JPS5954917A - デイジタル移動検出装置 - Google Patents

デイジタル移動検出装置

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JPS5954917A
JPS5954917A JP57165018A JP16501882A JPS5954917A JP S5954917 A JPS5954917 A JP S5954917A JP 57165018 A JP57165018 A JP 57165018A JP 16501882 A JP16501882 A JP 16501882A JP S5954917 A JPS5954917 A JP S5954917A
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

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】 a)技術分野 本発明は回転する物体の回転位置や回転速度及・び移動
する物体の移動位置や移動速度等をディ□ジタル量どし
て検出するディジタル移動検出装置に:関する0   
             □b)技術的背景及びその
問題点・  □□ 従来の回転体の速度検出には直流発
電!幾と同じ構造をもつ速度発電機が弔いら、Fl、、
回転体の位置検出には回転体の軸に結合さルたボテンン
ヨメータが用い1られている。又、直線移動体の速度・
e位置の検出は歯車等により回転運動に変換した後、同
様な方法で検出している。     、 ′この様にし
て検出され、た速度や位置の信号は速度制御や位置制御
のフィードバック1言号としで用匹られることが多い。
これ等の制御回路がアナログ回路で構成されて込る場合
には上記険・出・信号は   □アナログ信号として検
出されるので制御に適してパフ−1,お晶7,2二l’
S17 d−pユ品ムー□ 進歩によシ、ディジタル回路で、制御回路が構成さ′ 
□、。
れ非常に高い精度と安定性、を待った速度制御や位 □
置制御が容易に実現できる様吟すってきた。ディジタル
回路はアナログ回路に対し、上述の利点がある他に調整
要素も少なく、マイクロコンピユー、りを用いることに
よ)I!!品価袴、を安くできる等の多くの利点を持っ
ている。
ディジタル叩路によ多速度や、位置の制!、を行なう場
合、フィードバック信号:・もディジタル信号として検
出する必要がある。この場合、アナログ信号で検出した
信号をアナログ−ディジタル変換器(以後A/D変換器
とする)によりディジタル信号′に変換して用いる方法
もあるが、一般に検出した最初のアナログ信号の精度、
安定性がディジタル回路の精度、安定性よシも劣るため
ディジタル回路で構成した利点が半減する。又速度発電
機やポテンショメータは機械的な摺動部分かあシ保守。
シ坐隼に対する費用が多い欠点がある。
い叩転神度や回転位置を直接ディジタル量として検”爪
1’−tL□□鬼方法として回転速度に比例した周波数
を出:力する周波数発電機や回転パルス発生1器等があ
:名。この場合ディジタ−回路の特長を活11:’ シ
た高精度の制御の検出信号として用いるためには1回転
当りの検出パルス数をかなり多くすることが必要となる
。例えば960rr)m(=16rps)の回転速度を
10”g o−v−yプリyf!隔’t’1227)、
・即ち約0.025%(=2−”)の分解能で検出する
ためには1回転当り25,600バヤスの回転パルス発
生器を必要とする。・     。
又、この場合の96Orpmに於る出力パル・ス周波数
は4QQKHz以上になシこのパルス信号を回転パルス
発生器から制御装置まで伝送することも容易でなくなる
。更にこの様な回転パルス発生器は非常に精密な構造と
なるため取扱いが難しく、父高価になる等の問題がある
