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JP4178627B2 - 演算回路及び3相信号最大振幅検出方法 - Google Patents

演算回路及び3相信号最大振幅検出方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は3相信号をディジタル値に変換し位置を検出する位置検出装置の3相信号最大振幅検出回路に関し、特に3相信号の最大振幅値を検出する3相信号最大振幅検出回路及び3相信号最大振幅検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
3相の信号を入力し、これをアナログ・ディジタル変換(以下、A/D変換とする)回路によりディジタル値に変換し、この値を用いて近似値直線から距離を検出する位置検出装置がある。
【0003】
このような位置検出装置の位置検出方法について説明する。図3は、位相が120度異なる3相信号の波形を示した図である。例として、信号の1周期を6分割し、振幅値を近似値直線として距離を検出する方法について説明する。例えば、1周期(sinθ)を264μmとすると、1周期は、44μmに6分割される。この時、振幅値は、図1に示したように直線で近似することができる。点aについてみると、点aの近似値直線における距離は44μmであり、A/D変換により得られた振幅値(この場合、sin(θ―120))の値を先ほどの距離44で割ることにより、1μmについての値が得られる。
【0004】
この検出方法は、振幅を距離に換算しているため、振幅の最大値の検出が必要である。最大値が正確に検出できないと、位置精度に誤差が生じる。
最大振幅値の検出方法として、例えば、サンプリングを行う方法がある。図4は、信号の波形とサンプリングの関係を示した図である。所定のサンプリング周期で信号をサンプリングし、サンプリングした値の中から最大のものを最大振幅値とする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の位置検出装置では、振幅の最大値を確実に検出することが難しいという問題がある。
【0006】
上記説明のように、所定のサンプリング周期でサンプリングを行って、最大振幅値を検出する方法では、サンプリングの周期と信号を検出するセンサーの移動速度との関係が重要となってくる。図4に示したように、信号の波形に対してサンプリング周期が適当でない場合、必ずしも最大振幅値を検出するとは限らない。例えば、最近のA/D変換回路は、デルターシグマ型がコストも安く主流になっている。しかしながら、サンプリング周期は比較的長くなり、確実に最大値を検出するには、センサーの移動速度を下げなければならないという問題がある。また、センサーの移動速度を上げるためには、高速のA/D変換回路を用いればよいが、これはコストアップにつながる。
【0007】
また、出荷時やセンサー交換時に、予め最大値を検出させ、記憶させる方法もあるが、実際の測定時には電源のオン/オフや、電源変動、経年変化などにより、最大振幅値は、多々、変化を起こしている。このため、自動補正される最大振幅検出回路が望まれていた。
【0008】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、確実に最大振幅値を検出する3相信号最大振幅検出回路及び3相信号最大振幅検出方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、120度ずつ位相のずれた第1信号、第2信号及び第3信号からなる3相信号の正弦値、又は余弦値を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル値に変換し位置を検出する位置検出装置の演算回路であって、上記3相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値を比較する比較手段と、前記比較手段により3信号のうちのいずれか2信号の値が一致したとき残りの1信号の値の絶対値を取得する最大振幅値決定手段と、を有し、前記比較手段は、前記第1信号と前記第2信号を比較し一致したときに出力を反転する第1コンパレータ回路と、前記第1信号と前記第3信号を比較し一致したときに出力を反転する第2コンパレータ回路と、前記第2信号と前記第3信号を比較し一致したときに出力を反転する第3コンパレータ回路とを有し、前記最大振幅値決定手段は、前記第1コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第3信号の信号値をホールドして前記第3信号の最大振幅値として出力する第1サンプリングホールド回路と、前記第2コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第2信号の信号値をホールドして前記第2信号の最大振幅値として出力する第2サンプリングホールド回路と、前記第3コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第1信号の信号値をホールドして前記第1信号の最大振幅値として出力する第3サンプリングホールド回路とを有することを特徴とする演算回路、が提供される。
【0010】
