KR20110119756A - 리졸버 신호 변환 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

리졸버(resolver) 신호 변환 장치 및 방법에 있어서, 리졸버로부터의 정현파 출력을 증폭하여 아날로그 디지털 변환한 후, 대역통과필터를 통하여 여자(勵磁) 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역의 주파수 성분을 취출해서 상기 여자 신호에 의거하는 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 신호로부터 검출 각도 신호의 정현값(正弦値)을 작성한다. 마찬가지로, 리졸버로부터의 여현파 출력으로부터 검출 각도 신호의 여현값(餘弦値)을 작성하고, 검출 각도 신호의 정현값 및 여현값으로부터 검출 각도를 산출한다. 이로써 입력된 리졸버 신호에서 모터가 발생하는 자계나 PWM 구동에 의한 스위칭 노이즈(switching noise) 등의 외란 노이즈로 인한 영향을 배제하여 연산 처리의 주파수 의존성을 없앰으로써 검출 각도의 오차를 저감한다.

Description

리졸버 신호 변환 장치 및 방법{RESOLVER SIGNAL CONVERSION DEVICE AND METHOD}
본 발명은, 모터(motor) 등의 회전 각도를 검출하는 리졸버(resolver)에서 출력되는 2상(phase) 리졸버 신호의 검출 각도를 디지털 출력 각도로 변환하기 위한 리졸버 신호 변환 장치 및 리졸버 신호 변환 방법에 관한 것이다.
종래에, 리졸버(resolver)는 모터 등의 회전 각도를 검출하기 위하여 사용되고 있다. 리졸버는, 여자(勵磁) 코일과 검출 코일을 구비하고 있고, 여자 코일에 교류가 공급되면, 고정자와 회전자의 상대 각도에 따라 검출 코일에 교류전압이 생긴다. 이 교류전압이 검출 코일에 접속된 전압계에서 검출되어 리졸버 디지털 컨버터(resolver digital converter)(RD 컨버터)로 출력된다. 상기 RD 컨버터에서는, 입력된 리졸버 신호에 포함되는 검출 각도를 디지털 각도 데이터로 변환하여 출력한다. 이와 같이 리졸버와 RD 컨버터는 조합하여 사용된다.
리졸버는, 통상, 모터의 근처에 배치된다. 이 때문에, 리졸버는 모터가 발생하는 자계의 영향을 강하게 받아 리졸버 신호에 모터가 발생하는 자계의 영향으로 인한 노이즈(noise)가 중첩된다. 모터가 회전하고 있을 때, 모터가 발생하는 자계는 그 회전에 동기(同期)한 자계가 되기 때문에, 모터가 발생하는 자계의 영향으로 인하여 중첩하는 노이즈는 저주파의 노이즈가 된다. 또한, 최근에는, 모터는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어된 전압으로 구동되고 있는 경우가 많다. 이와 같은 PWM 구동되는 모터에 구비한 리졸버는 스위칭 노이즈(switching noise)의 영향을 받는다. 이 스위칭 노이즈는 저주파에 한정되지 아니하고 고주파까지 분포하고 있는 경우가 있다. 이와 같이 하여 RD 컨버터에 입력되는 리졸버 신호에 외란(外亂) 노이즈가 중첩하고 있으면, RD 컨버터의 동작은 그 영향을 받아 RD 컨버터에서 출력되는 디지털 각도 출력은, 외란 노이즈에 기인한 각도 오차를 포함하는 것이 된다.
이에 대하여, 모터의 발생 자계의 영향으로 인한 노이즈를 제거할 수 있도록 한 RD 컨버터가 특허문헌1에 제안되어 있다. 이 RD 컨버터는, 각도 연산 루프(loop) 내에 있어서 여자 신호를 참조하여 동기 검파하는 동기검 파회로와, 해당하는 동기검파회로의 출력이 제로(0)가 되도록 디지털 각도 출력을 제어하는 제어기의 사이에, 리졸버 신호에 중첩한 저주파의 노이즈 성분을 제거하는 대역제거필터(filter)를 구비하고 있다. 더욱이, 이 대역제거필터는, 여자 주파수 10KHz를 중심 주파수로 하고 대역폭을 2KHz 이상으로 하여 이 대역의 주파수를 제거하도록 설정되어 있다.
특허문헌1: 일본 공개특허공보 특개2009-150826호
특허문헌1에 기재된 RD 컨버터를 비롯하여 일반적인 RD 컨버터는, 입력 각도에 대하여 출력 각도를 피드백(feedback)하고, 입력 각도와 출력 각도의 편차가 항상 제로(0)가 되도록 동작하는 트래킹 루프(tracking loop)를 채용하고 있다. 이와 같은 트래킹 루프를 구비한 RD 컨버터는 어느 특정한 주파수에서 게인(gain)이 증가한다고 하는 주파수 특성을 가지기 때문에, 주파수에 따라서는 실제의 각도와 출력되는 각도에 오차가 생기는 경우가 있다.