C)発明の目的 本発明は上記事情に@享てなされ、位置や速度を短時間
のサンプリング時間に於て、高い分解能でディジタル的
に検出し、しかも信号の伝送や取扱いの容易なディジタ
ル移動検出装置を提供することを目的とする。
d)発明の概要 本発明は多相の一次巻線と単相の二次巻線を有し前記−
次巻線及び前記二次巻線のいずれか一方の巻線を被検出
体に結合したシンクロ電機と、前記−次巻線に多相の励
磁信号を印加する励磁回路と、一定の周波数の第1の二
相信号を発生する基準信号発生回路と、前記二次巻線に
誘起する誘起信号から90°位相の異なった移相信号を
得る移相回路と、前記誘起信号と前記移相信号小ら成る
第2の二相信号を前記第1の二相信号と位相、を比較し
位相差に応じた位相差信号を出力する位相比較回路と、
前記位相差信号に応じた:電圧信号を出力する制御増幅
器と、前記電圧信号に応じた周波数のパルス信号を出力
する電圧−周波数変換回路と、前記パルス信号を計数し
ディジタル信号を出力する分局器を具備し、前記ディジ
タル信号を前記励磁回路に入力して前記励磁信号の周波
数を前記位相差信号が零となる様に制御し、前記・くル
ス信号または前記ディジタル信、号から前記被検出体の
速度または位置等を高い分解能のディジタル量で追従性
良く検出するディジタル移動検出装置である。
e)・発明の実施例″ □ 以下本発明を図面を参照して説明する。□  −第1図
は本発明の構成による一実施例の回路構成図である。同
図に於て、−1Oはシンクロ、電機を示し、□固定子側
に2相の巻線1’l、”12を持ち回転子側に単相の巻
線13とこの巻線13に発生した電圧を取り出すための
、< IJツブリング14及びブラシ15を持つ。回転
子は図示しない被回転検出体と機械的に結合している。
20は回転子の巻線13に誘起した正弦波状の誘起電圧
の位相を90°。
遅らせる移相回路、30は、一定周波数のたがいに90
’位相の異な□った二相の正弦波信号を発生する基準信
号発生回路、40は回転子巻線13□に誘起した誘起電
圧と移相回路20の出力信号との二相正弦波信号と、基
準信号発生回路30の出力の基準二相正弦波信号とを入
力し、その位相差に応じた位相差信号を出力する位相比
較回路、′5oは位相差信号に応じた電圧信号を出力し
低域r波作用を合わせ持つ制御増幅器、6oは制御増幅
器5゜の出力電圧に応じた周波数のパルス信号を発生す
る電圧−周波数変換器(以後Vβ変換器とする)、70
はV/F変換器6oの出力パルスを計数する分周器、8
0は分周器70の計数値をディジタル入力信号としてそ
れに応じた正弦波と余弦波の2相正弦波信号を発生しシ
ンクロ電機1oの固定子側に有す乙巻線11.’ 、 
12を励磁する励磁回路、・′9゜は基準信号発生回路
30からの基準信号をタイミング入力信号としその立下
シ時刻に於る分周器7゜の計数値を記憶するラッチ回路
;100はラッチ回路90の記憶信号をとシ入れ位置制
御や速度制御のための演算、制御などを行う妥イクロコ
ンピュータである。
上述構成に於て、制御増幅器5oの出力電圧に応じた周
波数のぶルスをVIF変換器60から出力しこのパルス
を分周器70で計数して後述する励磁信号の峨気角(以
下単に位相と呼ぶ)θ。のディジタル信号とする。従っ
てこのθ。め値は制御増幅器50の出力電圧に応じた早
さで刻々変化するディジ夛ル信号、8:邊る。このディ
ジタル信号θ。を入力として励磁回路80は91・nθ
o 、!:Cosθ6の位相―係を有す名文流遡圧を出
力し前述め励磁信号とする。この励磁信号はシンクロ電
機10の内定子側の巻線11をsinθ。で、巻線12
をcoae町で励磁する。このとき、固定子側巻[陳と
回転子相巻線との回転位置関係が第′1図に示した様に
θだけ異なってbると回転子側の巻線′]3からcos
(θ。−〇)の位相関係を有する交流電圧が誘起する。
この誘起電圧は移相回路20で90°だけ位相が遅らさ