このような構成の位置検出装置の演算回路は、比較手段により3相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値が比較され、3相の信号のうちのいずれか2信号の値が一致したか否かが検出され、その結果が最大振幅値決定手段に出力される。最大振幅値決定手段は、3相信号のうちのいずれか2信号の値が一致した場合、残りの1信号の値の絶対値取得して最大値として記憶、あるい次処理ブロックへ出力する。
【0011】
また、120度ずつ位相のずれた第1信号、第2信号及び第3信号からなる3相信号の正弦値、又は余弦値を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル値に変換し位置を検出する際に、前記3相信号の振幅の最大値を検出する3相信号最大振幅検出方法であって、前記第1信号と前記第2信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第3信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第3信号の最大振幅値として出力する第1ステップと、前記第1信号と前記第3信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第2信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第2信号の最大振幅値として出力する第2ステップと、前記第2信号と前記第3信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第1信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第1信号の最大振幅値として出力する第3ステップと、を有することを特徴とする3相信号最大振幅検出方法、が提供される。
【0012】
このような手順の3相信号最大振幅検出方法は、3信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値を比較して、3信号のうちのいずれか2信号の値が一致したか否かの検出が行われる。その結果、3信号のうちのいずれか2信号の値が一致した場合、残りの1信号の値の絶対値取得されて最大値として記憶、あるいは次処理工程へ出力される。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
ここで、本発明の原理について、図3を用いて説明する。上記説明のように、図3は、位相が120度異なる3相信号の波形を示した図である。例えば、点aを右から左に移動する場合、最大値、
SIN(θ―120)=1
は、θ=210°、となる。
【0014】
この時、残りの2信号の値は、それぞれ、
SIN(θ)=SIN(210)=−0.5
SIN(θ+120)=SIN(−30)=−0.5
となる。
【0015】
つまり、SIN(θ)=SIN(θ+120)の時、SIN(θ―120)は、必ず、絶対値で最大値となる。
他の組み合わせの場合も同様であり、2信号の値が一致した時、残りの1信号は最大振幅値となる。このため、3相信号のうちのいずれか2信号の値が一致した時、残りの1信号の値を最大振幅値とすることができる。
【0016】
上記説明の原理を適用した本発明の実施の形態である3相信号最大振幅検出回路及び3相信号最大振幅検出方法について説明する。
図1は、本発明の一実施の形態である3相信号最大振幅検出回路のブロック図である。本発明の一実施の形態である3相信号最大振幅検出回路は、3相信号をサンプリングしA/D変換するA/D変換回路11、12、13と、A/D変換された信号値を処理する演算回路20とから構成される。演算回路20は、A/D変換された信号値を比較する比較手段21と、比較手段21の結果に応じて最大振幅値を決定する最大振幅値決定手段22とから構成される。
【0017】
A/D変換回路11は、所定のサンプリング周期でsin(θ+120)の信号をディジタル値として取り込み、比較手段21に出力する。同様に、A/D変換回路12はsin(θ)の信号を、A/D変換回路13はsin(θ−120)の信号を、所定のサンプリング周期でディジタル値として取り込み、比較手段21に出力する。演算回路20は、サンプリングした信号の値を用いて最大振幅値を検出する機能を有する処理回路であって、CPU、処理プログラムが記録されたメモリ(ROM等)、及びデータ一時保存用のメモリ(RAM等)等から構成される。比較手段21は、A/D変換回路11、12、13によってディジタル値に変換された3相信号の値を入力し、入力したサンプリングデータのうち2信号の値が一致しているかどうかを比較して調べる。一致していた場合には、一致したことを最大振幅値決定手段22に出力する。最大振幅値決定手段22は、2信号の値が一致したという情報を入力した場合、残りの1信号のサンプリングデータを比較手段21から取得し、最大振幅値とする。
【0018】
このような構成の3相信号最大振幅検出回路の動作及び3相信号最大振幅検出方法について説明する。120度位相が異なる3相信号は、適当なサンプリング周期毎に、A/D変換回路11、12、13によりディジタル値のサンプリングデータとして比較手段21に出力される。比較手段21では、この3相信号のサンプリングデータを比較し、2信号の値が一致しているかどうかを調べる。一致していた場合は、最大振幅値決定手段22は、残りの1信号のサンプリングデータを最大振幅値として記録する。あるいは、次の処理ブロックへ出力する。このように、3相信号のうちの2信号の値が一致した時点、すなわち、残りの1信号の振幅値が最大となる時を知ることにより、確実に最大値を検出することが可能になる。また、例えば、前後のサンプリングデータを比較して最大値を検出していた従来の方法に比べ、サンプリング周期毎に生成されるデータで処理を行うことが可能であり、比較のためのデータを記録するメモリを必要としない。このため、最大振幅値を検出するための部品を新たに付加する必要がない。