본 발명은, 이상을 감안하여 연산 처리의 주파수 의존성을 없애고, 또한 입력된 리졸버(resolver) 신호에서 모터가 발생하는 자계 등의 외란 노이즈로 인한 영향을 저감시킴으로써 리졸버의 검출 각도 오차를 저감할 수 있도록 한 리졸버 신호 변환 장치 및 리졸버 신호 변환 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 리졸버(resolver) 신호 변환 장치는, 리졸버로부터서의 정현파(正弦波) 출력인 제1리졸버 신호의 주파수 성분 중 여자(勵磁) 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제1대역통과필터와, 상기 제1대역통과필터를 통과한 상기 제1리졸버 신호를 상기 여자 신호에 의거하는 레퍼런스(reference)신호와 동기시켜 샘플링(sampling)하고, 이 샘플링된 리졸버 신호에서 검출 각도 신호의 정현값(正弦値)을 작성하는 제1샘플링동기정류부와, 상기 리졸버로부터의 여현파(餘弦波) 출력인 제2리졸버 신호의 주파수 성분 중 상기 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제2대역통과필터와, 상기 제2대역통과필터를 통과한 상기 제2리졸버 신호를 상기 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호에서 상기 검출 각도 신호의 여현값(餘弦値)을 작성하는 제2샘플링동기정류부와, 상기 검출 각도 신호의 정현값 및 여현값으로부터 검출 각도를 산출하는 각도연산부를 포함하는 것이다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 리졸버 신호 변환 방법은, 리졸버로부터의 정현파 출력인 제1리졸버 신호를, 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제1대역통과필터로 필터링하는 단계와, 상기 제1대역통과필터를 통과한 상기 제1리졸버 신호를 상기 여자 신호에 의거하는 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호에서 검출 각도 신호의 정현값을 작성하는 제1샘플링동기정류단계와, 상기 리졸버로부터의 여현파 출력인 제2리졸버 신호를, 상기 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제2대역통과필터로 필터링하는 단계와, 상기 제2대역통과필터를 통과한 상기 제2리졸버 신호를 상기 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호에서 상기 검출 각도 신호의 여현값을 작성하는 제2샘플링동기정류단계와, 상기 검출 각도 신호의 정현값 및 여현값으로부터 검출 각도를 산출하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 리졸버 신호 변환 장치 또는 방법에 따르면, 제1 또는 제2대역통과필터에서 리졸버 신호를 필터링함으로써 리졸버 신호가 아날로그신호처리부를 통과하는 동안의 오프셋(offset) 오차를 보정할 필요가 없어져 검출 각도의 오차를 저감시킬 수가 있다. 또한, 제1 또는 제2대역통과필터에서 리졸버 신호를 필터링함으로써 리졸버 신호에서 외란 노이즈의 주파수 성분을 감쇠시키는 것도 가능하다. 게다가 동기 정류에 있어서 리졸버 신호에 레퍼런스 신호를 곱하지 않으므로 레퍼런스 신호의 고조파(高調波)나 외란 노이즈가 증폭되는 경우가 없어 검출 각도 신호에 이들의 영향을 저감시킬 수가 있다. 그리고 리졸버 신호의 처리에 있어서 트래킹 루프가 존재하지 않으므로 주파수 의존성이 없다. 따라서, 이 리졸버 신호 변환 장치 및 리졸버 신호 변환 방법에 따르면 리졸버의 검출 각도의 오차를 저감할 수가 있다.
상기 리졸버 신호 변환 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2샘플링동기정류부는, 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측 및 음(-)측에서 각각 최대로 되는 타이밍(timing)에서 상기 제1 또는 제2리졸버 신호를 채취하고, 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호를 그대로 기록함과 아울러 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 음(-)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호의 부호를 양음으로 반전시켜 기록하며, 혹은 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 음(-)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호를 그대로 기록함과 아울러 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호의 부호를 양음으로 반전시켜 기록하고, 이들 기록을 시계열적으로 나열하여 상기 검출 각도 신호를 작성하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 상기 리졸버 신호 변환 방법에 있어서, 리졸버로부터의 정현파 출력인 제1리졸버 신호를, 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제1대역통과필터로 필터링하는 단계와, 상기 제1대역통과필터를 통과한 상기 제1리졸버 신호를 상기 여자 신호에 의거하는 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호에서 검출 각도 신호의 정현값을 작성하는 제1샘플링동기정류단계와, 상기 리졸버로부터의 여현파 출력인 제2리졸버 신호를, 상기 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제2대역통과필터로 필터링하는 단계와, 상기 제2대역통과필터를 통과한 상기 제2리졸버 신호를 상기 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호에서 상기 검출 각도 신호의 여현값을 작성하는 제2샘플링동기정류단계와, 상기 검출 각도 신호의 정현값 및 여현값으로부터 검출 각도를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
이에 따르면, 레퍼런스 신호의 주파수의 2배인 샘플링 주기로 리졸버 신호를 샘플링할 수가 있다. 샘플링 주기를 2배로 함으로써 응답 속도(데이터 갱신 주기)를 높일 수가 있다.
