JP4510887B2 - 適応制御装置、その使用、この型式の制御装置を有するセンサ、及びセンサの外乱信号を自動補償する適応方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御ループに配置された比較装置を有するセンサの外乱信号を自動補償する適応制御装置に関し、制御ループの入力値並びに補正装置の補正値が前記比較装置に供給される。

さらに、本発明は、センサの外乱信号を自動補償する適応方法に関し、この方法において、入力値は補正値と比較される。同様に、本発明は、この発明による制御装置を有するセンサに、及びセンサの外乱信号を自動補償するこの型式の制御装置の使用に関する。

センサの外乱信号を自動補償するこの型式の制御装置及びこの型式の方法は、例として、米国特許公開公報ＵＳ２００３／０１７８９８９Ａ１から知られ、ここで、センサはホールセンサである。ここで開示された制御装置は、制御ループに配置された比較装置、及び比較装置の下流に接続された計算手段を有し、その計算手段は、比較装置の出力値を結論値に変換する。結論値は、補正値を生成する補正手段に供給され、前記補正値並びに制御ループの入力値は、比較装置に供給され、入力値は補正値により補正される。前記制御装置は、センサの動作状態と関係なく動作可能である。

外乱信号は、一定であると仮定されるオフセットである。オフセットは、前記制御装置により、大部分が排除されるが、無視できない不正確さが、また、外乱信号の有用な信号に対する比に残る。さらなる不利は、一時的に変化する可能性のある外乱信号の場合、制御装置は、使用できず、また、限定された程度にのみ使用され得るということである。

外乱信号、特にオフセットを補償する知られた方法は、校正サイクル、信号の調整、及び高域通過フィルタリングによる外乱信号の偏りの補償を備える。これらの手法は、いくつかの応用例に対して使用されることができない、例えば、校正サイクルを実行することができないから、または、入力信号は長い時間にわたって一定である可能性があり、その結果高域通過フィルタがエラーを発生する可能性があるからである。

本発明の目的は、センサの外乱信号の新規で多くの応用のためのより正確な自動補償、及び一時的に変化する可能性のある外乱信号の自動補正を可能にする制御装置を提供することである。本発明のさらなる目的は、この型式の制御装置を有するセンサ、センサの外乱信号を自動補償するこの型式の制御装置の使用、及びそれにより詳細にはこの型式の制御装置が動作可能である外乱信号を自動補償する方法の提供である。

これらの目的は、独立請求項に対応する制御装置、方法、センサ並びに制御装置の使用により実現される。本発明の有利な構成は、さらなる請求項において特徴付けられる。

導入部で説明した型式の制御装置は、比較装置の下流に接続された評価手段を有し、その評価手段は、比較装置の出力値を結論値に変換する。本発明によれば、結論値及び制御ループの入力値の両方は、補正手段に供給される。

そのため、結論値だけでなく同様に加えて入力値が、補正手段に供給される。前記入力値は、補正手段により生成された補正値と同様にして、さらに、制御ループに配置された比較装置に供給される。

本発明によれば、制御装置は、また、センサの外乱信号の自動補償のために使用され、詳細には、それは自体がセンサの残りの構成部と個別にまたはセンサの動作状態に関係なく構成される可能性があるときであっても、センサの構成要素部である。

センサの外乱信号を自動補償する本発明による方法において、入力値は、補正値と比較され、比較結果は、結論値に変換され、補正値は、入力値及び結論値から生成される。本方法は、特に本制御装置の動作のために好適である。

本方法は、入力値についての補正値は、通常外乱信号を有する入力値から、並びに比較結果から生成され、同様にまた外乱信号の一部を有する可能性のある結論値から生成されるという原則に基づく。補正値がより頻度多く生成されると、後者または結論値はより正確であり、すなわち、比較結果における外乱信号の部分は、実質的に、零に向かって収束する。

そのため、入力値及び結論値の両方が補正値の生成に影響するので、本方法は、また、概略、一時的に変化する可能性のある外乱信号の自動補正に好適である。外乱信号の変更は、通常、入力値と結論値の関係が変更されることに導かれる。さらに、本方法を用いてまたは本装置により、概略、外乱信号は、実質的に完全に補償可能である。

補正値の発生は、望ましくは、結論値の基準量との比較を有する。結論値が基準量に一致する場合、結論値に割り付けられる入力値は、記憶される。入力値が基準量に対して記憶された後、補正値は、期待される関係の記憶された入力値の実際の関係との互いに関する比較から発生される。

