JPH0371016A - 信号校正装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、元信号がコサイン、サイン関数状であるも
のにおいて、ゼロ点、振幅の変動を検出し、自動的に補
償する信号校正装置に関し、特に前記コサイン、サイン
関数状の信号が位置の関数であるエンコーダ信号から逆
正接演算により微細な角度を検出する際に好適な信号の
前処理装置に関するものである。

〔従来の技術〕

コサイン、サイン関数状の信号は計測装置などにおいて
しばしば用いられる。この代表的な例は微細な角度を計
測するための装置であって、エンコーダのアナログ出力
が１回転をＮ周期（Ｎは殻に数百〜数千）とするコサイ
ン、サイン関数状であることを利用して逆正接演算によ
り１周期をさらに細分化することが行われている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような装置において、元信号のゼロ点の変動や振幅
の不一致があると計測結果に誤差を含む。従来はアナロ
グ部分に温度特性のよい特別な部品を使用すること、温
度の影響を受けにくい回路構成とすること等により、ゼ
ロ点、振幅が一定に保たれるように配慮されているが、
アナログ信号を取り扱う限りこれらの変動を完全に抑え
ることは難しいという問題があった。また、このような
装置は高価であり調整も難しいという問題があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、ゼロ点、振幅の変動を自動的に補償する信号
校正装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明にかかる信号校正装置は、正規化手段と、逆正
接演算手段と、ピーク値検出手段と、振幅・ゼロ点演算
手段と、制御手段とからなるものである。

〔作用〕

この発明においては、元信号を ｘｏ：ｇｏ−ＣＱＳθ＋Ｚ０ ｘ、＝ｇ１ｓ５．ｎｅ　＋ｚ。

で近似するとき、振幅（ｇｏ、　ｇ＋）およびゼロ点（
ｚｏ、　ｚ＋）に初期値を与え、振幅、ゼロ点の値を用
いて次式 ％式％） により　ｃｏｓθ、ｓｉｎθの近似値を得て前記ｃｏｓ
θ。

ｓｉｎθの近似値からθを得る。（以下θを一π〜十π
の範囲で表す）。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。第１図において、１は正規化手段で、９０”位相
の異なる２つの信号 Ｘｏ”ｇｏ・Ｃ０５ｏ＋Ｚ。

Ｘ＋＝ｇ＋°ｓｉｎθ＋ｚ。

を入力とし、振幅、ゼロ点の値を用いてＣＯＳθ。

ｓｉｎθの近似値を得るものである。２は逆正接演算手
段で、　ＣＯＳθ、　　ｓｆｎθからθを求めるもので
ある。３はピーク値検出手段で、 一δ≦θ≦δのときｘｏの最大値ｍａｘｘ。

一一δ≦θ≦−十δのとき ２　　　　　　　　　２ Ｘ、の最大値ｍａＸＸ＋ 一一一δ≦θ≦−−＋δのとき ２　　　　　　　　　　　　２ ×１の最小値ｌｌ１ｉｎｘ　Ｈ π−δ≦θ≦π−δのとき ｘ０の最小値ｍ１ｎｘ。

を求めるものである。４は振幅・ゼロ点演算手段で、ピ
ーク値検出手段３で求めた最大値、最小値からｇ。＋ｇ
ｌ、ＺＯ＋Ｚｌを求め更新するものである。５は前記各
部を制御する制御手段である。

この発明の信号校正装置は、実用的にはマイクロプロセ
ッサを用いて構成される。入力信号Ｘ。。

Ｘ、はそれぞれアナログディジタル変換されて、マイク
ロプロセッサに入力される。マイクロプロセッサはメモ
リ（普通はＲＯＭ：リードオンリーメモリ）に書かれた
プログラムに従って正規化。

逆正接演算、ピーク値検出、振幅・ゼロ点演算を繰り返
し実行する。

プログラムフローチャートの一例を第２図に示す。この
図で、　（１）〜　（１６）は各ステップを示す。

第３図はこの発明の原理を示すもので、コサイン、サイ
ン関数状である２つの信号Ｘ　Ｏ＋　Ｘ　Ｉをそれぞれ
Ｘ座標、Ｙ座標として直交座標上にプロツトした時の図
を示している。図では振幅の変動を強調して示している
。

第１図の実施例の動作を第２図、第３図を用いて説明す
る。

ます、正規化手段１において、ｚＯ＋　Ｚｌを用いて原
点・振幅補正を行ってｓｉｎθ、　　ｃｏｓθを求める
（１）〜（５）。これから逆正接演算手段２によりθを
求める　（６）。この演算に際しては、単にサインとコ
サインの比を先に計算してアークタンジェントを求める
のではなく、サインとコサインの符号関係により＝π〜
十πの範囲でθを求めることが必要である。このような
関数は、例えばＣ言語ではａｔａｎ２として知られてい
る。求めたθが０．π／２．π、−π／２付近である時
の×。、×１の値から　（７）〜（１０）、図のように
ｍａＸＸ　ｏ、　ｍ１ｎＸ　ｏ、ｍａＸ）（、、ｍ１ｎ
ｘ、を求める（１１）〜（１４）。最大値と最小値の差
の局が振幅ｇ。、　ｇ＋となり、最大値と最小値の平均
値が新しいゼロ点Ｚ。＋　Ｚｌとなる。平均値の計算は
最小値に振幅を加えてもよい。次回からの信号補正は新
しく求められた振幅、ゼロ点を用いて行えはよい。ゼロ
点が大幅にずれている場合には正しい振幅は求められな
い。しかしながら、このような場合もゼロ点の補正は正
しく行われるので、繰り返し補正を行うことで徐々に正
確な振幅が求められる。実際にはゼロ点の変動はごく僅
かであるため、常に正確な振幅か与えられる。θが０、
π／２．π、−π／２となることは滅多にないため、こ
れらの付近（±δの範囲）てｍａＸＸ。

