KR20070116850A - 신호 처리와 위치 결정 장치 및 방법 - Google Patents

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래비트 조인트 벤처 리미티드
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Abstract

예를 들어 분해기-대-디지털 컨버터(30)와 같은 신호 처리 장치는 예를 들어 분해기 신호(Vsin, Vcos) 등의 정현파 신호와 같은 아날로그 입력을 예를 들어 회전자의 각도 위치 및 각속도와 같은 디지털 출력으로 변환한다. 예를 들어 쿼드러처 인코더와 같은 제 1 처리 유닛(31)은 디지털 출력과 아날로그 입력 사이에 제 1 추적 오차(e1)를 생성하기 위해 상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하며, 예를 들어 상기 입력 신호를 샘플링하고 예를 들어 사인 코사인 함수 또는 아크탄젠트 함수를 적용하는 제 2 처리 유닛(32)은 디지털 출력과 아날로그 입력 사이에 제 2 추적 오차(e2)를 생성하기 위해 상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시한다. 상기 장치는 예를 들어 필터(33)에 의한 처리를 통해서 상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 디지털 출력을 결정하며, 추적 안정성을 촉진하기 위해 두 오차 사이에서 스위칭하기 위한 스위치(34)를 구비한다. 스위칭은 예를 들어 제 1 오차 신호(e1)를 예를 들어 최대 오차 값과 같은 임계값과 비교함에 기초할 수 있다.
아날로그 입력, 디지털 출력, 스위칭 유닛, 쿼드러처 인코더, 적분기, 추적 오차

Description

신호 처리와 위치 결정 장치 및 방법{SIGNAL PROCESSING AND POSITION DETERMINING APPARATUS AND METHODS}
본원은 그 내용 전체가 본원에 원용되는 2005년 3월 4일자 오스트레일리아 특허 가출원 제 2005901050 호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 감시 대상의 위치를 결정하는데 사용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이는 보다 광범위하게 적용되기도 하지만, 예를 들면 전동 모터의 회전자와 같은 샤프트의 각도 위치 및/또는 속도의 검출에 적용된다. 본 발명은 특히 브레이크-바이-와이어(brake-by-wire) 시스템과 같은 콘트롤-바이-와이어(control-by-wire) 시스템을 포함하는 차량 제어 시스템에서 유용할 수 있다.
예를 들어 휠 브레이크의 캘리퍼(calliper)를 작동시키기 위해 제어 시스템에서 액추에이터로서 전동 모터를 사용할 때는, 액추에이터가 정확히 제어될 수 있도록 작동 중에 모터 회전자의 위치 및/또는 속도에 대한 피드백을 얻는 것이 중요할 수 있다.
통상적으로, 회전자 위치를 감시하기 위해서 분해기(resolver)가 사용된다. 분해기는 피감시 회전자와 결합되고 그 내부에 코일을 구비하는 회전자를 자체로 갖는다. 분해기는 또한 분해기 회전자 근처에 장착되는 한 쌍의 정지 직각 코일을 구비하며, 이들 코일은 회전자 코일과 결합하여 회전자 코일이 회전할 때 각각 사인 신호 및 코사인 신호를 출력한다. 사인 신호와 코사인 신호가 위상이 어긋남에 따라, 양 크기의 측정이 어느 시점에서의 회전자 각도의 절대적인 결정을 제공할 수 있다.
본 발명의 목적은 그 다양한 실시예에서 여러가지 장점을 제공하고, 예를 들어 분해기 등과 함께 사용되어 디지털 위치 신호를 제공할 수 있는 신규한 신호 처리와 위치 결정 장치 및 방법을 제공함에 있다.
하나의 양태에서 볼 때, 본 발명은 감시 대상의 위치를 나타내는 아날로그 입력을 상기 입력을 추적(tracking)하는 디지털 출력으로 변환하기 위한 신호 처리 장치를 제공하며, 상기 장치는,
상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 1 추적 오차(tracking error)를 생성하기 위해 상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하고,
상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 2 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시하며,
상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하기 위한 처리 유닛을 구비하고,
상기 처리 유닛은 상기 디지털 출력을 제공하여 추적 안정성을 촉진하기 위해 상기 제 1 및 제 2 추적 오차의 사용 사이를 스위칭한다.
본 발명은 따라서 일 실시예에서, 분해기의 아날로그 출력을 디지털 각도 위치 및 속도 값으로 변환하기 위한 컨버터를 제공할 수 있다. 이들 값은 이후 피드백 제어를 위해서 또는 감시 목적으로 사용될 수도 있다. 본 발명은 그러나 이러한 시스템에 한정되지 않으며, 여러가지 다른 상황에 적용될 수도 있다.
본 발명은 높은 속도 및 가속도에서 안정적이고 매우 정확한 컨버터를 제공할 수 있다.
제 2 오차 신호는 입력을 한 주기당 다수회 샘플링함으로써 얻어질 수 있으며, 따라서 고분해능의 위치 신호가 추출될 수 있다. 그러나, 장치는 또한 입력 신호에 대한 출력 디지털 신호의 발산을 추적하는 바, 이것이 너무 높을 때, 예를 들어 각도 로크(lock)가 상실되는 불안정한 상황으로 갈 때, 장치는 로크 상실에 의해 덜 영향받을 것 같은 보다 불연속적인(discrete) 출력을 제공하고 분해능이 낮은 제 1 오차 신호로 스위칭할 수 있다.
로크는 예를 들어 컨버터의 분해기 또는 고분해능 샘플러 부분이 다룰 수 없는 높은 회전자 속도나 가속도로 인해서, 및/또는 노이즈, 온도 드리프트(drift), 위상 시프트 또는 진폭 불균일 등으로 인해서 상실될 수 있다.
이들 경우에, 장치는 상황이 안정되어 다시 고분해능 추적으로 스위칭될 수 있을 때까지 저분해능 신호를 사용할 수도 있다.
입력은 정현파(sinusoidal) 입력이 바람직하며, 예를 들어 분해기에 의해 제공되는 사인 및 코사인 신호로 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명은 그러나 예를 들어 단일의 사인 신호 또는 둘 이상의 신호 또는 예를 들면 90도 이외의, 0 내지 180도 사이의 다른 위상 관계를 갖는 신호와 같은 다른 입력을 변환시키는 데에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 분해기와 유사하지만 세 개의 권선을 사용하는 싱크로(synchro)를 사용하여 대상 위치 감지가 이루어지면, 장치는 그 각각이 상호 120도 오프셋되는 세 개의 정현파 신호를 수신할 수 있다. 본 발명은 또한 예를 들어, 다극(multipole) 분해기, 광학 인코더와 같은 인코더, 또는 인덕토신(inductosyn™) 변환기와 같은 다른 신호 발생기와 함께 사용될 수도 있다. 후자는 분해기와 동일한 형태의 신호를 제공하지만, 직선 운동을 직접 검출하며, 규칙적인 파형 패턴을 갖는 인쇄 회로 트레이스로 만들어진 여기 스케일(energised scale), 및 스케일 패턴에 평행하며 스케일 피치와 동일한 피치를 갖지만 그 하나가 다른 하나에 대해 1/4피치 시프트되는 한 쌍의 인쇄 회로 트레이스를 구비하고 상기 스케일을 따라서 달리는 슬라이더를 이용한다.