入力値は、直接、結論値に変換されるのではなく、それらは、始めに補正値により補正されるという事実のため、同一の入力値は、通常、新規の補正値の発生の後その毎に、異なる結論値に導かれる。このことは、従って、有利に、補正値の発生について影響を有する。

本方法の１つの有利な実施形態で、それぞれの組で、少なくとも２つの入力値は、結論値に変換される。言い方を変えると、入力値は、少なくとも二値のベクトルである。

本方法の場合、結論値は、有利に、本方法の増加された正確さ及び安定性に導くことが可能である少なくとも二つの組の基準量と比較される。

本方法のさらなる望ましい実施形態で、結論値は、角度である。本方法は、有利に、詳細には、角度測定用磁場センサの外乱信号のエラー補償に好適である。

好都合に、異なる結論値に割り当てられた入力値は、互いに関する期待される関係の場合、座標式の構成を有し、中心対称の曲線に存する点に対応する。この場合、結論値に変換される記憶された入力値に対応する点は、基準値に一致し、期待される関係の場合、望ましくは原点に関して中心対称に配置される。互いに関するそのような期待される関係を有するそのような入力値は、有利に、詳細には、本方法の応用に好適である。

補正値の生成において、特に有利に、重み付け総和量は、それぞれの場合、同一の座標式または同一のベクトル成分に一致する記憶された入力値から形成される。

本方法のさらなる有利な実施形態で、補正値の生成は、フィルタによる値のフィルタリングを有する。フィルタは、特に望ましくは、ステップ関数の機能を有する。フィルタの使用は、外乱信号の大きな変動の場合、補正値を逸脱から防止することを可能にする。

特に望ましくは、結論値は、第１の補正された入力値ｘ及び第２の補正された入力値ｙから変換され、この変換は、逆正接（ｙ／ｘ）の計算を有する。

制御装置は、特に望ましくは、補正手段が、検出手段を有するように構成され、入力値を結論値に対応する形式で記憶装置に記憶する。

この目的のため、検出手段は、有利に、記憶装置に並んで、基準メモリ、及び比較器を有し、比較器は、結論値を基準メモリに記憶された基準量と比較する。

検出手段は、詳細には、有利に、そこに入力値が一時的に記憶される仮記憶バッファを有する。このため、入力値は、始めに、結果値がそれらから変換され、結果値が基準量と比較されたときであっても、なお回復可能である。

補正手段は、好都合に、補正値を記憶装置に記憶された入力値から生成する補正値発生部を有する。

制御装置の特に望ましい構成で、補正値発生部は、記憶された入力値の重み付け量を生成する累算部を有する。

有利に、補正値発生部は、追加的にまたは代替に、フィルタ、詳細には非線形フィルタを有する。

本発明は、例示の実施形態及び関連する図面を基礎として、以下に詳細に説明される。同一のまたは同一に機能する要素には、同一の参照符号が提供される。

図１の制御装置の模式の図示は、本制御装置の基本構成及び本方法の基本順序を示す。入力値ｘ_ｉｎは、補正手段３及び比較装置１の両方に供給される。補正手段３は、評価手段２により比較装置１の出力値ｘ_ｏｕｔから変換される結論値ｆを、同様に、供給される。この場合、結論値ｆは、出力値ｘ_ｏｕｔの関数である。補正値ｕは、補正手段３で発生され、前記補正値は、比較装置１に供給され、その結果、入力値ｘ_ｉｎは、補正値ｕに基づいて補正される。一例として、補正値は、入力値から減算される、すなわち、比較装置１は、例えば減算装置である。

入力値ｘ_ｉｎは、通常、一または多値のベクトル、例えばそれは二値のベクトルであり、すなわち、例えば、ｘ_ｉｎは、最大、２つの入力値または２つのベクトル成分を表す。このことは、また、比較装置１の例えば出力値ｘ_ｏｕｔに適用される。対比すると、結論値ｆは、この例で、通常ｘ_ｏｕｔの関数から計算されるか、または、評価手段２においてそのような関数に基づいてｘ_ｏｕｔから計算されるスカラーであるが、それは、また、ベクトルであることが可能である。