상기 리졸버 신호 변환 장치에 있어서, 상기 여자 신호를 예측되는 위상 지연분으로 보정하고, 이것을 상기 레퍼런스 신호로서 공급하는 위상보정부를 포함하는 것이 바람직하다. 이에 따르면, 여자 신호에 의거하는 전류가 리졸버에 공급될 때까지나 리졸버 신호 변환 장치에 입력되고 나서 샘플링동기정류부에 도달할 때까지의 사이에 생긴 위상 지연이 보상된 레퍼런스 신호가 공급되므로, 더욱 검출 정확도를 높일 수가 있다.
또한, 상기 리졸버 신호 변환 장치에 있어서, 상기 검출 각도의 샘플링 때마다의 차분으로부터 회전 속도를 산출하는 차분연산부(difference operator)와, 상기 검출 각도와 상기 회전 속도로부터 상기 제1 또는 제2대역통과필터를 통과함에 기인하는 위상의 지연을 보정한 보정 후의 검출 각도를 산출하는 지연보정부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
마찬가지로, 상기 리졸버 신호 변환 방법에 있어서, 상기 검출 각도의 샘플링 때마다의 차분으로부터 회전 속도를 산출하는 단계와, 상기 회전 속도와 상기 검출 각도로부터 상기 제1 또는 제2대역통과필터를 통과함에 기인하는 위상 지연을 보정한 보정 후의 검출 각도를 산출하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이에 따르면, 제1 또는 제2대역통과필터를 통과함에 기인하는 위상 지연을 보정하여 검출 각도의 오차를 더욱 저감시킬 수가 있다.
또한, 상기 리졸버 신호 변환 장치에 있어서, 상기 제1 또는 제2대역통과필터에 입력되는 상기 제1 또는 제2리졸버 신호를 증폭하는 증폭부와, 이 증폭된 리졸버 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 상기 제1 또는 제2대역통과필터로 출력하는 AD변환부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
게다가 상기 리졸버 신호 변환 장치에 있어서, 적어도 상기 제1 및 제2대역통과필터와, 상기 제1 및 제2샘플링동기정류부와, 상기 각도연산부가 1개의 프로그래머블 디바이스(programmable device) 상에 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 각 연산부에서 행해지는 연산이 프로그래머블 디바이스 내부에서 처리되므로 마이크로컴퓨터(microcomputer) 등에 있어서의 소프트웨어(software) 연산과 비교하여 고속 연산이 가능해짐과 아울러 각 연산부 간의 조정이 용이해진다. 게다가, 적은 부품수로 장치가 구성되어 있으므로 간결(compact)해져 비용 감소(cost down)에 기여할 수가 있다.
본 발명에 따르면, 연산 처리의 주파수 의존성이 없고, 또한 입력된 리졸버 신호에서 모터가 발생하는 자계의 노이즈나 PWM 구동되는 것에 의한 스위칭 노이즈 등의 외란 노이즈로 인한 영향을 저감할 수 있으므로, 리졸버의 검출 각도의 오차를 저감할 수가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 리졸버 신호 변환 장치인 RD 컨버터를 포함하는 각도 검출 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 리졸버 신호 변환 처리의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 3은 대역통과필터의 설계 예를 나타낸 도면이다.
도 4a는 대역통과필터의 설계 예로, 제1대역통과필터의 진폭응답특성을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 대역통과필터의 설계 예로, 제1대역통과필터의 위상응답특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 리졸버 신호를 레퍼런스(reference)신호로 샘플링(sampling) 동기 정류하는 과정을 설명하기 위한, 레퍼런스 신호의 파형, 리졸버 신호의 파형 및 복조후의 검출 각도 신호의 파형을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 예에 관하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 리졸버 신호 변환 장치는, 리졸버 디지털 컨버터(이하, 「RD 컨버터(1)」이라 함)로서 구성되어 있다. 도 1에서는, 이 RD 컨버터(1)의 구성이 리졸버(10) 및 여자(勵磁) 신호발생기(2)와 함께 각도 검출 장치로서 도시되어 있다.