れでgin(θ。−θ)の信号が得られる。・一方、基
準信号発生回路3力からはcost’、 5ino”の
信号が出力され、位相比較回路40はこれらの信号を入
力として(1)式の演算を行ない、5in(θ1−(θ
0−θ))に応じた位相差信号を出力す石。
sinθ”、・cos(θ。−θ)−coae”−5i
i(θ。−θ)−sin(θ“−(θ。^θ))″  
        □     ・=−1’ (1)この
位相差信号を制御増幅器50によシ制御増幅し電圧信号
で出力する6制御増幅としては一般に比例積分動作を用
する。この場合−位相差信号が正のときは出力が増大し
、逆に、負のときは減少し、ちょうど零のときは出力が
変化せずそのときの値で一定に保つ様に動作す・る。こ
の制御増幅器50の出力電圧’i V/F変換器60に
入力し、電圧の大きさに比例した周波数のパルス信号に
変換する。このパルス信号を分周器7oにょル計数し前
述の励磁信号の位相θ。を与えるディジタル信号として
励磁回路8:0に入力する。以下前述の様にsinθ0
.Cogθ0の二相の励磁信号を出力してシンクロ電機
10の固定子側巻線・11.12・・を励磁し、信号が
一巡する閉ループを構成する。
この−巡する信号によルシンク、口電機10の回転子□
側巻線I3の誘起電圧の位相(以下単に(θ。
−〇)とするつけ基準信号の位相(以下単にθ“とする
)と等・しくなる様に制御される。例えば(θ0−θ)
がθ”よシ遅れたとき位相差信号5in(θ“−(θ。
−〇))は正となシ、制御増幅器50の出力電圧が増大
しV/F変換器60の出力パルス周波数が増加する。
これにより分周器70から出力するディジタル信号θ。
の変化する□速度、即ち励磁信号の周波数は、θ”の□
変イヒする速度、即ち基準信号め周波数より高ぐ□なカ
ー (θ0−θ)はθ“に等しくなる方向(進み位  
  □相)に制御される。父、逆に(θ。−〇)がθ“
よ・1進、、−8ケ9え831.ワ、えゆe6.o。I
B l;13 A k  リス周波数が減少して励磁信
号の周波数は基準信吟の周波数よ・O低くなり(θ。−
θ)はθ“に等しくなる:方向(遅れ位相)に制御され
る。又、(θ0−θ)とθ1が等L〈な五ば制御増幅・
器50の出力電圧は−1′定の□値を保ち励磁信号の周
波数は基準信号の周波数に等し・く(θ0−θ)□とθ
+b(キのまま等しい状態を保つ。
―示しなら被回転検出体が回転して回転子側巻線1:3
が回転し固定子側巻線との回転位置関係θが変・化する
と以上に述べた制御動作が行なわれ常    □に(θ
。−〇)とθ”が等しい状態に制御される。 ・   
 □上述の様に2つの信号の位相を比較して所定め位相
関係に制御する一巡の回路構成を一般Vこフエ−ズロッ
クドルーブ(以下PT、Lとする)と呼び、本発明はこ
のPLL内にシンクロ電機を含んだ構成としている。 
        。
この様にθが変化しても(θ0−〇)とθ“が常に等し
く制御されるのでθ。即ち分周器7oの計数値は(θ“
+θ)に等しいディジタル値に制御することになる。従
って基準信号の位相θ”と分周器7oの計数値(θ“十
θ)を読みとシ差を求めれば回転位置θ・を求めること
ができる6 第1図の実施例では周期関数であることを利用して基準
信号発生回路30から出力されるθ”が零の時刻で変化
するタイミング信号によシ、その時刻に於る分周器70
の計数値をラッチ回路90に記憶して差を求める操作を
行うことなく直ちに回転位置θを求めている。このラッ
チ回路90をマイクロコンピュータ100の入力回路に
接続し、ラッチ回路90に記憶した回転位置θをマイク
ロコンピュータ100が読みとる。又、回転速度は一定
時間の回転位置の変化から求めることができ、基準信号
は一定周波数を用いるのでこの周期を一定時間として使
用する。
基準信号発生回路30からのタイミング信号音マイク!