처리 유닛은 예를 들어 구형파(square wave) 입력을 제공하여 제 1 추적 오류를 결정하기 위해 입력 신호를 조정(conditioning)하기 위한 조정 유닛을 구비할 수 있다. 이는 예를 들어 각각의 입력 신호에 대한 슈미트 트리거(Schmidt trigger)를 포함할 수 있다. 예를 들어 구형파의 이용과 같은 조정은 노이즈 등에 대한 내성을 제공하는 한편으로, 입력 신호 상태의 대략적인 결정을 촉진할 수 있다.
처리 유닛이 제 1 추적 오차에 대한 저분해능에서의 아날로그 신호를 감시할 뿐이므로, 이는 예를 들어 물체 움직임의 예를 들면 정현파 주기의 네 상한(four quadrants) 동안 회전자가 각운동하는 측정 주기의 특정한 절반, 사분의 일 등의 차원에서 입력 상태를 확인할 수 있을 뿐이다. 처리 유닛은 예를 들어, 감시 대상의 위치를 결정하기 위해 예를 들어 구형파 입력과 같은 조정된 입력의 제로 교차 또는 상승 및/또는 하락 에지를 감시, 예를 들면 카운트할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 처리 유닛은 쿼드러처 인코더(quadrature encoder)를 구비한다. 쿼드러처 인코더는 90도씩 위상 분리된 한 쌍의 구형파에 기초하여 감시 대상의 네 위치 중 하나를 결정한다. 인코더는 반복되는 사이클에서 네 군데 위치 중 어느 곳에 대상이 존재하는지, 예를 들면 회전의 어느 90도 섹터에 회전자가 존재하는지를 결정하기 위해 두 파의 "1" 또는 "0" 상태를 결정한다.
쿼드러처 인코더는, 전체 추적 컨버터에 안정성을 부여하며 그렇지 않을 경우 로크를 상실할 수도 있는 특히 견고한 측정 형태이다.
제 1 오차 신호를 제공하기 위해, 장치의 디지털 출력은 쿼드러처 인코더 출력으로부터 차감될 수도 있다.
일 실시예에서, 처리 유닛은 역탄젠트 함수에 기초하여 대상 위치를 결정함으로써 아날로그 입력을 고분해능으로 감시한다. 따라서, 분해기로부터의 사인 및 코사인 신호의 지수(quotient)는 예를 들어 모터 회전자의 회전 각도와 같은 위치 정보를 얻기 위해 역탄젠트 함수의 적용을 받을 수 있다. 그 결과는 이후 추적 오차를 제공하기 위해 장치의 현재 디지털 출력과 비교될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 형태에서, 처리 유닛은 예를 들어 분해기와 같은 감시 대상으로부터 사인 및 코사인 신호를 수신하며, 하기 식에 따라서 제 2 추적 오차를 결정한다:
Figure 112007071248283-PCT00001
여기에서 θ는 대상 위치, 예를 들면 회전자 각도이고,
Figure 112007071248283-PCT00002
는 디지털 출력이다.
두 개의 추적 오차 사이의 스위칭은 전체 컨버터에 대한 안정성을 촉진하기 위해 임의의 적절한 방식으로 실시될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 처리 유닛은 제 1 오차 신호에 기초하여 예를 들면 제 1 오차 신호가 임계값(threshold value) 이상일 때 제 2 오차 신호에서 제 1 오차 신호로 스위칭한다. 임계값은 예를 들어 90도일 수 있으며, 이는 오차값이 제 1 오차 신호의 최대 오차값, 예를 들어 제 1 처리 유닛으로서 쿼드러처 인코더의 경우 파이(pi)/2를 초과하지 못하도록 하기 위한 것이다. 따라서, 오차 신호가 불안정해지는 것이 방지된다.
다른 스위칭 체제(regime)도 사용될 수 있다. 예를 들어, 장치는 제 2 오차 신호를 임계값에 대해, 또는 두 개의 처리 유닛의 출력 사이의 절대 차이에 대해 비교할 수 있다. 이는 스위칭 여부를 결정하기 위해 두 개의 오차 신호와 현재 디지털 출력의 조합을 사용할 수도 있다. 이는 오차 신호의 변화 속도를 감시할 수도 있다.
디지털 출력을 제공하기 위한 제 1 또는 제 2 추적 오차의 처리는 임의의 적합한 형태로 이루어질 수 있으며, 적합한 필터 요소를 사용할 수도 있다. 필터 요소는 위치 및 속도 출력 양자를 제공하도록 구성될 수 있다. 바람직한 일 형태에서, 이는 타입-2 서보 루프를 제공할 수 있으며, 두 개의 적분 요소를 포함할 수도 있다.
이는 디지털 출력 신호를 증분 또는 감분하도록 추적 카운터에 작용할 수 있는 오차 신호를 생성하기 위해 공급된 오차 신호를 적분하기 위한 적분기를 구비할 수도 있다.
적합한 전달 함수는 적분기와 종접속되는(cascaded) PI 관측기(observer)일 것인 바, 이는 일정한 경사(ramp) 입력에 반응하여 정상-상태 출력 오차를 제거할 수 있다. 전달 함수는 예를 들어 G(s)= K1(K2+ 1/s) 형태일 수 있다. 예를 들어 확장형 칼만(Kalman) 필터 또는 Luenberger 필터를 포함하는 다른 전달 함수도 가능하다. 전달 함수는 예를 들어 G(s)= (K1s2 + K2s + K3)/s2의 형태를 취할 수 있다.
전술했듯이, 감시 대상이 샤프트일 수 있고 디지털 출력은 샤프트의 각도 위치일 수 있거나, 또는 감시 대상이 슬라이더일 수 있고 디지털 출력은 스케일을 따르는 슬라이더의 직선 운동을 제공할 것이다. 속도 역시 출력일 수 있다.
또한 전술했듯이, 신호 발생기/대상 모니터는 분해기, 싱크로 또는 선형 인코더, 예를 들면, 인덕토신(inductosyn™) 변환기일 수 있다. 이는 또한 광학 인코더일 수도 있다.
본 발명은 여러가지 다른 상황에 사용될 수 있다. 예를 들면, 이는 전동 또는 유압 모터와 같은 모터의 피드백 제어에 사용되거나, 또는 위치의 감지에 각도 또는 위치 센서로서 사용될 수 있다. 적용분야에는 예를 들어 항공기, 선박 또는 자동차 제어와 같은 차량 관리 및 제어 시스템이 포함되며, 예를 들어, 브레이크 제어 시스템, 조향 시스템 또는 기어-변속 시스템과 같은 콘트롤-바이-와이어 시스템에 사용될 수 있다. 이는 또한 로보틱스에 사용되거나 예를 들어 기계공구의 수치 제어와 같은 기계류 제어에 사용될 수도 있다.