리졸버(10)는, 모터(미도시)의 권선 근처에 배치되어 있고, 모터의 회전자에 설치된 1개의 여자 코일(11)과, 고정자에 설치된 제1검출 코일(13) 및 제2검출 코일(15)을 구비하고 있다. 여자 코일(11)에는, 여자 신호발생기(2)에서 생성된 여자 신호에 의거하는 교류 전압이 교류 전원(12)에서 공급된다. 제1검출 코일(13)과 제2검출 코일(15)은, 회전자 주위에 있어서 해당 회전자의 축심을 중심으로 하여 위상을 전기각(電氣角) 연산으로 90°차이가 나게 배치되어 있다. 각 코일(13,15)에는 그 양단에 생기는 전압을 검출하여 RD 컨버터(1)로 출력하는 전압계(14,16)가 각각 접속되어 있다.
여자 신호발생기(2)는, 정현파발생부(21), DA변환부(디지털아날로그컨버터)(22), 증폭부(23) 및 위상보정부(24)를 구비하고 있다. 정현파발생부(21)는, 정현파형의 여자 신호(Asinωt)를 발생한다. 이 여자 신호는, DA변환부(22)에 입력되어 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환되고, 증폭부(23)에 입력되어 증폭되고, 리졸버(10)의 교류 전원(12)에 입력된다.
여자 신호(Asinωt)가 입력된 교류 전원(12)은, 여자 코일(11)에 해당 여자 신호에 의거하는 여자 전압을 공급한다. 또한, 교류 전원(12)을 거치지 않고 직접 증폭부(23)에서 여자 코일(11)로 여자 전압이 공급되도록 구성하여도 좋다. 여자 코일(11)에 여자 전압이 공급되면, 이 여자 전압을 회전자의 회전 각도(검출 각도(θ))로 변조한 전압이 각 검출 코일(13,15)에 발생하고, 제1검출 코일(13)에 접속된 전압계(14)에서 그 검출 신호로서 제1리졸버 신호(S1)가 출력되고, 제2검출 코일(15)에 접속된 전압계(16)에서 그 검출 신호로서 제2리졸버 신호(S2)가 출력된다. 또한, 전압계(14,16)를 거치지 않고 직접 각 코일(13,15)에서 RD 컨버터(1)로 리졸버 신호가 입력되도록 구성할 수도 있다.
제1리졸버 신호(S1)는 정현파(sinθ)에 의존하고, S1=kAsinωtㆍsinθ로 표시된다. 여기서, k는 변압비를 표시하고 있다. 한편, 제2리졸버 신호(S2)는 검출 각도(θ)의 여현파(cosθ)에 의존하고, S2=kAsinωtㆍcosθ로 표시된다. 이와 같이 검출 각도(θ)에 대하여 정현파형으로 진폭이 변화하는 2상의 90°차이가 난 리졸버 신호가 리졸버(10)에서 RD 컨버터(1)로 입력되고, RD 컨버터(1)에서는 이들 리졸버 신호가 각도 데이터로 변환되어 디지털 신호로서 출력된다. 이와 같이, 여자 신호발생기(2), 리졸버(10), RD 컨버터(1)를 조합함으로써 디지털 각도 검출 장치로서 기능할 수가 있다.
(RD 컨버터(1)의 구성)
이어서, RD 컨버터(1)의 구성에 관하여 상세하게 설명한다. RD 컨버터(1)는, 제1증폭부(31), 제2증폭부(41), 제1AD변환부(아날로그 디지털 컨버터)(32), 제2AD변환부(아날로그 디지털 컨버터)(42), 제1대역통과필터(33), 제2대역통과필터(43), 제1샘플링동기정류부(34), 제2샘플링동기정류부(44), 각도연산부(35), 지연보정부(36), 및 차분연산부(difference operator)(37)를 구비하고 있다. 이하, RD 컨버터(1)의 각 구성요소에 관하여 도 2에 나타낸 리졸버 신호 변환 처리의 흐름과 함께 설명한다.
리졸버(10)에서 RD 컨버터(1)로 입력된 제1리졸버 신호(S1)는 (단계(S11)), 제1증폭부(31)에서 증폭되고(단계(S12)), 제1AD변환부(32)에서 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환되고(단계(S13)), 제1대역통과필터(33)에서 필터링되고(단계(S14)), 제1샘플링동기정류부(34)에서 여자 신호에 의거하는 레퍼런스 신호와 동기 정류되고(단계(S15)), 이러한 복조 후(동기 정류 후)의 검출 각도 신호가 각도연산부(35)로 정현파(sinθ)로서 입력된다. 한편, 리졸버(10)에서 RD 컨버터(1)에 입력된 제2리졸버 신호(S2)는(단계(S21)), 제2증폭부(41)에서 증폭되고(단계(S22)), 제2AD변환부(42)에서 아날로그신호에서 디지털신호로 변환되고(단계(S23)), 제2대역통과필터(43)에서 필터링되고(단계(S24)), 제2샘플링동기정류부(44)에서 레퍼런스 신호와 동기 정류되고(단계(S25)), 이러한 복조 후(동기 정류 후)의 검출 각도 신호가 각도연산부(35)로 여현파(cosθ)로서 입력된다.