コンビ、ユータ100に割込信号として入力し、その時
刻でマイクロ戸ンビュータ100は割込プログラム全実
行開始し回転速度を求めることができる。      
・ このときの割込プログラムの70−チャートを第2図に
示す。割込が行なわれるとマイクロコンピユー410Q
はラッチ回路、90に記憶した回転位置θを読み込みこ
れをレジスタ人にストアする。
レジスタBには前回の割込で読み込んだθがストアされ
ておりレジスタBの値からレジスタAの値を引き算して
前回の割込から今回の割込までの時間のθの変化、即ち
回転速度を求めてレジスタCにストアする。その後レジ
スタA +Cストアしている今回入力したθの値をレジ
スタBに移して次回の割込の準備をし、リターンして割
込プログラムを終了する。結果としてレジスタBに現在
の回転位置、レジスタCに現在の回転速度がス、ドアさ
れる。   。
以上、本発明の構成と作用を原理的に説明したが、更に
詳細に具体的設計数値を示して説明する。
被回転検出体の最大回転速度が1920 rpm s回
転位置の検出分解能が15ビット1.即ちrll(中Q
、Q Oaチ)の実施例について説明□する。回転位置
の検出分解能から分周器70け15ビツトの、カウンタ
を用い一分周比Nを・32.7138 (= 2” )
とする。。
被回転検出体の回転角速度ω(=ctθ/dt)と励磁
信号の角速度ω。(=dθ。/dt)及び基準信号の角
速度ω責−aO″/dt)との関係は、各位相θ、θ。
、θ1の関係、と同様に常に(ω。−ω、、)は♂に等
しく制御される。
従ってω。=ω”十ωとなシ又、各角速度ω、ω。、、
ω”に対する各周波数t、t、、t”は比例関係にラシ
、正転と逆転を考慮するとf。け(f“−f)から(f
″十fの間で変化する。ここで被回転検出体の最大回転
速度が192Orpmからfmax=、32Hzとなシ
:、変化する励磁信号の周波数f、が零または負になら
ない様に基準信号の周波数f“を、128Hzに選定す
る。V/F変換器60は分周器70の分周比Nを32,
768としたので励磁信号の最大周波数(12,8+3
2Hz :)倍した値の約5.3MHzの最大周波数を
出力可能なものを選定する。ラッチ回路90は分周器7
0’、!:同・じ15ビツトのものを選定する。
第3図に励磁回路80の詳細ブロック図を示す。
分周器70から出力する15ビツトのディジタル信号θ
。・′(=θ十〇)の内、上位8ビツトをリードオンリ
メモリ81.・82のアドレスに入力する。リードオン
リメモリ81にはアドレス人力θ。に応じてginθ。
を出力する関数を、・リードオンリメモリ82にはCO
Sθ0を出力する関数を書き込んでおく6従って各リー
ドオンリメモリ81.82の出力からディジタル信号θ
。の上位8ビツトに応じてsinθ。・。
CQ8θ。に・変換された8ビ、ットのディジタル信号
が出力される。このディジタル信号をディジタル−アナ
ログ、変換器(以後D/A変換器とする)s3.s4に
よ)2相の正弦波として、アナログ店号に変換する。こ
のアナログ信号を低域r波回路85.86に入カル、デ
ィジタル信号によ多発生する階段状の波形をなめらかに
して励□磁信号とする。この様に低域f波回路85..
