JPS6232367A - レゾルバ信号処理回路 - 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〕 本発明は交流サーボ装置におけるモータ軸角度検出器等
に適用し得るレゾルバ信号処理回路に関する。

第４図は従来のレゾルバ信号処理回路を示す図であシ、
第４図においてレゾルバ２ｏの回転子位置をθｒ　とし
、固定子巻線を励磁する第１の２相正弦波１１，１２の
位相をωｔとすると回転子巻線からは（ωｔ−θｒ）の
位相の余弦波２１が出力される。３０はレゾルバ回路で
あり余弦波２１を９０°位相を遅らせることにより、第
３の２相正弦波信号３１．３２を得る。この第３の２相
正弦波信号３１．３２と基準信号発生回路８０からの第
２の２相正弦波の位相ω＊ｔとの位相差Δθ（信号４１
）が位相差演算回路４０により求められる。

すなわちΔθ＝ω＊ｔ−（ωｔ−θｒ）の関係が得られ
る。信号４１は、ループフィルタ５０により比例積分が
行なわれ、ループフィルタ出力信号５１は電圧制御形見
振器６０に入力される。電圧制御形発損器６０は入力電
圧により出力信号角速度ωが制御される。電圧制御形見
振器６゜の出力６１はカウンタ回路７０により計数され
、その計数値７１がレゾルバ励磁位相ωｔとして用いら
れる。１０は励磁回路であり、計数値７１を入力とし、
位相がωｔの第１の２相励磁信号１１．１２を生成する
。

すなわち、本回路はレゾルバをループ内に含む周波数逓
倍のフェーズロックド・ループ（ＰＬＬ）が構成されて
いる。Δθが零となるように制御されるので、ωｔ＝ω
ｔ−θｒの関係が成り立ち、カウンタ回路７０の計数値
ωｔ（信号７１）をωｔが零の時点でラッチすることに
より、回転子位置θｒがディジタル１直として検出でき
る。

また回転速度信号生成回路９０は基準信号発生回路８０
からの角速度ω　１８号８３及び電圧制例発′−１３６
０からの角速ｐω信号６１を入力とし、これら角速度の
差より回転子速度９１を得る。（削代より免ヒ＝ω−ω
８が成り立つ）。

ｔ 前記の如くレゾルバを使用したディジタル回転検出器や
レゾルバ／ディジタルｆ侠器については例えば昭和５７
年電気学会全国大会論文５４６（黒沢良−他）や昭和５
８年電気学会全国大会論文５４０（黒沢良−他）ｌＣ記
載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来技術では回転子立直情報は、基準信号発生回路の２
相正弦波位相ωｔが零となる時点でのみ得られる。２相
正弦波泣相ω＊を及びレゾルバ励磁２相正弦波位相ωｔ
は、使用するレゾルバよシ制限を受け、一般に５　ＫＨ
ｚが上限である。

ここで、レゾルバ励磁信号周波数を５　ＫＨｚと仮定し
ても、位相が零点を通過する時間間隔はｓｏｏｏｘ２　
（ｆＩＢｅ）　＝１００（μ禦）とな、９．１００（μ
ＳＭ：）周期でしか、回転子位置情報が得られないこと
になる。