補正手段３は、検出手段４、並びに補正値発生部５を有する。検出手段において、入力値または入力値ベクトルｘ_０，．．．，ｘ_ｎは、結論値ｆに従属するような仕方で記憶され、補正値発生部５に供給される。結論値ｆに従属するような仕方で記憶されるべき入力値ｘ_ｉｎの選択は、もはや補正値ｕの発生における決定的なステップであり、補正値発生部５の構成に著しく影響する。記憶される入力値ｘ_０，．．．，ｘ_ｎについては、これらを選択したことによって、それぞれの場合につき、これらに割り付けられる結論値ｆもまた暗黙のうちに考慮に入れられ、そのため補正手段３に供給される。代わりに、記憶された入力値の結論値ｆまたは基準値ｆ_ｒｅｆへの割り付けは、別個の情報として明示に記憶されてもよい。

検出手段４は、例えば、図２に示される形式で構成される。それは、ｎ個の基準値ｆ_ｒｅｆが記憶されている基準メモリ４２を有する。前記基準値ｆ_ｒｅｆ及び結論値ｆは、結論値ｆそれぞれを基準値ｆ_ｒｅｆと比較する比較器４３に供給される。

結論値ｆが、ｎ個の基準値ｆ_ｒｅｆのうちの１つに合致する場合、そのとき、対応する信号は、比較器４３により記憶装置４４に供給される。この信号は、結論値ｆに割り付けられる入力値ｘ_ｉｎが、記憶装置４４に記憶される機能を有し、すなわち、入力値は、例えば、そこでそれらが一時的にバッファ記憶され仮記憶バッファ４１から記憶装置４４に供給され、そして比較器４３の対応する信号が存在する場合、記憶装置４４に記憶される。

記憶装置４４に記憶された入力値ｘ_０，．．．，ｘ_ｎは、それらを補正値ｕに変換する補正値発生部５に供給される。記憶された入力値ｘ_０，．．．，ｘ_ｎは、互いに関する期待される関係、すなわち外乱信号のないとき期待されるであろう関係を有する。しかし、現実には、入力値は、通常、外乱信号の部分を有し、その結果、互いに関するその実際の比は、期待される比と相異する。補正値ｕは、この相異に基づいて、補正値発生部５で計算される。

外乱信号は、センサの有用な信号に重なり、外乱信号は、実際に形成されたものであり、及び、例えば、結果として完成されたセンサの製作公差及び理想でない構成の結果として生じる可能性がある。外乱信号は、また、詳細には、重なりＤＣ信号、例えばオフセットを含む。

補正値発生部は、例えば、そこで入力値ベクトルｘ_０，．．．，ｘ_ｎの重み付け総和量が計算される累算部５１を有する。そのような累算部５１は、例えば、記憶された入力値ｘ_０，．．．，ｘ_ｎが、座標系において、中心点に関して、例えば原点に関して、中心対称に配置される点に対応することが期待される場合、使用可能である。このことは、記憶された入力値の互いに関する期待される関係の例である。期待される関係が実際に存在するならば、記憶された入力値ベクトルｘ_０，．．．，ｘ_ｎのこの総和量が求められると、その結果として中心点が得られなければならないことになる。実際に計算された点と中心点の差は、存在する外乱信号の基準であり、外乱信号としてのオフセットの場合、エラーベクトルに対応する。

累算部５１は、例えば係数１または係数１／ｎで分周可能な任意の重み付け総和量を形成し、ここで、ｎは記憶される入力値の数である。

累算部５１に加え、補正値発生部５は、例えば、それに累算部５１の出力値が供給されるフィルタ５２を有することが可能である。フィルタ５２は、例えば、前記補正値が再計算されるとき例えば補正値ｕの最大の変更を制限する非線形フィルタである。フィルタ５２は、それにより、補正値ｕが、フィルタ５２の入力値に従属するような仕方で、単位量で増加され、単位量で減少され、または、全く変更されない、例えばステップ関数類似の機能を有する。代替として、フィルタ５２は、また、フィルタ５２の入力値の特定の最大の大きさまで線形の特性を有することが可能であり、入力値の大きさがより大きい場合、補正値ｕの変更を最大の補正値差に制限する。制御装置もしくは制御ループの安定性はそれにより増大する。

通常、複数の成分、例えば２つの成分を有するベクトルである補正値ｕは、入力値ｘ_ｉｎと同様にして、補正値発生部５から比較装置１に供給され、入力値ｘ_ｉｎと比較される。

