JPH0229967B2 - - Google Patents

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。ごく一般的には、これは振幅及び周波
数が同一の２つの正弦波であつて、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。従つて、実質的に励振信号は正弦波及び余弦
（(c)osine）波である。これに対して、レゾルバの
出力信号は、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（従つて位置）を決定する為にデイジタル方式
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イジタル形であつ
て、その精度は実質的に時間ベースの精度によつ
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
ゾルバに対するデイジタル形励振装置では、正弦
波形及び余弦波形の切欠き（not(c)he(d)）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波のままであるが、
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・フイルタが使われる。

都合の悪いことに、アナログ・フイルタを使う
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360゜の移相はレゾルバの軸の完
全な１回転に対応する）。フイルタ（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）によつて起る既知の一定の移相量は計
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つて
起る移相は、この様にして計算に入れることが出
来ない。更に、信号条件づけ回路（例えばフイル
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ツトを決定して、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つて起る移相誤差
には何の助けともならない。

従つて、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つ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つて起る誤差）
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、この移相誤差によつて生ずる位置の
オフセツ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と同
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つて達成される。回路
経路によつ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つて生ずる系統
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
じ、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
かけの位置を表わす値を発生する。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。

［発明の具体的説明］ 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
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
体的に示していない）。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
対の信号によつ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つて、位相が互いに電気
角で90゜離れている。従つて、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イ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
デイ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3519904号に例示される様に、レゾ
ルバのデイ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、これがデイジタル計数器
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2.5MHz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ツク・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、一杯になつた時、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０から999まで計数し、時間ベ
ース発生器１２からの入力クロツク信号が供給さ
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。

デイジタル計数器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装置（PROM）
を使い、これから所望の波形を近似する値を呼出
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読出専用記憶装置は、
テキサス・インスツルメンツ・インコーポレーテ
ツドから入手し得るTBP18S42型である。正弦及
び余弦波信号は、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つてよい。
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ツチング
装置であり、例えば適当な多重化器はモータロー
ラ・インコーポレーテツ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・フイルタ２４に通過させる出力
信号として選択する。多重化器２２が選択する信
号は制御線２５，２６によつて決定される。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
ていろ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る
ことが出来る。この代りに、この選択はオペレー
タによつ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・フイルタ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
号を波する信号条件づけ回路である。高調波成
分及び雑音を波した後の、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
何にかかわつているから、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。

フイルタ２４からの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、
ナシヨナル・セミコンダクタ・インコーポレーテ
ツ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０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から出力信
号が位置記憶レジスタ３０のクロツク入力端子
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
をも受取る様に線続されている。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、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・フイルタ２４並びに回路経路内にある
この他の移相手段によつて系統的に誘導された移
相の為、一部分その影響を受けたものになつてい
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・フイルタ
２４が必要であるが、このフイルタと信号条件づ
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
によつ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に誤差を補償する。

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・フイルタ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
カウントがフイルタ２４によつて誘導された移相
を表わすものであつて、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。

こういう状態で、制御論理回路２８によつて作
動信号が発生された時、オフセツトすなわち系統
的な誤差を表わす貯蔵されていたカウントが、オ
フセツト記憶レジスタ３２に転送される。従つ
て、オフセツト記憶レジスタ３２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
よつ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及びオフセツト記憶レ
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のオフセツト値
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。

線３５の値は真の位置を表わすが、場合によつ
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。そうなつた時、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１
４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及びオフセツト記
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。オフセツト記憶レジスタ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、オフセツト記憶レジスタ
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す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
つて、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、オフセツト記憶レジスタ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つて更新す
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のオフセツト値は、フ
イルタ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、作業員によつて制
御される手動選択スイツチの形にするのが簡単で
ある。こういうスイツチは、（所望の時の）フイ
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、オフセツト記憶レジスタ３
２がオフセツト値を受け取つ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
クロプロセツサ（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。
位置及びオフセツト記憶レジスタ３０，３２は、
テキサス・インスツルメンツ・インコーポレーテ
ツド社を含む多数の供給源から入手し得る
74LS374及び74LS173の様なＤ形フリツプフロツ
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
果が達成されることが理解されよう。例えば、オ
フセツト・カウントを求める前に、みかけの位置
の値又はカウントを貯蔵し、その後減算を行なつ
てもよい。この為、みかけの位置の値及びオフセ
ツ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及びオフセツト記憶レジスタ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。従つて、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。 （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・
フイルタ、３０：位置記憶レジスタ、３２：オフ
セツト記憶レジスタ、３４：減算器。

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置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、該回路経路によつて誘導さ
   れる系統的な移相の量を表わす移相値を発生し、
   (c)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
   つ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レ
   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
   条件づけ回路によつ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つて信号条件づけ
   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
   取つて、前記基準信号と該受取つた信号の間の位
   相関係を表わす出力値、すなわち、前記受取つた
   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、且つ前記受取つた信号が基準信
   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イジタル計数
   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のデイジタル記憶レジスタ、及び受取つた信
   号に応答して、該受取つ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のデイジ
   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
   イ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。