すなわち、回転子位置情報更新レートはレゾルバ励磁信
号周波数の影咎を受け、高速回転体の高精度位置検出に
難があった。

本発明はＰＬＬループ内にあるカウンタ回路の計数値情
報をレゾルバ回転子の回転角情報に一致させることによ
り、回転角情報取込みの条件を廃し、前記従来の問題点
を解消し得るレゾルバ信号処理回路を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるレゾルバ信号処理回路は、励磁信号生成り
ロッグパルスおよび計数パルスを発生する基準信号発生
回路と、前記ｌ紡磁信号生成グロックパルスを入力しレ
ゾルバ励磁用の第１の２相正弦波信号を出力する励磁回
路とＸ　Ａｉｌ記計数パルスをカウントｇ減指令により
加算カウント又は減算カウントし、カウント浮止指令に
よりカラント停止を行なうカウンタ回路と、該カウンタ
回路のカウント値と前記第１の２相正弦波信号を入力し
、カウント値によって前記第１の２相正弦波１ｇ号に位
相変り周を行ない第２の２相正弦波信号を出力する位相
変真回路と、１次側に前記第１の２相正弦波信号を入力
し、２次側から回転位置情報を含む１言号によって第３
の２相正弦波イぎ号を出力するレゾルバ回路と、前記第
２および第３の２札止弦波信号間の位相差を連続的に演
算して位相差信号を出力する位相差演算して位相差信号
を設定する位相差設定回路と、該位相差設定回路の出力
と前記位相差信号を比較し、該位相差信号が基準位相差
よシ大きい場合又は小さい場合にはカウント増減指令を
、前記位相差信号が基準位相差の範囲内にある場合はカ
ウント停止指令を前記カウンタ回路に出力する位相差判
定回路と、前記カウント増減指令と前記カウンタ回路の
カウント値１桁とを入力し、該カウント増減指令により
回転速度礪性を、該カウント値１桁の変化レートから回
転速度絶対値を得、それらを合成し回転速度信号を出力
する回転速度信号生成回路とを具備してなることを特徴
とする。

〔作用〕

（１）レゾルバの励磁は固定位相ωｔとした。（レゾル
バをＰＬＬループ外に置いた）。基準信号発生回路から
の励磁信号生成グロックパルスを用い励磁回路で生成す
る。

＋２１　Ｐ　Ｌ　Ｌループ内に位相変調回路を置き、レ
ゾルバ励磁位相ωｔをカウンタ回路計数値θゝで位相変
調をかけた２相の正弦波５ｒＮ（ωｔ−θ勺。

（２）（ωを一〇　）を発生させ、ＰＬＬの位相帰還信
号として用いたつ （３）位相差演算回路の入力はレゾルバ回転子誘起信号
を処理して得られる２相正弦波５ＩＮ（ωを一θｒ）、
可（ωｔ−０１）（但しθｒ：レゾルバ回転子回転角）
と前記位相変調回路で発生させた２相正弦波５ＩＮ（ω
ｔ−ｓ＊）、（２）（ωｔ、−０７）とし、位相情報θ
ｒ、θ“間の連続的な比較を行なう。（比較回路は従来
技術と同様であるが、入出力情報が異なる）。Δθ＝θ
ｒ−θ　中５ｒＮ（（ωｔ−ｏ＊）−（ωを一θｒ））
　＝ＳＩＮ（ωｔ−１９”）ａｍ（ωを一θｒ　）−ｃ
ａｓ（ωｔ−１９’　）　−８ＩＮ（ωを一θｒ） （４）位相差判定回路を設は前記、位相差演算回路によ
って得られた位相差Δθと別に設けた位相差設定回路か
らの基準位相差θＴＨを比較しθＴＨ＜Δθの時には、
カウント指令を、−〇ＴＨ＜Δθ〈θ丁Ｈの時にはカウ
ント停止指令を、Δθく一θＴＨの時にはカウント減指
令を発生するようにした。これにより、カウンタ回路の
計数値θ　は（θｒ−θＴＨ）＜θく（θｒ十〇Ｔｌが
満たされる様に変化する。すなわちθ　はレゾルバの回
転角情報そのものとなる。

（５）カウンタ回路は、レゾルバ回転子の回転角情報の
みを扱えば良いので可逆カウンタで構成し外部からのカ
ウント増、減、停止指令に従かい基準信号から与えられ
る計数パルスを増、減カウント及びカウント停止できる
ようにした。