제1대역통과필터(33)는, 제1AD변환부(32)에서 아날로그 디지털 변환된 리졸버 신호 중, 설정된 통과 대역 외의 주파수를 감쇠시켜 통과 대역의 주파수만을 통과시키는 밴드패스필터(band pass filter)이다. 제1대역통과필터(33)에 입력된 리졸버 신호에는, 제1증폭부(31) 및 제1AD변환부(32)의 아날로그신호처리부를 통과하는 동안의 오프셋(offset) 오차가 포함되어 있다. 제1대역통과필터(33)는, 이 오프셋 오차에 관한 문제를 해소하는 것을 목적의 하나로서 설치되어 있다. 따라서 RD 컨버터(1)에서는 제1대역통과필터(33)를 구비함으로써, 검출된 리졸버 신호에서 오프셋 양(量)을 감산하는 것과 같은 보정 처리는 행해지지 않는다.
제1대역통과필터(33)의 통과 대역의 중심 주파수는 여자 신호의 주파수이며, 동(同) 통과 대역의 폭은 각도 검출에 필요한 주파수 특성과 저감시켜야할 노이즈의 주파수와 그 감쇠량으로부터 결정된다. 요컨대, 제1대역통과필터(33)는 리졸버 신호로부터, 리졸버(10)에서 여자 신호가 변조되어 출력된 주파수 성분만을 취출하도록 기능한다. 예를 들면, 도 3에서는, 제1대역통과필터(33)의 설정을 입력하는 화면 표시의 일 예를 나타내고 있다. 여기서는, 여자 신호의 주파수를 7.3KHz, 노이즈의 주파수를 10KHz, 및 통과 대역의 폭을 ±2.3KHz로 각각 설정하고, 통과 대역을 5.0 내지 9.6KHz로 하고 있다. 그리고, 이 통과 대역 외에서 40데시벨(dB) 이상의 감쇠량을 확보하기 위한 FIR(Finite Impulse Response) 필터의 차수를 83차로 하고 있다. 도 4a는 제1대역통과필터(33)의 진폭응답특성을 나타낸 그래프로, 종축은 진폭을 표시하고 횡축은 주파수를 표시하고 있다. 이 도면에 나타난 것처럼, 앞서 언급한 바와 같이 설정된 제1대역통과필터(33)에서는 통과 대역인 5.0 내지 9.6KHz 이외의 주파수는 40데시벨(dB) 이상의 감쇠량으로 감쇠된다.
상기 제1대역통과필터(33)는, 리졸버 신호의 통과 대역의 주파수 성분을 통과시키므로 제1대역통과필터(33)를 통과한 리졸버 신호(S1')에는 여자 신호가 리졸버(10)에서 변조되어 출력된 주파수 성분이 포함되고, 제로(0) 및 그 근처의 주파수 성분(직류 성분)은 포함되지 아니 한다. 따라서 이 제1대역통과필터(33)를 통과한 리졸버 신호(S1')에 대하여 오프셋 오차를 고려할 필요가 없다. 게다가, 이 제1대역통과필터(33)를 통과한 리졸버 신호(S1')는, 통과 대역 외의 노이즈 성분이 감쇠 제거되어 있다.
더욱이, 검출 각도 정확도를 확보하기 위해서는 제1리졸버 신호(S1)와 제2리졸버 신호(S2)의 양 채널(channel)을 동일한 특성으로 필터링하여야 한다. 따라서, 제1대역통과필터(33)와 제2대역통과필터(43)의 필터 특성에 불균형을 없게 하여 양 채널에 대한 필터 특성을 완전하게 일치시켜야 한다. 이를 실현하기 위하여, 제1대역통과필터(33)와 제2대역통과필터(43)는, 어느 것이나 디지털 필터가 채용되고, 이들 대역통과필터(33,43)에 대하여 동일한 대역통과가 설정된다. 이와 같이 디지털 필터를 사용함으로써 아날로그 필터와 같이 각 필터의 구성부품의 특성 불균형이 각도 검출 성능에 미치는 영향을 배제할 수가 있다.