본 발명은 안정적이고 견고한 위치 모니터의 구축을 용이하게 하므로 임계 안전 상황에서 특히 유용하다.
본 발명은 전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 전동 모터 제어로 확장된다.
본 발명은 또한 전술한 실시예들 중 어느 하나에 따른 장치를 포함하는 차량 제어 시스템으로 확장된다.
본 발명은 또한 감시 대상의 위치를 나타내는 아날로그 입력을 상기 입력을 추적하는 디지털 위치 출력으로 변환하는 방법으로서,
상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 1 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하는 단계,
상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 2 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시하는 단계,
상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하는 단계, 및
추적 안정성을 촉진하기 위해 상기 제 1 및 제 2 추적 오차 사이를 스위칭하는 단계를 포함하는 변환 방법으로 확장된다.
본 발명은 또한 감시 대상의 위치를 나타내는 아날로그 입력을 상기 입력을 추적하는 디지털 위치 출력으로 변환하도록 디지털 신호 처리기를 제어하기 위한 소프트웨어로서,
상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 1 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하기 위한 성분(component),
상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 2 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시하기 위한 성분, 및
상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하기 위한 결정 성분으로서, 추적 안정성을 촉진하기 위해 상기 제 1 및 제 2 추적 오차 사이를 스위칭하는 결정 성분을 포함하는 소프트웨어로 확장된다.
상기 소프트웨어는 임의의 적합한 저장 매체에 제공될 수 있으며, 본 발명은 소프트웨어가 탑재된 저장 매체로 확장된다. 이는 또한 소프트웨어 코드가 임베드된 하드웨어 및 펌웨어로 확장되며, 본 발명을 실시하기 위한 코드가 포함된 디지털 신호 처리기 칩, 예를 들면 DSP 칩으로 확장된다.
본 발명은 또한 소프트웨어를 사용하지 않고 전자적으로 실시될 수도 있다. 예를 들면, 스위치, 필터, 적분기, 신호 승산 및 가산 등은 모두 저항, 콘덴서, 연산증폭기 등을 사용하여 실시될 수 있다. 주문형 집적회로(Application Specific Integrated Circuits:ASICs), 프로그램가능 논리회로(Programmable Logic Devices:PLDs), 및 프로그램가능 게이트 어레이(Programmable Gate Arrays:PGAs)도 사용될 수 있다. 결과적인 전자기술은 디지털 성분 및 아날로그 성분을 둘 다 사용하는 하이브리드 시스템일 수 있다.
추가적인 양태에서 볼 때, 본 발명은 감시 대상의 감지된 위치를 나타내는 입력 신호에 기초하여 디지털 각도 출력을 제공하기 위한 신호 처리 장치를 제공하며, 상기 장치의 디지털 출력은 입력 신호를 추적하고, 상기 장치는 디지털 각도 출력이 쿼드러처 인코더의 출력에 기초하거나 입력 신호를 샘플링하는 샘플링 수단의 출력에 기초하도록 하기 위한 스위칭 수단을 구비한다.
다른 양태에서 볼 때, 본 발명은 분해기의 아날로그 정현파 출력으로부터 디지털 각도를 제공하기 위한 분해기-대-디지털 컨버터로서, 제 1 각도를 결정하고 상기 제 1 각도 및 컨버터 출력에 기초하여 제 1 오차 신호를 제공하기 위한 쿼드러처 인코더, 분해기 출력을 샘플링하고 샘플링된 분해기 출력 및 컨버터 출력에 기초하여 제 2 오차 신호를 제공하기 위한 관측기, 제 1 또는 제 2 오차 신호에 기초하여 컨버터 출력을 결정하기 위한 필터, 및 컨버터가 분해기 출력에 대한 로크를 상실한 것으로 판정될 때 필터 입력을 제 2 오차 신호에서 제 1 오차 신호로 스위칭하기 위한 스위치를 구비하는 컨버터를 제공한다.
추가적인 양태에서 볼 때, 본 발명은 분해기의 출력 신호를 감시하고 분해기의 디지털 회전자 각도를 제공하기 위한 각도 추적 관측기를 제공하며, 상기 관측기는 분해기 출력 신호를 샘플링하기 위한 샘플러, 및 분해기 출력 신호를 감시하기 위한 쿼드러처 인코더를 구비하고, 상기 관측기는 디지털 각도가 분해기 출력에 의해 표시되는 회전자 각도로부터 발산될 때 샘플러보다는 쿼드러처 인코더의 출력에 기초하여 회전자에 대한 디지털 각도를 결정한다.
더 추가적인 양태에서 볼 때, 본 발명은 감시 대상의 위치를 나타내는 정현파 입력을 수신하고, 감시 대상의 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하기 위한 신호 처리 장치로서,
정현파 입력을 수신하고 대상에 대한 제 1 위치 신호를 제 1 분해능으로 결정하며, 장치 출력을 수신하고, 제 1 위치 신호 및 장치 출력에 기초하여 제 1 오차 신호를 결정하기 위한 제 1 오차 결정 성분,
정현파 입력을 수신하고 대상에 대한 제 2 위치 신호를 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 결정하며, 장치 출력을 수신하고, 제 2 위치 신호 및 장치 출력에 기초하여 제 2 오차 신호를 결정하기 위한 제 2 오차 결정 성분,
제 1 또는 제 2 오차 함수에 기초하여 출력 신호를 제공하기 위한 위치 결정 성분, 및
상기 위치 결정 성분에 제 1 또는 제 2 오차 신호를 제공하기 위한 스위칭 성분으로서, 출력 신호가 발산하는 경향이 있을 때 제 1 오차 신호로 스위칭하는 스위칭 성분을 구비하는 신호 처리 장치를 제공한다.
다른 양태에서 볼 때, 본 발명은 감시 대상의 위치를 나타내는 아날로그 입력을 상기 입력을 추적하는 디지털 위치 출력으로 변환하기 위한 신호 처리 장치로서,
상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하고 상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 1 추적 오차를 생성하기 위한 제 1 처리 유닛,
상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시하고 상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 2 추적 오차를 생성하기 위한 제 2 처리 유닛,
상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하기 위한 제3 처리 유닛, 및
상기 제 1 또는 제 2 추적 오차를 상기 제3 처리 유닛에 공급하기 위한 스위칭 유닛으로서, 추적 안정성을 촉진하기 위해 상기 제 1 및 제 2 추적 오차 사이를 스위칭하는 스위칭 유닛을 구비하는 신호 처리 장치가 제공된다.
전술한 양태들 중 어느 하나는 전술한 다른 양태들 중 어느 하나와 관련하여 언급된 특징들 중 임의의 것을 적절하게 포함할 수 있음을 알아야 한다.
이제 본 발명의 실시예들을 첨부도면을 참조하여 단지 예시적으로 설명할 것이다. 도면의 특수성이 본 발명의 전술한 내용의 보편성을 대체하는 것은 아니며, 본 발명은 도면에 도시된 것과 다른 형태를 취할 수 있음을 알아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 장치가 적용될 수 있는 모터 제어 시스템의 개략도이다.