（６）カウンタ回路は積分動作をしているため、計数値
を位置情報として用いる場合はカウンタ回路の増、減指
令はレゾルバ回転速度極性を、また計数値の変化レート
はレゾルバ回転速度の絶対値を示すことに着目し、回転
速度信号を生成した。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であるレゾルバ信号処理回路
の構成を示す図であり、ｓｏｏは基準信号発生回路であ
シレゾルバ励磁信号生成のだめの励磁信号生成クロック
パルス８０１と後述するカウンタ回路の計数パルス８０
２を発生＋７＋−ｈ歳体各出箭〃口、ｈパｎ、フ（１／
Ｉマ？斗６磁回路１００に入力され励磁回路ＸＯＯでは
レゾルバ励磁のための第１の２相正弦波信号１０１゜１
０２すなわちｖＩ’　８　ＩＮωｔ＊　ｖｔ　・Ｃ□　
ＧＪｔ信号信号酸生成レゾルバ２０を励磁する。レゾル
バの回転子側巻線には回転子回転角θｒに対応した信号
２１すなわちに−Ｖ、＊ｃｃｍ（ωｔ−θｒ）（ｍしに
：定数）信号が誘起される。カウンタ回路７００は前記
計数パルス８０２をカウント増減指令５００１により加
算カクント又は減算カウントし、カウント停止指令５ｏ
ｏｚにょシカラント停とを行なう。位相変調回路４００
０は該カウンタ回路７００のカウント値ｖｏ１すなわち
θ８と前記した第１の２相正弦波信号１０１，１０２を
入力とし、カウント値によって第１の２相正弦波信号に
位相ｆ憫を行なＩＡ　５ＩＮ（ωｔ−０＊）　、　ｃｏ
ｓ　（ωｔ−θ）の第２の２相互弦波信号４００１．４
００２を発生する。レゾルバ回路３ｏは前記信号２１を
入力とし増幅後９０°位相を遅らせて得られる正弦波信
号とにより、第３の２相正弦波信号３１．３２すなわち
Ｓ　ＩＮ（ωを一θｒ）、ｃｎｉ（ωを一〇で）信号を
発生する。位相差演算回路４０は、前記した第２、第３
の２札止弦波信号に含まれるθｒ。

θ８情報間の位相差を連続的に演算して、位相差信号４
１すなわちΔθを出力する。位相差設定回路６０００は
基準位相差６ｏｏｘすなわちθＴＨを出力する。位相差
判定回路５０００は、前記した位相差信号４１と基準位
相差信号６００１を比較して位相差イき号４１が基準位
相差よりも大きい場合又は小さい場合にはカウント増減
指令５００１を、位相差信号４Ｉが基準位相差の範囲内
にある場合にはカウント停止指令５００２を出力する。

ここで、カウンタ回路ｖｏｏ、（ｑ相変副回路４０００
、位相差演算回路４０、位相差判定回路ｓ’ｏｏｏはデ
ィジタル、フェーズ、ロックド。

ループ（ＰＬＬ）を成し、位相変調回路４０００の出力
である第２の２札止弦波信号４ｏｏ１　。

４００２の位相情報ωｔ−ｒはレゾルバ回路３０の出力
である第３の２札止弦波信号３１．３２の位相情報ωｔ
−θｒに等しくなるように制御される。ずなわちωを一
θ−ωを一θｒ　の関係が成り立つためθ“＝θｒとな
る。このことからカウンタ回路７θθのカウント値７０
１ずなわちθ８はレゾルバ回転子（ｅ置θτを示すこと
となる。

回転（を度１ば号生成回路９００は立４４１差判定回路
５０００のカウント増減指令信号５００１から回転速度
信号の袷性を、カウンタ回路７００の出力であるカウン
ト値７０〕の１桁分の計ａレートを周波数／電圧変換す
ることにより回転速度１言号の絶対値を得、極性及び絶
対値１八号を合成することにより、回転速；皮情号９０
１を出力する。

第２図および第３図はそれぞれ本発明の一実施例である
構成要素の具体的な「ｉ＋ｌ洛偶成を示す図であシ、第
２図は基準１菖号発生回路８００、励磁回路１００、レ
ゾルバ回路３０の回路構成を示し、第３図はカウンタ回
路７００１位相変調回路４０００、位相差演算回路４０
．位相差判定回路５　ｏ　ｏ　ｏ、位相差設定回路６０
Ｑ０、回転速度イ昌号生成回路９００の回路構成を示す
っ第２図の基準信号発生回路ＳＯＯは水晶振動子８１０
と発振回路８２０によ勺、１賎パルス８０２を発生させ
、さらに分局回路８３Ｑにてレゾルバ励磁位相ωｔの倍
の周期２ωｔを持つ励磁信号生成グロックパルス１３０
１を出力する。