제1샘플링동기정류부(34)는, 교류 전원(12)(리졸버(10))으로 공급된 여자 신호에 의거하는 레퍼런스 신호와 동기시켜 제1대역통과필터(33)를 통과한 제1리졸버 신호(S1')의 샘플링을 행하여 정류하고, 이를 복조 후의 검출 각도 신호로서 각도연산부(35)로 출력하는 것이다. 단, 여자 신호발생기(2)의 정현파발생부(21)에서 생성되어 교류전원(12)으로 공급된 여자 신호에는, DA변환부(22) 및 증폭부(23)를 통과하는 동안에 생긴 위상 지연이 포함되어 있다. 그래서 이 위상 지연에 더하여 리졸버(10)의 권선, 제1증폭부(31), 제1AD변환부(32), 및 제1대역통과필터(33)를 통과하는 동안에 생긴 위상 지연을 예측하고, 이들 예측된 위상 지연 분만큼 위상보정부(24)에서 여자 신호의 위상을 지연시킨 것이 레퍼런스 신호로서 제1샘플링동기정류부(34)로 입력된다.
도 5에서는, 제1샘플링동기정류부(34)에서 제1리졸버 신호(S1')를 샘플링 및 정류하는 과정을 설명하고 있다. 도 5의 최상단은, 여자 신호발생기(2)에서 제1샘플링동기정류부(34)로 입력된 레퍼런스 신호(Asinωt)의 파형(a)을 나타내고 있다. 도 5의 중단은, RD 컨버터(1)에 입력되어 제1증폭부(31)와 제1AD변환부(32)와 제1대역통과필터(33)를 통과한 제1리졸버 신호(S1')의 파형(b)을 나타내고 있다. 도 5의 최하단은, 복조 후의 검출 각도 신호의 파형(c)을 나타내고 있다. 또한, 도 5에서는 종축이 진폭, 횡축이 시간을 각각 나타내고 있다. 제1샘플링동기정류부(34)는, 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+) 및 음(-)측에서 각각 최대가 되는 타이밍(timing)에서 제1리졸버 신호(S1')를 채취하고, 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측인 경우에는 채취된 제1리졸버 신호(S1')를 그대로 기록하고, 레퍼런스 신호의 진폭이 음(-)측인 경우에는 채취된 제1리졸버 신호(S1')에 -1을 곱하여 부호를 양음으로 반전시켜 기록하고, 이들 기록을 시계열로 나열하여 각도 검출 신호를 작성한다. 이와 같이 하여 샘플링 동기 정류됨으로써 레퍼런스 신호 주파수의 2배인 샘플링 주기로 제1리졸버 신호(S1')의 샘플링이 행해진다. 또한, 일반적으로 레퍼런스 신호의 주파수는 수 KHz이기 때문에, 샘플링 주기는 십수 KHz가 된다. 이 샘플링 주기로 샘플링된 신호는 불연속하게 되지만, 모터 등의 제어를 행하는 마이크로컴퓨터(microcomputer)의 일반적인 연산 주기는 주파수로 하여 수 KHz 이하인 경우가 많으므로, 이로 인한 문제는 생기지 아니한다. 또한, 제1샘플링동기정류부(34)에서는, 레퍼런스 신호는 샘플링의 타이밍을 잡는데 사용되고, 레퍼런스 신호와 리졸버 신호가 곱해지지 않기 때문에, 외란 노이즈가 증폭되지 않으므로 복조 후의 검출 각도 신호에 외란 노이즈가 나타나기 어려워지고, 또한 레퍼런스 신호의 고조파(高調波)로 인한 왜곡이 검출 각도 신호에 생기지 아니한다.
이상으로 설명한 제1리졸버 신호(S1)에 대한 제1증폭부(31)에서 제1샘플링동기정류부(34)까지의 구성 및 그 처리(단계(S11 내지 S15))는, 제2리졸버 신호(S2)에 대한 제2증폭부(41)에서 제2샘플링동기정류부(44)까지의 구성 및 그 처리(단계(S21 내지 S25))와 동일하므로, 제2증폭부(41), 제2AD변환부(42), 제2대역통과필터(43), 및 제2샘플링동기정류부(44)에 관한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 제1샘플링동기정류부(34)에서 각도연산부(35)로 복조 후의 검출 각도 신호의 정현값(kAsinθ)이 출력되는데 반하여, 제2샘플링동기정류부(44)에서 각도연산부(35)로 복조 후의 검출 각도 신호의 여현값(kAcosθ)이 출력된다.