도 2는 분해기의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리 장치의 개략 블록도이다.
도 4는 도 3의 장치의 구조를 구체화하는 처리 장치의 한 형태의 개략 블록도이다.
도 5는 도 4의 장치를 실시하는 하나의 방법의 도시도이다.
도 6은 도 3의 장치의 구조를 구체화하는 다른 처리 장치의 개략 블록도이 다.
도 7a 내지 도 7d는 제 1 입력 신호 시나리오에 대한 시뮬레이션 결과의 그래프이다.
도 8a 내지 도 8d는 제 2 입력 시나리오에 대한 시뮬레이션 결과의 그래프이다.
도 1을 참조하면, 모터 제어 시스템(1)은 샤프트(3)를 갖는 전동 모터(2)를 구비한다. 상기 모터(2)는 콘트롤러(4)에 의해 제어되는 바, 콘트롤러는 지령 신호(C)를 수신하고 모터(2)를 지령된 작용을 제공하기에 적합한 전압으로 적합한 시간 동안 여기시킨다.
이러한 시스템은 여러가지 다른 용도 및 환경에 사용되며, 예를 들면 차량 제어 시스템에서 액추에이터를 제공하기 위해 사용될 수 있으며, 차량 브레이크 시스템에 사용될 수도 있다.
따라서, 일 실시예에서, 모터 제어 시스템은 브레이크-바이-와이어 시스템의 캘리퍼 브레이크 조립체에 사용될 수 있으며, 전동 모터(2)는 브레이크 디스크(6)를 파지하도록 한 쌍의 브레이크 패드(5)를 작동시킨다. 샤프트(3)는 예를 들어 감속 기어 및 예를 들어 볼스크루와 같은 회전-직선 운동 기구를 통해서 패드(5)와 결합할 수 있다.
이 제동 실시예에서, 콘트롤러(4)는 차량 관리 시스템의 원격 전자 제어 유닛(7)으로부터 지령 신호를 수신하며, 모터(2)를 지령된 제동 작용을 제공하기에 적합한 전압으로 적합한 시간 동안 여기시킨다.
전자 제어 유닛(ECU)(7)은 운전자 지시 및 운전 조건에 따라서 브레이크 지령을 내릴 것이다. 따라서, 이는 차량 상태에 관한 다양한 센서(8) 및 운전자의 의도에 관한 다양한 센서(9)로부터 신호를 수신하고, 그에 따라서 차량의 다양한 브레이크 조립체(1)에 지령 신호를 출력한다.
차량 센서(8)는 휠 속도 센서, 가속도계, 엔진 센서, 요(yaw) 센서, 배기가스 센서 등을 포함할 수 있으며, 운전자 지시/요구 센서(HMI: human machine interface)는 브레이크 또는 스로틀 페달 센서 및 핸들 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 브레이크 페달 센서는 예를 들어 운전자의 발이 페달에 가하는 힘 또는 페달의 이동량에 의해 결정되는 운전자의 제동 요구에 비례하는 신호를 제공할 수 있다.
상기 전자 제어 유닛(7)은 다수의 상이한 제동 체제에 따라 차량 제동을 제어할 수 있다. 이는 단순히 운전자의 지시를 따르거나, 예를 들어 로크-방지 브레이킹(ABS), 트랙션 제어(TC), 차량 안전성, 또는 패닉 브레이킹 제어를 제공하기 위해 약간의 개입을 제공할 수 있다.
전자 제어 유닛(7)과 브레이크 캘리퍼 조립체(1)는 임의의 적합한 방식으로 통신할 수 있으며, 예를 들면 개별적으로 함께 연결될 수 있거나 및/또는 하나 이상의 통신 버스를 통해서 함께 연결될 수 있다.
모터(2)가 정확히 작동되도록 보장하기 위해서, 콘트롤러(4)는 모터(2)를 피드백 방식으로 제어하며, 모터(2)는 모터 샤프트(3)의 각도 위치(θ) 및 각속도 (ω)를 나타내는 피드백 신호(12)를 제공하기 위해 그 샤프트(3)에 분해기(11)를 구비한다. 콘트롤러(4)는 이후 예를 들어 제동 작용과 같은 지령된 작용이 적절히 달성되도록 보장하기 위해 모터(2)의 여기를 변경할 수 있다. 예를 들어 콘트롤러(4)에서의 컨버터(13)는 분해기(11)의 아날로그 출력을 콘트롤러(4)용 디지털 입력으로 변환한다.
분해기(11)는 도 2에 개략 도시되어 있다. 이는 코일(21)이 내장된 회전자(20), 및 상호 직교하고 회전자 코일(21)과 결합되는 한 쌍의 고정자 코일(22, 23)을 포함한다. AC 신호(Vref)에 의한 회전자 코일(21)의 여기는 고정자 코일(22, 23)의 각각에 동일 주파수의 신호를 생성하지만, 결합 강도는 회전자(20)가 회전함에 따라 정현파 방식으로 변화하고, 따라서 각각의 고정자 코일(22, 23)로부터의 출력 신호는 정현파 포락선(envelope)에 의해 진폭-변조된다. 고정자 코일이 상호 직교하므로, 두 개의 고정자 코일의 포락선은 상호 90도 분리되며, 따라서 고정자 코일(22)은 회전자 위치에 대해 사인 신호 포락선을 생성하며, 고정자 코일(23)은 코사인 신호 포락선을 생성한다.
따라서, 분해기(11)는 sin(θ) 신호 Vsin 및 cos(θ) 신호 Vcos를 제공하며, 이 두 신호를 임의의 시점에서 측정함으로써 회전자의 절대 각도 위치(θ)를 얻을 수 있다. 회전자 각도(θ)의 변화율은 또한 회전자의 각속도(ω)를 제공하도록 두 신호로부터 결정될 수 있다.
본 발명은 분해기(11)에 의해 제공되는 것과 같은 위치 신호의 처리, 및 아 날로그 위치 신호의 디지털 신호로의 변환에 관한 것이다. 따라서 본 발명은 일반적으로 예를 들어 위치 센서 및 액추에이터 분야에서 위치 신호의 임의의 적절한 아날로그-디지털 처리에 대해 보다 넓은 적용범위를 갖지만, 아날로그 입력(12)으로부터 디지털 회전 각도(
Figure 112007071248283-PCT00003
) 및 디지털 각속도(
Figure 112007071248283-PCT00004
)를 제공하기 위해 모터 제어 시스템의 컨버터(13)에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 일반적인 구조는, 디지털 출력을 아날로그 입력에 추적시킴으로써 Vsin 및 Vcos의 분해기 아날로그 정현파 입력으로부터 디지털 각도 위치(
Figure 112007071248283-PCT00005
) 및 디지털 각속도(
Figure 112007071248283-PCT00006
)를 결정짓는 분해기-대-디지털 컨버터(30) 형태로 도 3에 도시되어 있다.