励磁回路ＸＯＯは９０度位相差発生回路１１０１バンド
パスフィルタ１２　（７ｖ　Ｉ　Ｊ　（７ｉｌｌ　幅器
１４０　＊ＸＳＯとから成る。９０度位相差発生回路１
１０は、励磁信号生成クロックパルス８０１を入力し、
互いに９０度位相のずれたすなわちωｔ。

（ωｔ＋９０°）の位相関係にある矩形信号Ｚ　１１゜
１１２を出力する。バンドパスフィルタ１２０゜１３０
は中心因波斂ω／２πの帯域フィルタでちり、信号１１
１，１１２の高潤波成分を除去し２札止弦波とする。と
の２札止弦波は増幅器１４０．１５０により増幅されレ
ゾルバ励磁のだめの第１の２札止弦波信号１０１，１０
２、すなわち’ｉ’１８ＩＮωｔ、Ｖ、ｃｏｓωｔとな
る。レゾルバ回路３０は増幅器３５、移相器３６とから
成る・レゾルバ回転子に誘起上れる信号２１１／ｌｔＫ
・Ｖ、ａｍ（ωを一θｒ）で表わされるが、増幅器３５
によ、！７１／Ｋ・７８倍し、さらに９０度位相を遅ら
せる移相器３６により正弦波信号を生成する。増幅器３
５からはｃｎｓ（ωを一θｒ）信号が、移相器３６から
はＳｌ：Ｎ（ωを一θｒ）信号が得られ、第３の２札止
弦波信号が得られる。

第３図において、７００はカウンタ回路であシ、ゲート
７１０，７２０、ｎピッ：・の可逆カウンタ７３０とか
ら成る。ＳＯＺは計数パルスであり、この計数パルスは
カウント増減指令５００１が１で（カウント、″？ｉ算
指令と定義している）かつカウント停止指ｅ　５０θ２
がＯの時は、可逆カウンタ７３０のＵＰ大入力、カクン
ト壇減トＹｉ令５０θノが０で（カウント減算指令と定
義している）かつカウント停止指令５θ０２が０の時は
、可逆カウンタ７３０のＤＯＷＮ入力へ、入力される。

カウント停止指令５０ｏｚが１の時は可逆カウンタ７３
０には計０・くルスは入力されない。可逆カウンタ７３
０の出カフθ１はｎピットのディジタル信号であり、レ
ゾルバの回転位置情報がｎビットのディジタル信号で得
られる。位相変調回路４０００は、正弦波パターンＲＯ
Ｍ４１００．余弦波パターンＲＯＭ４　Ｚ　００．乗１
γ型ディジタル／アナログ変換器（以下Ｄ／Ａ　変換器
と記す）ｉｓｏｏ、４ｅｏｏ。

４７００．４８００．増幅器４３００．４４００加減算
器４９００．４９５０から成る。正弦波パターンＲＯＭ
４１００及び余弦波パターンＲＯＭ　４ＺＯＯばｎビッ
トのディジタル信号であるカウント値７０１（情報θ　
）をアドレス情報としてあらかじめ記憶させていた正弦
波８ＩＮ＋９＊、余弦波−θ８信号４１０１，４２０１
を出力する。励磁回路で生成される第１の２札止弦波０
！号１０１．１０２すなわちＶ、　８ＩＮ（ｉＪｔｌＶ
ＱＩ！！ωｔは増幅器４３００．４４００により１／ｖ
８倍され信号４４０１．４３０１すなわちＳＩＮωｔ、
ｃｏ！ωｔＭ号の信号が得られる。信号４４０１はＤ／
Ａ　ｖ換器４５００，４７００の基準電圧源として用い
られ信号４３０ＸはＤ／Ａ変淡器４６００，４８００Ｆ
）基準電圧源とじて用いられる。Ｄ／Ａ　窒り器４５０
０は、ディジタル値として、信号４１０１すなわちＳＩ
Ｎθ　が入力されているため、出力としてＳＩＮωｔＸ
ｓＩＮθ　の信号が得られる。同様にＤ／Ａ変換器４６
００は出力と（−て■ωｔＸ　ＳＩ’Ｎｏ　の信号が、
Ｄ／Ａ　Ｔ：換器４７００は出力として８１ＮωｔＸＱ
ＩＩθ４の信号が、ＶＡｉ換器４８００は出力として醍
ωｔＸ■θ　の信号が得られるー。加＄算器４９００は
Ｄ／Ａ変換′？５４７００の出力からＤ／Ａ変換器４６
θ０の出力を減算するため出力４００１として ８ＩＮωｔｘｅａａθ−−ｒｍＧ）ｔＸｓＩＮθ’＝　
ＢＩＮ（ｕ’を一θ“）の信号が得られることとなる。