ｍａＸＸ　Ｈ、ｍ１ｎｘ　Ｏ＋　ｍｉ、ｎｘ　Ｉの更新
を行う。δは１／ＩＱ回転からｌ／１０００回転の範囲
、好ましくは１１５０回転から１／２００回転の範囲で
適宜選択する。δの範囲を大きくすると更新の行われる
頻度は増加するが誤差が増える。誤差は１１５０回転で
約０８％、１／２００回転て０．０５％である。次に述
べるように、最大値、最小値の更新を単一の値を用いる
のてはなく、重み付き平均により行うことで実際の誤差
はさらに少なくなる。

最大値、最小値の更新は指数平滑フィルタによって行う
のがよい。これは、実質的に過去に向かって指数関数的
に重み係数か減少する加重平均を求めることに相当する
。計算式は、元信号の値をＸ、更新すべき値をｍとする
とき、式 ％式％） で与えられる。ここでｐは小さな定数であり、この値を
２−″　とすることて乗算をシフト演算に置き換えるこ
とができる。ここで、ｎは４〜２０程度で、更新の速度
と値の安全性の兼ね合から適宜選択すればよい。ｎの値
を小さくすると、補正は急速に行われるが、ノイズの影
響を受は易くなる。

衝撃その他の原因で振幅が急激に変化することもあろう
。このような場合、もしθがある補正の行われる範囲で
停止していると、最大値か最小値の一方のみが補正され
てゼロ点がずれる。ゼロ点の誤差は一般に振幅の誤差よ
り害が大きいためこのような動作は好ましくない。これ
を避けるためには、最大値と最小値の一方を補正した後
は他方が補正されるまで補正を中断すればよい。マイク
ロプロセッサではメモリ中に補正フラグを設けることで
、この機能は容易に実現できる。

（発明の効果〕 以上詳細に説明したように、この発明は正規化手段、逆
正接演算手段、ピーク値検出手段、振幅・ゼロ点演算手
段および制御手段とて信号校正装置を構成したので、計
測装置などにおいてしばしば用いられるコサイン、サイ
ン関数状の信号のゼロ点、振幅の変動が自動的に除去さ
れ、安価な部品を用い単純な構成の回路で誤差を低減す
ることが可能であり、また、精密な調整も不要であり精
度の高い計測装置を安価に構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図は、第１図の実施例の動作を説明するためのフロ
ーヂャート、第３図はこの発明の原理を示す図である。 図中、１は正規化手段、２は逆正接演算手段、３はピー
ク値検出手段、４は振幅・ゼロ点演算手段、５は制御手
段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コサイン、サイン関数で近似される９０°位相の異なる ｘ＿０＝ｇ＿０・ｃｏｓθ＋ｚ＿０ ｘ＿１＝ｇ＿１・ｓｉｎθ＋ｚ＿１ で近似する２つの信号からｃｏｓθ、ｓｉｎθに近似さ
   れる信号もしくはθに相当する信号を得る装置であって
   、 振幅、ゼロ点の値を用いて次式 ｃｏｓθ＝（ｘ＿０−ｚ＿０）／ｇ＿０、ｓｉｎθ＝（
   ｘ＿１−ｚ＿１）／ｇ＿１によりｃｏｓθ、ｓｉｎθの
   近似値を得る正規化手段と、 前記ｃｏｓθ、ｓｉｎθの近似値からθを得る逆正接演
   算手段と、 δを微小角度とするときθが−δ以上であり、かつ＋δ
   以下であるときｘ＿０の値からｘ＿０の最大値ｍａｘｘ
   ＿０を求め、θがπ／２＋δ以下であるとき、ｘ＿１の
   値からｘ＿１の最大値ｍａｘｘ＿１を求め、θが−π／
   ２−δ以上であり、かつ−π／２＋δ以下であるときｘ
   ＿１の値からｘ＿１の最小値ｍｉｎｘ＿１を求め、θが
   π−δ以上であるかまたは−π−δ以下であるとき、ｘ
   ＿０の値からｘ＿０の最小値ｍｉｎｘ＿０を求めるピー
   ク値検出手段と、 これらの最大値、最小値から振幅およびゼロ点を次式 ｇ＿０＝（ｍａｘｘ＿０−ｍｉｎｘ＿０）／２ｇ＿１＝
   （ｍａｘｘ＿１−ｍｉｎｘ＿１）／２ｚ＿０＝ｍｉｎｘ
   ＿０＋ｇ＿０ ｚ＿１＝ｍｉｎｘ＿１＋ｇ＿１ によりそれぞれ求め、更新する振幅・ゼロ点演算手段と
   、 信号ｘ＿０、ｘ＿１が得られる毎に上記各手段の演算を
   繰り返し行わせる制御手段と、 を備えたことを特徴とする信号校正装置。