86の作用により15ビツトのディジタル信号θ。の下
位7ビツトを省略し、す・−ドオンリメモリは256バ
イトの小さな容量のものを用いるととができる。□ ・
       −パ第41に移相回路20の詳細を示す
。これは全域フィルタ回路とも呼ばれる公知の回路で低
域フィルタ回路21、□増幅器22、減算器23で構成
される。低域フィルタ回路21の遮断周波数を人力する
正弦波の周波数に等しく選ぶと出力は入力の正弦波に対
して位相が45°遅れ、振幅が17fの正弦波信号とな
る。この出力を増幅器22により2倍に増幅し、□さら
に減算器23により入力の正弦波との差を取る。入力の
正弦波をC05(θo−’θ)とす石と、移相回路20
の出力は(2)式・の関係から5in(θ。−〇)とな
るd 基準・信号発生回路30の詳細ブロック図を第5図に糸
すみこの基準信号発生回路30は前述励磁回路80と類
似の回路で、水晶撮動子31を具備した水晶発振回路3
2の出カッくルス信号を力☆ン夛”h3によって計数し
、その計数値、即ち基準信号め位相j4fをmin関数
、cos関数を蓄き込んだリードオジリ1タモリ34”
、” 35のアドレスに入力する様に構成するみ  □ □位相比較回路40の詳細ブロック図を第6図に示す。
同図中、41.4′2は5in(θ〇−θ)、cos’
(θ′0−θ)めアー7−占グ信晦と、s iir a
” 、 cos O”(Dディジタル信号を人力とl〜
、夫々乗算して8inθ“・cm’s (Wo−θ)。
cose+・!110(θ。二〇)のアナログ信号を出
力す名乗算形り/A女7器(例え・ばアナログ信号くイ
セズ社のAD’?’523廊)である。43は乗算形r
>7A変換器41゜□420出力信出力差を演算して5
in(θ“−(θ。−〇))の位相差信号を出力する減
算器で構成する・      :以上に述べた本発明に
よる具体的設計値によれ   □ば、回転位置の検出は
7.3’msのサンプリング時間毎に゛1回転に対し1
5t?>)のディジタル値として得られ、又、回転速度
の検出は最大回転速度が96Orpm(=i6rps)
の場合、7.3msのサンプリング時間毎に1/8回転
(−2−8回転)するので最大面   □転速度に対し
1セビツトのディジタル値として得゛   られるディ
ジタル移動検出装置を提供することができる。
第7図は回転速度をディジタル値で検出する他の実施例
である。第7図中、第1図と同じ符号は同一物であ、i
)、110が本実施例で新たに付加した速度検出回路で
ある。この速度検出回路110は、V/F変換器60の
出力パルスを計数する15ピッ111’、!:、カウン
タ111をクリアする単安定1マ省チバイプレータ11
2と、カウンタ111の計数値蕃記憶するラツ、チ回路
113で構成する。
上記構成に於て、カウンタ111はV/F変換器60の
出力パルスを計数す仝。ラツ=回路1!3 B4準信号
発生回路30から9基信号号を記憶タイミング入力とし
、基準信号の立下〕時刻に於るカウンタa、11の計数
値を記憶する。カウンタ111はその直後に単安定マル
チバイブレータ112からの出力パルスによシ計数値を
クリアしJ再度零から計数を始める。この場合、記憶す
るタイミングとクリアするタイミングは単安定マルチバ
イブレータ112の微少遅れ時間に動作させる。
前述設計数値例と同様に基準信号の周波数を12dHz
、□分周□器70を15ビツトとして、向□転速度が(
i’60 rpm (= 116 rps )の場合、
V/F’変換器60の出力バル、Xの周波数□は471
’8.5’12Hz (=32,768’xC128+
16)H2)どなる。□この出カッ(ルスを□サンプリ
ング時間7.13m’s□・(=1/1′28S)の量
計数とす名と36.864の□計数値となるがカウンタ
111は15レット即チ32,768でオーバーフロー
ーするため残シの4096がラッチ回□路】13に記憶
される。又、回転速度が逆転して9’6orpmの場合
、V/F変換器60の出力パル反の周波数は3,670
,016H’z’(−=32.76’8X(128−1
6)H2)となシ、サンプリング時間7.8rns間の
計数値は28,672でオーバーフローは化しない0 ここでディジタル値を扱う場合、一般の場合と同様にフ
ルスケールの1/2ま・では正の数として扱いそれ以上
は負の数として扱うので28,672は−4,096と
して扱われる。
この様に本実施例によれば、速度検出回路110を付加
することによ)回転速度がディジタル値去して検出でき
るゆで、アイ、り四コ、ンビュータ100はこのディジ