一方、加減算器４９５Ｑは、Ｄ／Ａ　Ｔ　４角器４８Ｑ
０の出力にＤ／Ａ変換器４５００の出力を加算するため
出力４ｏｏｚどして ｒｎａωｔＸａｓａ＊＋ＳＩＮωｔ　ｘ　Ｓｌ：Ｎθ’
＝ｃｔｓ　（ωｔ−ｅ’　）の信号が得られる。

位相差演算回路４０はアナログ乗算器４２゜４３と加減
算器４４とから成る。アナログ乗ｎ：器４ｚには信号３
２及び信号４０θ１が入力され出力として□□□（ωｔ
−θｒ　）　Ｘ　ＢＩＮ（ωｔ−θ　）の信号が得られ
る。一方、アナログ乗算器４３には信号３Ｉ及び信号４
００２が入力され、出力としてＳＩＮ　（ωｔ−θｒ　
）　ｘ　ａ’ｍ（ωを一θ＊）ノ信号が得られる。加減
算器４４はアナログ乗算器４２の出力からアナログ乗算
器４３の出力を減算して結果として ５ＩＮ（ωｔ−θ）ｘｃｏｓ（ωｔ、−０１）　−ａｏ
ｓ＋（ａｐｔ−（Ｊ＊）　ｘＳＩＮ（ωを一θｒ）＝Ｓ
ＩＮ（（ωｔ　−４＊）−（ωｔ＝Ｏｒ））＝８　ＩＮ
（θｒ−１９＊）セθｒ−６＊−八〇情報θｒとθの偏
差信号Δθ浦号４１が得られる。位相差判定回路５ｏｏ
ｎは、比較器５１ｔｙｏ。

５２　ｏ　ｏ　ＦＶｓ　７リツプ７　Ｃ１ｙプ５３００
．増幅器５５００．ゲート回路５４００から成る。位相
差設定回路６Ｑ００はボテンシオ回路６１０Ｑから成シ
、位相差比較のための基準信号６００１すなわちθＴ１
’Ｉを出力する。比較器５１００は被比較信号として信
号４１すなわち八〇が比較基準信号として６００１すな
わちθＴＨが入力さへθＴＨ＜八〇の時には出力信号°
１°が、θＴＴＮ：１２△θの時には出力ｆＮｉ”０”
が出力される。比較器５２００は、被比較信号として信
号４ＺすなわちΔθが、比較基準信号として、信号６０
０１を増幅器５５００を用いて−１倍し、符号を反転し
た信号がずなわち一θＴＨが人力さ、７″Ｌ、Δθく−
θ？Ｈの時には出力信号＠１′がΔθ≧−・θＴｌ（の
時には出力信号″０１が出力される。

ｖＳプリップフロップ５ｓｏｏは、比較器５１００出力
が１１の時セット（カウント増）、比較器５２００の出
力が町、″の時リセット（カウント減）となり、結果と
してカウント増減指令５００１を出力する。（１１″の
時はカウント増、”０“の時はカウント減指令を意味す
る。）ゲート回路５４００は、比較器５ＺＯσ及びＳＺ
Ｏθの出力が共に１０″の時、′１”を出力しこれはカ
ウント停止指令５０θ２＜Ｌ：Ｌ、て使われる。回転速
度信号生成回路９００は周波数／′賓圧変換器９ｚＯ１
増幅器９２０、アナログ・スイッチ９．１０，９４０．
インバータ回路９５０とから成る。周波数／＠圧変換器
９１０の入力として可逆カウンタ７３０の出力信号７０
１の最小桁信号が接続され周波数／′べ圧変換器９１０
によりカウントレートがアナログ値に変換器れる。周波
数／電ａＥ変換器９１０の出力は、アナログ・スイッチ
９４０へ、またゲインが一１倍の増幅器９２０を介して
、アナログ・スイッチ９３０へ接続されている。アナロ
グ・スイッチ９３０．９４０は共にゲート信号がＪｌの
時にのみ閉略するものである。アナログ・スイッチ９４
０のゲート信号としてカウント増減指令５００１が接続
され、アナログ・スイッチ９３０のゲート信号としてカ
ウント増減指令５００１をインバータ回路９５０にで反
転させたイ言号が接続されている。これによレカウント
増減指令が１１１の時はアナログ・スイッチ９４０が閉
路し、回転速度信号９０１として周波数／電圧変換器９
１０の出力がそのまま出力されることとなる。カウント
増減指令が１０１の時はアナログ・スイッチ９３０が閉
路し、回転速度信号９０１として周波数／層圧変換器９
１０の出力の符号反転信号が出力される。