【0019】
次に、本発明の一実施の形態として、コンパレータを用いた3相信号最大振幅検出回路について説明する。図2は、本発明の一実施の形態であるコンパレータを用いた3相信号最大振幅検出回路のブロック図である。この3相信号最大振幅検出回路は、3相信号のうちの2信号の値を比較するコンパレータ回路30と、コンパレータ回路30が2信号の一致を検出した場合、残りの信号の値を保持するサンプリング・ ホールド回路40と、ホールドされたサンプリング・ データを選択する切り替え回路50と、切り替え回路50により選択された信号値をA/D変換するA/D変換回路10と、切り替え回路50に制御及び最大振幅値の処理を行う演算回路60とから構成される。
【0020】
コンパレータ回路30は、比較手段であって、3相信号のうちから2信号を選択するすべての組み合わせに対応するコンパレータ31、32、33とから構成されている。コンパレータ31は、sin(θ+120)とsin(θ)の2信号を入力し比較する。コンパレータ32は、sin(θ+120)とsin(θ−120)の2信号を入力し比較する。コンパレータ33は、sin(θ)とsin(θ−120)の2信号を入力し比較する。各コンパレータ31、32、33は入力した2信号の値を比較し、一致していれば出力信号の状態を反転させる。出力は、各コンパレータ31、32、33に対応するサンプリング・ホールド回路41、42、43に接続している。
【0021】
サンプリング・ ホールド回路40は、最大振幅値決定手段であって、コンパレータ31、32、33に対応するサンプリング・ ホールド回路41、42、43とから構成されている。各サンプリング・ホールド回路41、42、43は、対応するコンパレータの出力と、対応するコンパレータに接続されていない残りの1信号に接続している。例えば、サンプリング・ホールド回路41の場合、対応するコンパレータ31の出力と、コンパレータ31に入力していない、sin(θ―120)に接続している。同様に、サンプリング・ ホールド回路42は、コンパレータ32の出力とsin(θ)に接続しており、サンプリング・ ホールド回路43は、コンパレータ33の出力とsin(θ+120)に接続している。対応するコンパレータの出力信号が反転する時、入力信号の値をホールドする。
【0022】
切り替え回路50は、演算回路60に従って、サンプリング・ホールド回路40の保持する値、あるいは、直接入力する3相信号値から1つを選択し、A/D変換回路10へ出力する。
【0023】
A/D変換回路10は、入力した信号値をアナログ・ディジタル変換し、演算回路60へ出力する。
演算回路60は、A/D変換回路10の出力した値を入力し、最大振幅値処理や位置検出処理を行ったり、コンパレータ回路30の信号を入力し、これに応じて切り替え回路50を操作する処理などを行う。
【0024】
このような構成の3相信号最大振幅検出回路の動作及び3相信号最大振幅検出方法について説明する。例として、コンパレータ回路31とサンプリング・ホールド回路41の動作について説明する。コンパレータ回路31は、sin(θ+120)とsin(θ)を入力し、一致しているか否かを比較している。sin(θ+120)とsin(θ)の値が一致した場合、コンパレータ回路31の出力信号の状態が反転する。サンプリング・ホールド回路41には、残りの1信号であるsin(θ―120)が入力しており、コンパレータ回路31の出力信号が反転した時のsin(θ―120)の信号値、すなわち最大振幅値がホールドされ、出力される。コンパレータ回路31の出力は、演算回路60にも入力しており、演算回路60の指令により、切り替え回路50はホールドされた最大振幅値を選択し、A/D変換回路10へ出力する。この信号値がA/D変換回路10によりディジタル値に変換され、演算回路60で最大振幅値として処理される。コンパレータ32、33も同様の動作をすることにより、最大振幅値を検出する。
【0025】
このように、3相信号のうちの2信号の値が一致した時点、すなわち、残りの1信号の振幅値が最大となる時点で、この残りの1信号の値、すなわち最大振幅値をホールドすることにより、確実に最大振幅値を検出することが可能になる。一致したときに最大振幅値を検出するので、比較する前回までの最大振幅値を記憶する必要がない。さらに、最大振幅値はサンプリング・ ホールド回路41、42、43によりホールドされるため、A/D変換回路として、安価なデルターシグマ型のA/D変換回路を使用することができる。また、さらにこの実施の形態では、切り替え回路50を設けたことにより、他の部品に比べて比較的高価なA/D変換回路が1つで済むという利点もある。
【0026】