컨버터(30)는, 분해기 출력을 제 1 분해능(저분해능)으로 감시하고 실제 회전자 각도(θ)와 출력 디지털 각도(
Figure 112007071248283-PCT00007
) 사이에 제 1 추적 오차(e1)를 생성하는 제 1 처리 유닛(31)을 구비한다. 이는 또한 분해기 출력을 제 2 분해능(고분해능)으로 감시하고 실제 회전자 각도(θ)와 출력 디지털 각도(
Figure 112007071248283-PCT00008
) 사이에 제 1 추적 오차(e2)를 생성하는 제 2 처리 유닛(32)을 구비한다.
필터(33)는 제 1 또는 제 2 오차 신호(e1 또는 e2)를 수신하며, 오차 신호로부터 디지털 회전자 각도(
Figure 112007071248283-PCT00009
) 및/또는 디지털 회전자 각속도()가 유도될 수 있도록 적합한 전달 함수를 제공하도록 구성된다. 이들 디지털 신호는 이후 콘트 롤러(4)에 의해 제공되는 모터(2)의 피드백 제어에 사용될 수 있다.
스위치(34)는 제 1 또는 제 2 오차 신호(e1 또는 e2)를 필터(33)와 연결시키며, 컨버터의 출력이 안정적으로 유지되도록 보장하기 위해 두 개의 오차 신호(e1 또는 e2) 사이를 스위칭하는 스위치 콘트롤(35)에 의해 작동된다. 따라서, 스위치 콘트롤(35)은 디지털 출력들 중 어느 하나 또는 양자, 및 추적 오차들 중 어느 하나 또는 양자를 수신할 수 있으며, 이로부터 디지털 출력이 그 로크를 상실하는지와 출력이 입력으로부터 드리프트되거나 발산되는지를 결정한다.
일반적으로, 스위치 콘트롤(35)은 회전자 각도 및 속도의 고분해능 결정을 제공하기 위해 필터(33)에 제 2 추적 오차(e2)를 공급한다. 그러나, 디지털 출력이 로크를 상실한 것으로 결정될 때, 스위치 콘트롤(35)은 필터(33)에 저분해능 추적 오차(e1)를 공급한다. 따라서 저분해능 처리 유닛이 노이즈, 센서 드리프트 등에 의해 덜 영향받고 그로인해 제 2 고분해능 처리 유닛보다 견고한 출력을 제공할 것이므로 컨버터 출력이 안정적으로 유지될 수 있다.
제 1 처리 유닛은 예를 들면 파형의 선단 에지나 말단 에지와 같은 교차 또는 에지 이벤트와 같은, 입력 신호 또는 처리되거나 성형된 버전의 입력 신호의 개별 이벤트를 감시함으로써 위치를 결정할 수 있으며, 제 2 처리 유닛은 입력 신호들을 예를 들어 개별 이벤트 사이의 다수의 지점을 포함하는 그 사이클 내의 다수의 지점에서 샘플링함으로써 입력 신호를 감시할 수 있다.
도 3의 장치의 보다 구체적인 예가 도 4의 컨버터(40)에 도시되어 있다. 이 경우, 제 1 처리 유닛은 쿼드러처 인코더(40)에 도시되어 있다. 이 인코더는 한 쌍의 분해기 출력을 수용하고, 이를 90도만큼 위상 분리되는 한 쌍의 구형파로 조정한다. 인코더(41a)는 이후 예를 들면 구형파 펄스의 상승 및/또는 하락 에지를 감시함으로써, 각각의 입력 신호 채널에서의 진폭에 따라 전체 회전 주기의 네 상한 중 하나에 존재하는 모터 샤프트(3)의 위치를 결정한다.
따라서, 한 쌍의 구형파는 회전자 각도가 놓이는 상한(象限)에 따라서 "1,1", "1,0", "0,1" 또는 "0,0"의 진폭 쌍을 가질 수 있다. 인코더(41a)는 따라서 진폭 쌍을 결정하며, 이로부터 파이/2 내의 회전자 각도를 결정할 수 있다(그리고 진폭 쌍이 수용되는 순서를 감시함으로써 회전자 운동의 방향도 결정할 수 있다). 인코더(41a)는 검출된 회전자 각도 상한을 출력하며, 비교기(41b)는 이로부터 현재 디지털 출력 각도(
Figure 112007071248283-PCT00011
)를 차감하여 제 1 추적 오차 신호(e1)를 제공한다.
따라서, 제 1 추적 오차는 식(2)에 기초하며,
Figure 112007071248283-PCT00012
여기에서 Nquad는 상한 번호이며, [.]는 가장 근접한 정수로의 절사를 의미한다.
제 2 처리 유닛은 두 개의 분해기 입력 신호(Vsin, Vcos)에 각각, cos 및 sin 발생기(42c, 42d)에 의해 결정되는 디지털 출력 각도(
Figure 112007071248283-PCT00013
)의 코사인 및 사인을 곱하는 한 쌍의 승산기(42a, 42b)를 구비한다. 두 승산기의 결과는 이후 비교기(42e)로 보내져 제 2 추적 오차(e2)를 제공한다.
따라서, 제 2 추적 오차(e2)는 삼각항등식으로부터 얻어진다:
Figure 112007071248283-PCT00014
Figure 112007071248283-PCT00015
가 작으면
Figure 112007071248283-PCT00016
로 되고, 따라서
Figure 112007071248283-PCT00017
이 됨에 따라,
Figure 112007071248283-PCT00018
이 된다. 또한, 작은 오차에 대한 폐루프 시스템이 거의 선형적으로 될 것이다.
컨버터(40)는 또한 오차 신호(e1 또는 e2)중 하나 또는 다른 하나를 취하여 회전자에 대한 디지털 각도 위치(
Figure 112007071248283-PCT00019
) 및 디지털 각속도(
Figure 112007071248283-PCT00020
)를 제공하는 필터 요소(43a, 43b)를 구비한다. 필터 요소는 적분기와 종접속되는 PI 관측기(43a)를 구비하며, 이는 일정한 경사 입력에 반응하여 정상-상태 출력 오차를 제거할 수 있다. 전달 함수 G(s)는 예를 들어 다음과 같을 수 있다:
G(s)= K1(K2+ 1/s) (4)
그러나 예를 들어 확장형 칼만 필터 또는 Luenberger 관측기와 같은 다른 전 달 함수도 가능하다. 이는 예를 들어 다음과 같을 수 있다:
G(s)= (K1s2 + K2s + K3)/s2 (5)
두 개의 오차 신호(e1, e2) 사이의 스위칭은 본 예에서는 쿼드러처 처리 유닛(41a, 41b)으로부터의 오차 신호(e1)의 절대치에 의해 결정된다. 따라서, 블록(45a)은 오차 신호(e1)의 절대치를 취하며, 이는 비교기(45b)에서 임계값(M)과 비교된다. 그 결과는 블록(45c)으로 전해지며, 이 블록은 그 결과의 사인을 결정하고, 비교기 출력이 0보다 작으면 "0"을 출력하고 그렇지 않으면 "1"을 출력한다. 스위치(44)는 "1"의 제어 신호를 수신하면 오차 신호(e1)를 통과시키고, "0"의 제어 신호를 수신하면 오차 신호(e2)를 통과시킨다.