그리고, 앞서 언급한 바와 같이 검출 각도 신호의 정현값(kAsinθ)과 검출 각도 신호의 여현값(kAcosθ)이 입력된 각도연산부(35)는, 이들 검출 각도 신호의 역정접(arctan)으로부터 검출 각도(θ)를 산출한다(단계(S16)). 단, 각도연산부(35)에서 산출된 검출 각도(θ)에는, 제1대역통과필터(33) 또는 제2대역통과필터(43)를 통과함으로써 생긴 위상차가 포함되어 있다. 도 4b는, 제1대역통과필터(33)의 위상응답특성을 나타낸 그래프로, 종축은 위상을 표시하고 횡축은 주파수를 표시하고 있다. 이 도면에 나타낸 바와 같이, FIR필터를 사용하여 구성된 제1대역통과필터(33)는, 그 통과 대역에 있어서 위상차가 생겨 있지만 위상이 주파수에 대하여 직선적으로 변화하고 있으므로 정확한 위상 보정을 행하는 것이 용이하다. 그래서 각도연산부(35)에서 출력된 검출 각도(θ)를 취득한 차분연산부(37)는, 취득한 복수의 검출 각도(θ)의 샘플링 때마다의 차분으로부터 회전자의 회전 속도를 산출하고, 이를 속도 데이터로서 지연보정부(36) 및 외부로 출력한다(단계(S17)). 게다가 각도연산부(35)에서 출력된 검출 각도(θ)와 차분연산부(37)에서 출력된 속도 데이터를 취득한 지연보정부(36)는, 제1대역통과필터(33) 또는 제2대역통과필터(43)를 통과하는 것에 기인하여 검출 각도(θ)에 포함되는 위상 지연을 속도 데이터에 의거하여 보정하고, 보정된 검출 각도(θ)를 디지털 각도 데이터로서 외부로 출력한다(단계(S18)).
상기 구성의 RD 컨버터(1)는, 내부에 피드백(feedback) 구조를 갖지 않으므로 주파수 특성이 평탄하다. 요컨대, 일반적인 트래킹 루프(tracking loop)를 구비한 종래 제품은, 루프의 게인(gain)이 주파수 특성을 가지기 때문에 주파수 의존성을 갖지만, 본 발명에 따른 RD 컨버터(1)는 이와 같은 주파수 의존성을 갖지 아니 한다. 따라서 이 RD 컨버터(1)에서 리졸버 신호가 변환되어 출력된 디지털 각도 데이터(검출 각도(θ))와 실제의 회전자의 회전 각도와의 오차를 저감할 수가 있다.
또한, 상기 구성의 RD 컨버터(1)에 있어서 적어도 제1대역통과필터(33), 제2대역통과필터(43), 제1샘플링동기정류부(34), 제2샘플링동기정류부(44), 및 각도연산부(35)는, 1개의 프로그래머블 디바이스(programmable device) 상에 구성된 1 이상의 회로 및/또는 1 이상의 프로그램(program)으로 구현되는 것이 바람직하다. 나아가, 이 프로그래머블 디바이스는 정현파발생부(21) 및/또는 위상보정부(24)를 포함할 수도 있다. 이와 같은 프로그래머블 디바이스로서, 예를 들면 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 들 수 있다. 이들 각 연산부에서 행해지는 연산이 1개의 프로그래머블 디바이스 내부에서 처리됨으로써 고속 연산이 가능해짐과 아울러 각 연산기 간의 조정이 용이해진다. 더욱이, RD 컨버터의 종래 제품은 사용하는 리졸버와 조합되어 제공되는 것이 일반적이며, 이 때문에 유저(user)가 그 특성이나 형상을 선택하는 것이 어려운 경우가 많았다. 특정한 리졸버와 조합되지 않은 범용의 RD 컨버터의 종래 제품도 있지만, 이 경우에는 외부 장착되는 부품이 많고 설정이나 조정이 번잡하였다. 어느 것으로 하여도 RD 컨버터의 종래 제품은 고밀도 실장이 요구되는 현재의 사정에 걸맞지 않은 것이었다. 이에 반하여, 상기한 바와 같이 원 칩(one chip) 상에 구성된 RD 컨버터(1)는, 적은 부품수로 구성되므로 구성이 간결(compact)하게 되어 고밀도 실장이 가능해지고, 나아가 비용 감소(cost down)에 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 리졸버 신호 변환 장치 및 방법은, 상기 실시예에 기재된 RD 컨버터(1)에 한정되지 아니 하고 리졸버 신호에 포함되는 검출 각도를 디지털 각도 데이터로 변환하여 출력하기 위한 연산기 및 회로로서 폭넓게 이용할 수가 있다. 나아가, 본 발명에 따른 리졸버 신호 변환 장치 및 방법은, 리졸버, 홀(hall) 소자, 및 MR소자(자기저항소자) 등의 2상의 회전 각도위치신호를 출력하는 검출기에 접속되어 이 회전 각도위치신호에 포함되는 검출 각도를 디지털 각도 데이터로 변환하여 출력하는 장치에 응용시킬 수가 있다.