以上、本発明によれば、レゾルバ回転子角度情報は可逆
カウンタ７３０の出力に常に出力されているため、従来
技術のような取込み条件がないため、高速回転体の回転
角検出器として用いることができる。また、可逆カウン
タのカウントレートは速度情報そのものであるため容易
に速Ｕ　１ｇ号を得ることができる。たとえば、可逆カ
クンタ７３０の入力信号は、インクリメンタル・エンコ
ーグと等ｉ＋！！ｉな１ハ号としても利用可能である。

〔発明の効果〕

以上により、本発明によればＰＬＬループ内にあるカウ
ンタ回路の計数値情報をレゾルバ回転子の回転角情報に
一部させることができるため、カウンタ回路計数値すな
わち回転角信号の取込みは任意の時点で可能となるとと
もに、高速高精度回転角検出が可能となる。また、カウ
ンタ回路の計数値情報はレゾルバ回転子の速度情報のみ
と見なせるようになるため、速度信号を得ることが容易
となる等の優れた効果が奏せられるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのレゾルバ信号処理回
路の構成図、第２図および第３図はそれぞれ本発明の一
実施例としての具体的回路構成の一部を示す図、第４図
は従来例を示す図である。 ２０・・・レゾルバ、３０・・・レゾルバ回路、４０・
・・位相差演算回路、１００・・・励磁回路、７００・
・・カウンタ回路、ＳＯＯ・・・基準壇号発生回路、９
００・・・回転速度信号生成回路、４０００・・・位相
ｆ調回路、５ｏｏｏ・・・位相差ｆ４Ｊ定回路、６０θ
Ｏ・・・位相差設定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 励磁信号生成クロックパルスおよび計数パルスを発生す
   る基準信号発生回路と、前記励磁信号生成クロックパル
   スを入力しレゾルバ励磁用の第１の２相正弦波信号を出
   力する励磁回路と、前記計数パルスをカウント増減指令
   により加算カウント又は減算カウントし、カウント停止
   指令によりカウント停止を行なうカウンタ回路と、該カ
   ウンタ回路のカウント値と前記第１の２相正弦波信号を
   入力し、カウント値によって前記第１の２相正弦波信号
   に位相変調を行ない第２の２相正弦波信号を出力する位
   相変調回路と、１次側に前記第１の２相正弦波信号を入
   力し、２次側から回転位置情報を含む信号によって第３
   の２相正弦波信号を出力するレゾルバ回路と、前記第２
   および第３の２相正弦波信号間の位相差を連続的に演算
   して位相差信号を出力する位相差演算回路と、基準位相
   差を設定する位相差設定回路と、該位相差設定回路の出
   力と前記位相差信号を比較し、該位相差信号が基準位相
   差より大きい場合又は小さい場合にはカウント増減指令
   を、前記位相差信号が基準位相差の範囲内にある場合は
   カウント停止指令を前記カウンタ回路に出力する位相差
   判定回路と、前記カウント増減指令と前記カウンタ回路
   のカウント値１桁とを入力し、該カウント増減指令によ
   り回転速度極性を、該カウント値１桁の変化レートから
   回転速度絶対値を得、それらを合成し回転速度信号を出
   力する回転速度信号生成回路とを具備してなることを特
   徴とするレゾルバ信号処理回路。