따라서, 추적은 통상 분해기 회전자(20) 및 그로인한 모터 샤프트(2)의 정확한 감시를 제공하기 위해 제 2 처리 유닛과 필터에 의해 형성된 고분해능 시스템을 사용하여 이루어질 것이다. 그러나, 아날로그 입력과 디지털 출력 사이의 오차 신호(쿼드러처 인코더에 의해 결정)가 설정값 M(예를 들면, 90도)보다 크면, 출력이 로크를 상실한 것으로 판정되며 이를 상쇄하기 위해 쿼드러처 인코더를 사용하여 추적이 계속된다. 로크가 복구되자마자, 컨버터는 고분해능 처리 유닛에 기초한 추적을 재개한다. 따라서, 컨버터 출력은 쿼드러처 및 샘플링 시스템의 혼성물이다.
제 2 처리 유닛은 모터 샤프트 각도(θ)의 분해능 추적에 있어서 제 1 처리 유닛보다 높은 분해능의 추적을 제공한다. 그러나 제 1 처리 유닛은 제 2 처리 유닛보다 견고하고 안정적이며, 둘을 조합함으로써, 본 실시예는 전체적으로 그 추적에 있어서 정확하고 안정적인 컨버터를 준비하며, 따라서 콘트롤러(6)에 의한 모터(2)의 양호한 제어를 가능하게 한다.
스위칭 유닛(44)이 제 1 추적 오차(e1)와 임계값의 비교에 기초하여 작동될 필요만은 없으며, 출력의 안정성 및 발산을 결정하기 위해서는 출력 신호의 임의의 다른 적합한 감시가 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 두 오차 사이의 절대 차이 또는 제 2 추적 오차가 임계값과 비교될 수도 있다.
도 5는 도 4의 것과 유사한 컨버터(50)를 도시하지만 다양한 하드웨어 성분을 도시한다. 이 실시예에서, 한 쌍의 승산 DAC(52a, 52b)은 아날로그 입력(Vsin, Vcos)을 각각 디지털적으로 발생된 sin(
Figure 112007071248283-PCT00021
) 및 cos(
Figure 112007071248283-PCT00022
)와 곱하며, 그 출력을 합산 증폭기(52c)로 출력하고, 그 출력은 복조기(52d)를 통과하여 오차 신호(e2)를 제공한다.
오차 신호(e2)는 스위치(54)를 통해서 디지털 필터(53a)로 보내지며, 디지털 필터는 상기 (4) 또는 (5)에서와 같은 전달 함수를 제공하고, 이 필터의 출력은 적분기(53b)로 보내진다(적분기는 일정한 각속도로 회전하는 모터 샤프트(3)와 관련된 지연 오차를 제거한다). 적분기(53b)의 출력은 전압-제어식 오실레이터(53c)로 보내져 입력 추적을 위한 일정 주파수를 발생시킨다. 이는 등락 카운터(53d)가 극성을 평가하고 정회전에 대해서는 덧셈 카운트하며 역회전에 대해서는 뺄셈 카운 트(그로인해 제 2 적분기를 제공)하도록 제어한다.
쿼드러처 인코더(51a)는 한 쌍의 구형파를 제공하기 위한 한 쌍의 슈미트 트리거(51b), 및 두 개의 구형파 입력 채널로부터 파이/2의 정확도를 갖는 회전자 각도를 결정하고 그 출력을 합산 증폭기(51d)로 보내서 디지털 오차 신호(
Figure 112007071248283-PCT00023
)의 차감에 의해 오차 신호(e1)를 제공하는 카운터(51c)를 구비한다. 이 오차 신호(e1)는 스위치(54)를 제어하는 데에도 사용되며, 따라서 오차 신호(e1)가 특정 임계값을 초과하면, 스위치(54)는 오차 신호(e2)가 아닌 오차 신호(e1)를 통과시킨다.
알 수 있듯이, 컨버터(50)의 작동은, 로컬 주파수를 발생시키고 이를 조절하여 입력 신호 주파수를 추적하는 위상-로크 루프의 작동과 유사하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 바, 여기에서 컨버터(60)는 도 4와 마찬가지로 쿼드러처 컨버터(61a) 및 비교기(61b)를 구비하지만, 고분해능 처리는 사인 및 코사인 입력 신호의 지수에 역탄젠트 함수를 적용하는 블록(62a)에 의해 실시된다. 따라서, 블록(62a)은 하기 식에 따라 회전 각도(θ)를 출력하며:
Figure 112007071248283-PCT00024
여기에서 arctan2는 네-쿼터 아크탄젠트 함수이다.
이 신호는 비교기(62b)로 출력되며, 따라서 스위치(64)는 쿼드러처 인코더로부터의 오차 신호(e1) 또는 arctan 인코더로부터의 오차 신호(e2)를 필터 요소(63a, 63b)로 보내서 모터 샤프트(3)에 대한 디지털 각도 위치 및 각속도를 결정한다.
상기 모든 경우에, 컨버터는 신호 입력을 충실하게 추적하는 안정적이고 정확한 디지털 출력을 제공함으로써, 정확한 피드백 제어를 보장한다.
이제 도 7a 내지 도 7d와 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 두 가지 시뮬레이션을 설명한다.
도 7a 내지 도 7d의 제 1 경우에는 실제 각도 위치가 α= 500 rad/sec2의 높은 일정 가속도에 따라서 변화하는 반면, 도 8a 내지 도 8d의 제 2 경우에 실제 각도 위치는 θ(t)= 200πsin(0.4πt)으로 주어지는 정현파 패턴을 가지며, 각도 가속도 역시 500 rad/sec2의 최대값에 도달한다. 두 경우에, 시뮬레이션은 80초 동안 이루어졌으며, 노이즈 효과를 위해서, 시뮬레이팅된 분해기 출력의 순수 사인 및 코사인 신호에 [-0.1,0.1] 범위 내의 화이트 노이즈가 추가되었다.
도 7a, 7b 및 8a, 8b는 공지된 관측기의 출력을 그래프 도시하며, 도 7c, 7d 및 8c, 8d는 이하의 전달 함수를 사용할 때 도 4 실시예의 형태에 따른 관측기의 출력을 그래프 도시한다:
Figure 112007071248283-PCT00025
두 가지 공지된 형태의 관측기는 (i) 전달 함수(7)을 갖지만 스위칭 유닛의 쿼드러처 인코더는 갖지 않는 도 4의 형태의 기본 분해기 컨버터, 및 (ⅱ) 칼만 필터링 인코더였다.
제 1 경우에, 기본 분해기 컨버터와 칼만 필터는 도 7a 및 7b에 도시하듯이 불안정한 반면, 도 7c에 도시하듯이 도 4 형태에 따른 평가기는 안정적이며 그 평가 오차는 과도 응답(transient response)을 따라서 제로로 수렴한다(도 7c는 명료함을 위해 [0,5]초에 걸쳐서만 플롯 도시됨).