上記の説明では、3相の信号のうち2信号を選択する組み合わせすべてのコンパレータ回路とこれに対応するすべてのサンプリング・ホールド回路を設けるとしたが、切り替え手段を設けることにより、コンパレータ及びサンプリング・ホールドを各1つにすることもできる。この場合、コンパレータ回路30を1つのコンパレータ回路、サンプリング・ホールド回路40を1つのサンプリング・ホールド回路とし、演算回路60の指令によりこれらの回路に入力する入力信号を切り替える切り替え回路を設ける。演算回路60は、現在値を入力することもできるので、移動方向を判断することにより、この切り替え回路を操作し、コンパレータ回路30及びサンプリング・ ホールド回路40に入力する信号を切り替えることにより、上記説明の3相信号最大振幅検出回路と同様の動作を行わせることができる。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、比較手段により3相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値が比較され、3相の信号のうちのいずれか2信号の値が一致したか否かが検出され、最大振幅値決定手段は、3相信号のうちのいずれか2信号の値が一致した場合、残りの1信号の値の絶対値取得して最大値として出力あるいは記憶する。このため、3相信号のうちの2信号の値が一致した時点、すなわち、残りの1信号の振幅値の絶対値が最大となる時にこの最大振幅値を検出することができる。このように、確実に最大値を検出することが可能になる。
【0028】
また、本発明の3相信号最大振幅検出方法では、3相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値が比較されて、3信号のうちのいずれか2信号の値が一致したか否かの検出が行われ、2信号の値が一致した場合、残りの1信号の値の絶対値取得されて最大値として出力あるいは記憶される。このため、3相信号のうちの2信号の値が一致する時点、すなわち、残りの1信号の振幅値の絶対値が最大となる時点を確実に検出できる。このようにして、確実に最大値を検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である3相信号最大振幅検出回路のブロック図である。
【図2】本発明の一実施の形態であるコンパレータを用いた3相信号最大振幅検出回路のブロック図である。
【図3】位相が120度異なる3相信号の波形を示した図である。
【図4】信号の波形とサンプリングの関係を示した図である。
【符号の説明】
10・・・ A/D変換回路、11・・・ A/D変換回路(sin(θ+120))、12・・・ A/D変換回路(sin(θ))、13・・・ A/D変換回路(sin(θ―120))、20・・・ 演算回路、21・・・ 比較手段、22・・・ 最大振幅値決定手段、30・・・ コンパレータ回路、40・・・ サンプリング・ホールド回路、50・・・ 切り替え回路、60・・・ 演算回路

Claims (2)

  1. 120度ずつ位相のずれた第1信号、第2信号及び第3信号からなる3相信号の正弦値、又は余弦値を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル値に変換し位置を検出する位置検出装置の演算回路であって、
    上記3相信号の正弦値、又は余弦値のディジタル値を比較する比較手段と、
    前記比較手段により3信号のうちのいずれか2信号の値が一致したとき残りの1信号の値の絶対値を取得する最大振幅値決定手段と、を有し、
    前記比較手段は、前記第1信号と前記第2信号を比較し一致したときに出力を反転する第1コンパレータ回路と、前記第1信号と前記第3信号を比較し一致したときに出力を反転する第2コンパレータ回路と、前記第2信号と前記第3信号を比較し一致したときに出力を反転する第3コンパレータ回路とを有し、
    前記最大振幅値決定手段は、前記第1コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第3信号の信号値をホールドして前記第3信号の最大振幅値として出力する第1サンプリングホールド回路と、前記第2コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第2信号の信号値をホールドして前記第2信号の最大振幅値として出力する第2サンプリングホールド回路と、前記第3コンパレータ回路の出力が反転したときに前記第1信号の信号値をホールドして前記第1信号の最大振幅値として出力する第3サンプリングホールド回路とを有することを特徴とする演算回路。
  2. 120度ずつ位相のずれた第1信号、第2信号及び第3信号からなる3相信号の正弦値、又は余弦値を所定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル値に変換し位置を検出する際に、前記3相信号の振幅の最大値を検出する3相信号最大振幅検出方法であって、
    前記第1信号と前記第2信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第3信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第3信号の最大振幅値として出力する第1ステップと、
    前記第1信号と前記第3信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第2信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第2信号の最大振幅値として出力する第2ステップと、
    前記第2信号と前記第3信号をコンパレータ回路により比較し一致したとき、前記第1信号の信号値をサンプリングホールド回路によりホールドして前記第1信号の最大振幅値として出力する第3ステップと、を有することを特徴とする3相信号最大振幅検出方法。
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