タル値を単−読みとる声は工準算を行う必要がなく、ソ
フト処卯の負相を軽減したディジタル移動検出装置を提
供する9六ができる。。
環上に説明した実施例ではシイクI:!電機9固定子側
を一次巻線として励磁信号を印カリし1.回輯予側を二
次巻線として信号、:を取シだす様に構成したが、逆、
に回転子側巻線を二次巻線、一定子側を二次巻線として
構成しても同様な効果、、を、得ることができる。又、
シンクロ電機の回転子側巻線から信号を取)だすスリッ
プリングとプ?シの代りに回転変圧器を用いてブラシレ
ス化1. f@ 77ンク、口電機を用いたデジタル移
動検出装置とすることもできる。   、・ f)発明の総合的な効果 以上説明の様に本発明によれば、シンクロ電機の回転子
の動きに追従するPLLが正弦関数演算によシ連続的に
行なわれ、被検出体の位置や速度を追従性良く高い分解
能でディジタル量として検出するディジタル移動検出装
置を提供することができる。・、・   、″    
  □、また、・、二次巻線が単相の安価で小形なシン
クロ電機を用いることができ、シンクロ電機のみを被検
出体の近くに設置すれば良く悪環境でも、使用すること
ができ、検出部とシンクロ電機との間の信号伝送線は低
い周波数を用いることが可能となシ信号の伝送や取扱い
を容易に行なうことができ、信頼性も高い。、   ・ 前述説明、の実施例ではいずれもシンクロ電機は極対数
=1の場合を示したが、これを極対数=m(m>、、1
)の多極対数のシンクロ電機とすることによ・り機械的
な回転位置θに対して電気的な回転位置をm倍のm・θ
とすることができ、検出分解能も1/m倍となシさらに
検出精度の向上したディジタル移動検出装置を提供する
ことができる。
□又シン’j:/”ai!機は回転形シンク・−4機で
説明したが、これを直線形シンクロ電機として直線移動
における位置や速度を直接的にディジタル値で検出する
ディジタル移動検出装置も提供できる◇4、図面の簡単
な説明          。
第1図は本領間のディ、ンタル移動、横用装置の一実施
例、を示すブロック図1.第2図は速度を求める。
ためのフローチャート、第3甲は励磁回路80の詳細ブ
ロック図、第4図、は整相回路7.0の詳細ブロック図
、第5図は基準発生回路の詳細ブロック図、第6図は位
相比較回、、路の詳岬ブロック図、第7図は速度を検出
する本、発明の他Ω実施例によるディジタル移動検出装
置である。 、  。
10−・・シンクロ電機  20・・・、移、、相回路
30・・・基準発生回路  40・・・位相比、較:回
、、路  。
50・・・制御増幅器   60・・電生−周波数変換
器70・分周器     、80・励、磁回路・90・
・・位置検出回路(う、ツチ回路)、。
1.00・・・マイクロコンピュータ 110・速度検出回路 □ (7317)  代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (
ほか1名)第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 多相の一次巻線と単相の二次巻;腺を有し前記−次巻線
    及び前記二次巻線のいずれか一方の巻線を被検出体に結
    合したシンクロ電機と、前記−次巻線に多相の励磁信号
    を印加する励磁回路と、一定の周波数の第1の二相信号
    を発生する基準信号発生回路と、前記二次巻線に誘起す
    る誘起信号から90°位相の異なった移相信号を得る移
    相回路と、前記誘起信号と前記移相信号から成る第2の
    二相信号を前記第1の二相信号と位相を比較し位相差に
    応じた位相差信号を出力する位相比較回路と、。 前記位相差信号に応じた電圧信号を出力する制御増幅器
    と、前記電圧信号に応じた周波数のパルス信号を出力す
    る゛電圧−周波数変換回路と、前記パルス信号を計数し
    ディジタル信号を出力する分11il器を具備し、前記
    ディジタル信号を@記励磁回路に入力して前記励磁信号
    の周波数を前記位相差1ぼ号が零となる様に制御し、前
    記パルス信号または前記ディジタル1言号から前記被検
    出・本の移動を検出す不ことを特赦としたディジタル移
    動演出製装置。
JP57165018A 1982-09-24 1982-09-24 デイジタル移動検出装置 Granted JPS5954917A (ja)

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