図３は、入力値ｘ_ｉｎの個別の成分及び補正値ｕの個別の成分の両方を示す。入力値ｘ_ｉｎは、２つの成分ｘ_ｉｎ１、ｘ_ｉｎ２を有し、補正値は、成分ｕ_１、ｕ_２を有する。入力値ｘ_ｉｎの、及び補正値ｕの第１及び第２の成分は、それぞれの組で、各比較装置１_１、１_２にて、互いに比較される。比較装置１_１、１_２の出力値は、そこで出力値が結論値ｆに変換される評価手段２に、それぞれ供給される。

図３に示される制御装置は、例えば、磁場センサ、例えばホールセンサの外乱信号の自動補償を指向しており、そのようなセンサについて使用される。この目的のため、装置は、センサ自体に組み入れ可能であるか、または別個のユニットとして実現可能であるかのいずれかである。

ホールセンサは、例えば角度の非接触測定のために使用される。ホールセンサは、電流がそれを通って磁場に垂直に流れる場合、ホール信号として、磁場における電圧信号を出力するホール素子を有する。ホール信号、すなわちホール電圧は、磁束密度、ホール電流、及びホール定数のその直角の成分の積に依存する。ホール定数は、ホール素子の感度を表し、材料に依存する。

ホールセンサは、例えば平面内に配置され、前記平面内にそれらの電流の流れに関して互いに垂直である２つのホール素子を有する。結果として、センサは、外乱信号のないとき、互いに同様に、判別されるべき角度φの正弦（例えばｘ_ｉｎ１）及び余弦（例えばｘ_ｉｎ２）である２つのセンサ信号を発生する。角度φは、例えばａｒｃｔａｎ（ｘ_ｏｕｔ１／ｘ_ｏｕｔ２）の計算により、評価手段２において出力値ｘ_ｏｕｔ１、ｘ_ｏｕｔ２から判別される。この例で、結論値ｆは、角度φに等しい。

結論値ｆは、比較器４３に供給され、それにより、結論値は、基準メモリ４２に記憶された基準値と比較される。基準値は、同様に角度であり、例えば４つの組の角度が記憶され、例えば、そのうちの１つの組の角度からなる基準角度は、互いについて１８０°またはπの差を有する。結論値ｆが基準値のうちの１つに等しい場合、そのとき、対応する信号Ｐｏｓ０乃至Ｐｏｓ７は、記憶装置４４に供給され、結論値ｆに割り付けられた入力値ｘ_ｉｎ１、ｘ_ｉｎ２は、記憶装置４４に記憶され、その場合、入力値は、例えば、図２による例におけるものと同様に、仮記憶バッファ４１にバッファ記憶され、前記仮記憶バッファ４１から記憶装置４４に供給されることが可能である。

記憶された入力値は、二値ベクトルである。これらの記憶されたベクトルは、そこでエラーベクトルＶ_ｅｒｒが計算される累算部５１に供給される。エラーベクトルＶ_ｅｒｒは、今度は、フィルタ５２に供給され、フィルタ５２により、ベクトル成分ｕ_１、ｕ_２を有する補正値ベクトルＶ_ｕに変換される。この場合、補正値ベクトルＶ_ｕは、例えば現在の結論値ｆが基準値のうちの１つに合致する場合毎に、新規に変換される。そのような場合、制御信号ＣＬＯＣＫは、フィルタ４２にそれぞれ供給される。

制御装置は、例えば、配線による論理として、及び超小型制御装置にプログラムの形態の両方で実現可能である。（デジタル）制御の実施は、専ら追加及び変更操作が必要とされるので、簡単である。

制御装置により、完全なオフセット補償は、通常の動作状態において実現可能である。このことは、オフセットの偏りが、使用されることを必要とする高域通過フィルタを用いることなく、補償されるので、特に、校正サイクルを全く必要としない。

本発明の保護範囲は、例示の実施形態に基づく本発明の明細書により例示の実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、任意の新しい特徴並びに特徴の任意の組み合わせを含み、この組み合わせは、詳細には、この特徴またはこの組み合わせ自体が、請求の範囲または例示の実施形態に明確に表されない場合であっても、請求の範囲の特徴の任意の組み合わせを有する。

制御装置の模式構成を示す。 図１に示された制御装置の詳細な模式図を示す。 制御装置のさらなる例示の実施形態の模式図を示す。

Claims (18)