1: RD 컨버터(리졸버 신호 변환 장치)
2: 여자 신호발생기
10: 리졸버
11: 여자 코일
12: 교류 전원
13: 제1검출 코일
14: 전압계
15: 제2검출 코일
16: 전압계
21: 정현파발생부
22: DA변환부
23: 증폭부
24: 위상보정부
31: 제1증폭부
32: 제1AD변환부
33: 제1대역통과필터
34:제1샘플링동기정류부
35: 각도연산부
36: 지연보정부
37: 차분연산부
41: 제2증폭부
42: 제2AD변환부
43: 제2대역통과필터
44: 제2샘플링동기정류부

Claims (9)

  1. 리졸버로부터의 정현파 출력인 제1리졸버 신호의 주파수 성분 중 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제1대역통과필터와,
    상기 제1대역통과필터를 통과한 상기 제1리졸버 신호를 상기 여자 신호에 의거하는 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호로부터 검출 각도 신호의 정현값을 작성하는 제1샘플링동기정류부와,
    상기 리졸버로부터의 여현파 출력인 제2리졸버 신호의 주파수 성분 중 상기 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제2대역통과필터와,
    상기 제2대역통과필터를 통과한 상기 제2리졸버 신호를 상기 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호로부터 상기 검출 각도 신호의 여현값을 작성하는 제2샘플링동기정류부와,
    상기 검출 각도 신호의 정현값 및 여현값으로부터 검출 각도를 산출하는 각도연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2샘플링동기정류부는,
    상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측 및 음(-)측에서 각각 최대로 되는 타이밍에서 상기 제1 또는 제2리졸버 신호를 채취하고,
    상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호를 그대로 기록하며 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 음(-)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호의 부호를 양음으로 반전시켜 기록하거나, 또는 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 음(-)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호를 그대로 기록하고 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호의 부호를 양음으로 반전시켜 기록하고,
    이들 기록을 시계열적으로 나열하여 상기 검출 각도 신호를 작성하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 여자 신호를 예측되는 위상 지연분으로 보정하여 상기 레퍼런스 신호로서 공급하는 위상보정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출 각도의 샘플링 때마다의 차분으로부터 회전 속도를 산출하는 차분연산부와,
    상기 검출 각도와 상기 회전 속도로부터 상기 제1 또는 제2대역통과필터를 통과하는 것에 기인하는 위상의 지연을 보정한 보정 후의 검출 각도를 산출하는 지연보정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2대역통과필터에 입력되는 상기 제1 또는 제2리졸버 신호를 증폭하는 증폭부와, 이 증폭된 리졸버 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하여 상기 제1 또는 제2대역통과필터로 출력하는 AD변환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 제1 및 제2대역통과필터와, 상기 제1 및 제2샘플링동기정류부와, 상기 각도연산부가 하나의 프로그래머블 디바이스 상에 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 장치.
  7. 리졸버로부터의 정현파 출력인 제1리졸버 신호를, 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제1대역통과필터로 필터링하는 단계와,
    상기 제1대역통과필터를 통과한 상기 제1리졸버 신호를 상기 여자 신호에 의거하는 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호로부터 검출 각도 신호의 정현값을 작성하는 제1샘플링동기정류단계와,
    상기 리졸버로부터의 여현파 출력인 제2리졸버 신호를, 상기 여자 신호의 주파수를 중심 주파수로 하는 미리 설정된 대역을 통과시키도록 설계된 제2대역통과필터로 필터링하는 단계와,
    상기 제2대역통과필터를 통과한 상기 제2리졸버 신호를 상기 레퍼런스 신호와 동기시켜 샘플링하고, 이 샘플링된 리졸버 신호로부터 상기 검출 각도 신호의 여현값을 작성하는 제2샘플링동기정류단계와,
    상기 검출 각도 신호의 정현값 및 여현값으로부터 검출 각도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2샘플링동기정류단계는,
    상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측 및 음(-)측에서 각각 최대로 되는 타이밍에서 상기 제1 또는 제2리졸버 신호를 채취하는 단계와,
    상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호를 그대로 기록하고 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 음(-)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호의 부호를 양음으로 반전시켜 기록하거나, 또는 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 음(-)측인 경우에는 상기 채취된 레퍼런스 신호를 그대로 기록하고 상기 레퍼런스 신호의 진폭이 양(+)측인 경우에는 상기 채취된 리졸버 신호의 부호를 양음으로 반전시켜 기록하는 단계와,
    이들 기록을 시계열적으로 나열하여 상기 검출 각도 신호를 작성하는 단계를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 검출 각도의 샘플링 때마다의 차분으로부터 회전 속도를 산출하는 단계와,
    상기 회전 속도와 상기 검출 각도로부터 상기 제1 또는 제2대역통과필터를 통과하는 것에 기인하는 위상의 지연을 보정한 보정 후의 검출 각도를 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리졸버 신호 변환 방법.
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