도 7d는 스위칭 모드를 도시하며, 여기에서 이진수 "0"은 고분해능 샘플러가 사용될 때이며, 이진수 "1"은 출력 조정을 위해 쿼드러처 인코더 카운트가 사용될 때이다.
제 2 경우에는, 다시, 기본 분해기 컨버터와 칼만 필터는 도 8a 및 8b에 도시하듯이 불안정한 반면, 도 4 실시예의 위치 평가 오차는 다시 도 8c(이는 명료함을 위해 [0,10]초에 걸쳐서만 플롯 도시됨). 이 경우, 평가 오차는 제로에 점근적으로(asymptotically) 접근하지 않지만, ±2도 사이에 경계지어진다.
스위칭 모드는 도 7d와 유사한 방식으로 도 8d에 도시되어 있지만, 명료함을 위해서 플롯은 [9.4,9.5]초 사이만 도시하였다.
상기 논의는 캘리퍼 브레이크의 모터 제어에 집중되었지만, 본 발명은 예를 들어 스티어링-바이-와이어 제어 시스템 및 바이-와이어(by-wire) 기어 변속 제어 시스템과 같은 다른 차량 제어 시스템을 포함하는 여러가지 다른 시스템에 적용될 수 있음을 알 것이다.
본 발명은 또한 차량 제어 및 모터 제어 외에도 널리 적용될 수 있으며, 일반적으로 아날로그 위치 정보를 디지털 정보로 정확히 변환할 것을 요하는 시스템에 관련될 수 있음을 알 것이다. 이는 특히 본 발명에 따른 컨버터가 정확하고 안 정적인 디지털 출력을 촉진하므로 임계 안전 상황에서 유용하다.
본 발명은 피드백 제어를 제공하기 위해 전동 또는 유압 모터와 같은 액추에이터와 함께 사용될 수도 있다. 이는 또한 감시 대상에 관한 위치 정보를 제공하기 위해 예를 들어 각도 센서와 같은 센서와 함께 사용될 수도 있다.
본 발명은 예를 들어 항공기 제어 시스템 또는 자동차 제어 시스템과 같은 차량 제어 시스템에 사용될 수 있다. 이는 또한 예를 들어 로보틱스, 군사 시스템에 사용될 수 있고, 일반적으로 기계류의 제어, 예를 들면 수치 제어식 기계 공구의 제어에 사용될 수도 있다.
분해기의 출력과 함께 사용될 뿐 아니라, 본 발명은 또한 예를 들어 분해기와 유사하지만 세 개의 권선을 구비하는 싱크로를 포함하는 다른 센서의 출력에도 적용될 수 있다. 분해기와 싱크로는 회전 정보를 제공하지만, 예를 들어 볼스크루 연결의 사용을 통해서 직선 운동에 대한 정보를 제공할 수도 있다. 또한, 본 발명은 예를 들어 인덕토신(inductosyn™) 장치와 같은 다이렉트 직선 운동 센서와 함께 사용될 수도 있으며, 이 센서는 기준 전압으로 여기되는 인쇄 회로 트레이스로 만들어진 스케일, 및 상기 스케일과 동일한 피치를 갖지만 그 하나가 다른 하나로부터 90도 시프트에 의해 분리되는 한 쌍의 트레이스를 가지며 상기 스케일을 따라서 달리는 슬라이더를 구비한다. 그러면 두 슬라이더 스케일의 출력은 분해기의 출력과 유사하다.
본 발명은 또한 예를 들어 디스크 상의 광학 격자를 통해서 빛을 비추는 광학 정현파 인코더와 같은 인코더와 함께 사용될 수도 있다.
전술한 실시예들은 오차 신호를 제 1 쌍의 처리 유닛으로부터 제 3 처리 유닛으로 스위칭하는 것을 기술하지만, 본 발명의 시스템은 예를 들어, 위치 신호가 스위칭되고 스위칭된 위치 신호에 기초하여 오차가 결정되는 다른 등가의 구조를 가질 수 있다.
본 발명은 여러가지 형태의 아날로그 입력과 함께 사용될 수 있으며, 예를 들면 바람직하지만 신호가 정현파일 필요가 없고, 대신에 위치 정보를 분해(resolve)할 수 있는 임의의 적합한 신호일 수 있다. 입력 신호가 90도 위상 불일치할 필요가 없으며, 다른 위상 관계가 사용될 수도 있다.
본 발명은 임의의 적합한 방식으로, 예를 들면 하드웨어 소자로서 실시되거나, 디지털 신호 처리기(DSP) 칩에 인코딩되거나 및/또는 소프트웨어에 제공될 수도 있다.
본 발명의 범위 내에서 전술한 부분들에 대한 다양한 변형, 추가 및/또는 수정이 이루어질 수 있으며, 전술한 내용에 비추어 본 발명이 다양한 방식으로 소프트웨어, 펌웨어 및/또는 하드웨어에서 실시될 수 있음을 알아야 하며, 당업자라면 이해할 것이다.

Claims (31)

  1. 감시 대상의 위치를 나타내는 아날로그 입력을 디지털 위치 출력으로 변환하기 위한 신호 처리 장치로서, 상기 디지털 출력은 정현파 입력을 추적하는 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 1 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하고;
    상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 2 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시하며; 및
    상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하기 위한 처리 유닛을 구비하고,
    상기 처리 유닛은 상기 디지털 출력을 제공하여 추적 안정성을 촉진하기 위해 상기 제 1 및 제 2 추적 오차의 사용 사이를 스위칭함을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 입력은 정현파(sinusoidal) 입력인 신호 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 입력은 사인 및 코사인 신호를 포함하는 신호 처리 장치.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 개별 입력 이벤트를 감시함으로써 상기 제 1 분해능으로 감시하고, 입력을 샘플링함으로써 상기 제 2 분해능으로 감시하는 신호 처리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 제 1 분해능으로의 감시를 위한 구형파 입력을 제공하도록 상기 입력을 조정하기 위한 조정(conditioning) 유닛을 구비하는 신호 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 대상의 위치를 감시하기 위해 상기 구형파의 상승 및/또는 하락 에지를 감시하는 신호 처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 한 쌍의 위상 분리된 입력 신호에 기초하여 상기 제 1 위치 신호를 결정하기 위한 쿼드러처 인코더를 구비하는 신호 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 감시 대상으로부터의 한 쌍의 위상-분리된 정현파 입력 신호의 역탄젠트 함수에 기초하여 상기 제 2 분해능으로 감시하는 신호 처리 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 감시 대상으로부터 사인 및 코사인 입력 신호를 수신하며, 상기 제 2 추적 오차를 하기 식에 따라 결정하며,
    Figure 112007071248283-PCT00026
    여기에서
    Figure 112007071248283-PCT00027
    는 대상 위치이고,
    Figure 112007071248283-PCT00028
    는 디지털 출력인 신호 처리 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 제 1 오차 신호를 출력하기 위한 제 1 처리 유닛, 상기 제 2 오차 신호를 출력하기 위한 제 2 처리 유닛, 상기 제 1 또는 제 2 오차 신호에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하기 위한 제 3 처리 유닛, 및 상기 제 1 또는 제 2 추적 오차를 상기 제 3 처리 유닛으로 스위칭하기 위한 스위칭 유닛을 구비하는 신호 처리 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 제 1 오차 신호가 임계값 이상일 때 상기 디지털 출력을 제공하기 위해 상기 제 1 오차 신호를 사용하는 신호 처리 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 디지털 출력 신호를 생성하기 위해 제 1 또는 제 2 오차 신호를 적분하는 적분기를 구비하는 신호 처리 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 타입-2 서보 루프를 제공하는 신호 처리 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 유닛은 제 1 또는 제 2 오차 신호로부터 상기 감시 대상의 속도를 결정하는 신호 처리 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감시 대상은 샤프트이며, 디지털 출력은 상기 샤프트의 각도 위치인 신호 처리 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감시 대상은 스케일 상의 슬라이더인 신호 처리 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력은 분해기로부터 유래하는 신호 처리 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력은 인코더로부터 유래하는 신호 처리 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력은 싱크로로부터 유래하는 신호 처리 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력은 기준 전압으로 여기되는 패턴화된 와이어의 기준 스케일, 및 기준 스케일 패턴과 동일한 피치를 갖지만 그 하나가 다른 하나로부터 90도 시프트되어 분리되는 한 쌍의 패턴화된 와이어를 가지며 상기 스케일을 따라서 달리는 슬라이더를 구비하는 직선 위치 센서로부터 유래하는 신호 처리 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 신호 처리 장치를 구비하는 모터 콘트롤.
