及びオフセット値を求める順序は変
えることが出来る。然し、上に述べた順序が好ましい。

更に、位置記憶レジスタ３０及びオフセット記憶レジス
タ３２を反復的に更新して、被監視物体の真の位置の略
連続的な表示を発生することが出来る。

以上、レゾルバ軸の位置だけに関係し、信号処理回路の
移相安定性に関係しない出力値を位置検出装置から発生
させる方法並びに装置を説明したことが理解されよう。

この発明の好ましいと考えられる実施例を図示して説明
したが、この実施例をいろいろ変更することが出来る。

従って、この発明はその範囲内で種々の変更が可能であ
ることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示す概略図である。 ＝２０− （主な符号の説明） １０：レゾルバ、 １２：時間ベース発生器、 １４：計数器、 １８：正弦／余弦復号器、 ２２：多重化器、 ２４；アナログ・フィルタ、 ３０：位置記憶レジスタ、 ３２：オフセット記憶レジスタ、 ３４：減算器。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）物体の相対位置を監視する様に配置されたレゾルバ
   並びにその作動回路に関連して用いられ、基準信号に対
   するレゾルバ出力信号の系統的な移相による誤差を補償
   した位、画表示値を発生する方法に於て、（ａ）レゾル
   バを励振する為に複数の基準信号を発生し、該レゾルバ
   はそれに応答して、該基準信号に対するその位相関係が
   被監視位置を表わす様な出力信号を発生し、（ｂ）少な
   くとも１つの基準信号をレゾルバ出力信号が通過するの
   と略同じ回路経路に通して、該回路経路によって誘導さ
   れる系統的な移相の貴を表わす移相値を発生し、（０）
   レゾルバ出力信号を前記回路経路に通した後でのレゾル
   バ出力信号と前記少なくとも１つの基準信号との間の移
   相量を決定して、みかけの被監視位置を表わす値を発生
   し、（ｄ）前記みかけの被監視位置を表わす値から系統
   的な移相量を表わす移相値を減算して、真の被監視位置
   を表わす補償済みの位置表示値を発生する各工程から成
   る方法。 ２、特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記移
   相値が貯蔵され、その後前記減算工程（ｄ＞に従って前
   記みかけの被監視位置を表わす値から減算される方法。 ３）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記み
   かけの被監視位置を表わす値を発生する工程（Ｃ）が時
   間的には前記移相値を決定する工程（ｂ）より前に行な
   われる方法。 ４）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、前記工
   程（ａ）、（Ｃ）及び（ｄ）を連続的に繰返して、被監
   視位置の略連続的な表示を発生する方法。 ５）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、前記工
   程（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）及び（ｄ）が連続的に繰返さ
   れて、被監視位置の略連続的な表示を発生する方法。 ６）物体の相対位置を監視する様に配置されたしゾルバ
   並びに該レゾルバの出力信号を条件づける信号条件づけ
   回路と組合せて用いられ、前記信号条件づけ回路によっ
   て誘導された移相誤差を補償した位置表示値を発生する
   装置に於て、レゾルバを励振する為に少なくとも１つの
   基準信号を発生する手段を有し、該レゾルバはそれに応
   答して前記基準信号に対するその位相関係が物体の位置
   を表わす様な出力信号を発生し、更に、前記基準信号及
   びレゾルバ出力信号を受取って信号条件づけ回路に通す
   為に両信号の一方又は他方を選択する切換え手段と、信
   号条件づけ回路からの信号を受取って、前記基準信号と
   該受取った信号の間の位相関係を表わす出方値、すなわ
   ち、前記受取った信号がレゾルバ出力信号である時は物
   体のみかけの位置を表わし、且つ前記受取った信号が基
   準信号である時は移相誤差を表わす出力値を発生する移
   相検出手段と、前記出力値が移相誤差を表わす時、前記
   移相検出手段からの出力値を貯蔵する手段と、前記みか
   けの位置を表わす値から前記貯蔵した出力値を減算して
   補償済みの位置表示値を発生する手段とを有する装置。 ７）特許請求の範囲６）に記載した装置に於て、少なく
   とも１つの基準信号を発生する前記手段が、そのカウン
   トが連続的に増数するディジタル計数器、及び該計数器
   のカウントを連続的に復号して基準信号を発生する復号
   器で構成され、前記移相検出手段が、前記計数器のカウ
   ントの値を受取る第１のディジタル記憶レジスタ、及び
   受取った信号に応答して、該受取った信号のゼロ交差の
   発生と略同時に生じたカウント値を前記第１のディジタ
   ル記憶レジスタに保持させるゼロ交差検出器で構成され
   ている装置。 ８）特許請求の範囲７）に記載した装置に於て、前記切
   換え手段が多重化器で構成されている装置。 ９）特許請求の範囲８）に記載した装置に於て、前記出
   力値が移相誤差を表わす時に前記移相検出手段からの出
   力値を貯蔵する前記手段が、第２のディジタル記憶レジ
   スタで構成されている装置。 １０）特許請求の範囲９）に記載した装置に於て、位置
   表示値の負の値を対応する正の値に変換する手段を有す
   る装置。