  22. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 신호 처리 장치를 구비하는 위치 센서.
  23. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 신호 처리 장치를 구비하는 차량 제어 시스템.
  24. 감시 대상의 위치를 나타내는 아날로그 입력을 상기 입력을 추적하는 디지털 위치 출력으로 변환하는 방법에 있어서,
    상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 1 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하는 단계;
    상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 2 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시하는 단계;
    상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하는 단계; 및
    추적 안정성을 촉진하기 위해 상기 제 1 및 제 2 추적 오차 사이를 스위칭하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 변환 방법.
  25. 감시 대상의 위치를 나타내는 아날로그 입력을 상기 입력을 추적하는 디지털 위치 출력으로 변환하도록 디지털 신호 처리기를 제어하기 위한 소프트웨어에 있어서,
    상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 1 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하기 위한 성분;
    상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 2 추적 오차를 생성하기 위해 상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시하기 위한 성분; 및
    상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하기 위한 결정 성분으로서, 추적 안정성을 촉진하기 위해 상기 제 1 및 제 2 추적 오차 사이를 스위칭하는 결정 성분을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 소프트웨어.
  26. 제 25 항의 소프트웨어가 탑재된 저장 매체.
  27. 감시 대상의 감지된 위치를 나타내는 입력 신호에 기초하여 상기 입력 신호를 추적하는 디지털 각도 출력을 제공하기 위한 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 디지털 각도 출력이 쿼드러처 인코더의 출력에 기초하거나 또는 입력 신호를 샘플링하는 샘플링 수단의 출력에 기초하도록 하기 위한 스위칭 수단을 구비함을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  28. 분해기의 아날로그 정현파 출력으로부터 디지털 각도를 제공하기 위한 분해기-대-디지털 컨버터에 있어서,
    제 1 각도를 결정하고 상기 제 1 각도 및 컨버터 출력에 기초하여 제 1 오차 신호를 제공하기 위한 쿼드러처 인코더,
    분해기 출력을 샘플링하고 샘플링된 분해기 출력 및 컨버터 출력에 기초하여 제 2 오차 신호를 제공하기 위한 관측기,
    상기 제 1 또는 제 2 오차 신호에 기초하여 컨버터 출력을 결정하기 위한 필터, 및
    컨버터가 분해기 출력에 대한 로크를 상실한 것으로 판정될 때 필터 입력을 제 2 오차 신호에서 제 1 오차 신호로 스위칭하기 위한 스위치를 구비함을 특징으로 하는 컨버터.
  29. 분해기의 출력 신호를 감시하고 분해기의 디지털 회전자 각도를 제공하기 위한 각도 추적 관측기에 있어서,
    상기 관측기는 분해기 출력 신호를 샘플링하기 위한 샘플러, 및 분해기 출력 신호를 감시하기 위한 쿼드러처 인코더를 구비하고,
    상기 관측기는 디지털 각도가 분해기 출력에 의해 표시되는 회전자 각도로부터 발산될 때 샘플러보다는 쿼드러처 인코더의 출력에 기초하여 회전자에 대한 디지털 각도를 결정함을 특징으로 하는 각도 추적 관측기.
  30. 감시 대상의 위치를 나타내는 정현파 입력을 수신하고, 감시 대상의 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하기 위한 신호 처리 장치에 있어서,
    정현파 입력을 수신하고 대상에 대한 제 1 위치 신호를 제 1 분해능으로 결정하며, 장치 출력을 수신하고, 제 1 위치 신호 및 장치 출력에 기초하여 제 1 오차 신호를 결정하기 위한 제 1 오차 결정 성분;
    정현파 입력을 수신하고 대상에 대한 제 2 위치 신호를 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 결정하며, 장치 출력을 수신하고, 제 2 위치 신호 및 장치 출력에 기초하여 제 2 오차 신호를 결정하기 위한 제 2 오차 결정 성분;
    상기 제 1 또는 제 2 오차 함수에 기초하여 상기 출력 신호를 제공하기 위한 위치 결정 성분; 및
    상기 위치 결정 성분에 상기 제 1 또는 제 2 오차 신호를 제공하기 위한 스위칭 성분으로서, 출력 신호가 발산하는 경향이 있을 때 상기 제 1 오차 신호로 스위칭하는 스위칭 성분을 구비함을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
  31. 감시 대상의 위치를 나타내는 아날로그 입력을 상기 입력을 추적하는 디지털 위치 출력으로 변환하기 위한 신호 처리 장치에 있어서,
    상기 입력을 제 1 분해능으로 감시하고 상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 1 추적 오차를 생성하기 위한 제 1 처리 유닛;
    상기 입력을 상기 제 1 분해능보다 높은 제 2 분해능으로 감시하고 상기 디지털 출력과 상기 입력 사이에 제 2 추적 오차를 생성하기 위한 제 2 처리 유닛;
    상기 제 1 또는 제 2 추적 오차에 기초하여 상기 디지털 출력을 결정하기 위한 제3 처리 유닛; 및
    상기 제 1 또는 제 2 추적 오차를 상기 제3 처리 유닛에 공급하기 위한 스위칭 유닛으로서, 추적 안정성을 촉진하기 위해 상기 제 1 및 제 2 추적 오차 사이를 스위칭하는 스위칭 유닛을 구비함을 특징으로 하는 신호 처리 장치.
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