1. センサの外乱信号を自動補償するための適応制御装置であって、
   補正値、及び、前記センサが発生した入力値とを供給され、当該補正値及び入力値に基づいて出力値を発生する比較装置と、
   前記比較装置が発生する出力値を供給され、当該出力値に基づいて結論値を発生する評価手段と、
   前記評価手段が発生した結論値を供給され、入力値のうち当該結論値の原因であるものを選択する検出手段と、
   前記検出手段に選択された入力値を取得して記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段が記憶する入力値に基づいて前記補正値を発生し、前記比較装置へと供給する補正手段と、
   より構成される適応制御装置。
2. 前記検出手段は、
   外乱信号を含まない入力値に基づいて発生されるべき結論値に相当する基準量を記憶する基準メモリと、
   前記評価手段が発生した前記結論値を前記基準メモリに記憶された基準量と比較し、比較結果に基づいて、当該結論値の発生に用いられた入力値の選択を行うか否かを決定する比較器を有し、
   入力値の選択を行うと前記比較器が決定した結論値につき、当該結論値の発生に用いられた入力値を、前記記憶手段へと記憶するため選択する、
   請求項１に記載の適応制御装置。
3. 前記検出手段は、
   そこに前記入力値が一時的に記憶される仮記憶バッファを有し、
   前記検出手段へと供給された結論値の発生に用いられた入力値を、前記記憶手段への記憶のために前記仮記憶バッファが記憶する入力値のうちから選択する、
   請求項１又は２に記載の適応制御装置。
4. 前記補正手段は、前記記憶手段が記憶する入力値の重み付け総和量を生成することにより補正値を発生する累算部を有する、
   請求項１に記載の適応制御装置。
5. 前記補正手段は、前記累算部が発生する補正値の最大変更量を制限するフィルタを有する、
   請求項４に記載の適応制御装置。
6. 前記センサは、２個のホール素子からなるホールセンサ、又はその他の磁場センサより構成されている、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の適応制御装置。
7. センサの外乱信号を自動補償するための適応制御方法であって、
   補正値、及び、前記センサが発生した入力値とを供給され、当該補正値及び入力値に基づいて出力値を発生する比較工程と、
   前記比較工程で発生する出力値を供給され、当該出力値に基づいて結論値を発生する評価工程と、
   前記評価工程で発生した結論値を供給され、入力値のうち当該結論値の原因であるものを選択する検出工程と
   前記検出工程で選択された入力値を取得して記憶する記憶工程と、
   前記記憶工程で記憶される入力値に基づいて前記補正値を発生し、前記比較工程へと供給する補正工程と、
   より構成される適応制御方法。
8. 前記検出工程では、
   外乱信号を含まない入力値に基づいて発生されるべき結論値に相当する基準量と、前記評価工程で発生した結論値とを比較し、比較結果に基づいて、当該結論値の発生に用いられた入力値の選択を行うか否かを決定し、
   入力値の選択を行うと前記比較器が決定した結論値につき、当該結論値の発生に用いられた入力値を検出する、
   請求項７に記載の方法。
9. 結論値の発生に用いられる入力値は、それぞれ、少なくとも２つの成分を含むベクトルをなすものである、
   請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記比較工程では少なくとも２つの入力値を供給され、それぞれの入力値について出力値を発生し、
    前記評価工程では、各前記出力値を供給され、各該出力値について結論値を発生し、
    前記検出工程では、前記評価工程で発生したそれぞれの結論値と、当該結論値が外乱信号を含まない入力値に基づいて発生されたときの値に相当する基準量とを比較し、比較結果に基づいて、当該結論値の発生に用いられた入力値の検出を行うか否かを決定する、
    請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記センサは、２個のホール素子からなるホールセンサ、又はその他の磁場センサより構成されている、
    請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 互いに異なる結論値の発生に用いられる２つの入力値は、各該入力値が外乱信号を含まない場合、１個の点対称な曲線上にある２つの点の座標を示すべき関係にある、
    請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 互いに異なる結論値の発生に用いられる２つの入力値は、各該入力値が外乱信号を含まない場合、原点に関して互いに点対称な２つの点の座標を示すべき関係にある、
    請求項１２に記載の方法。
14. 前記補正工程では、前記記憶工程で記憶された入力値の重み付け総和量を生成することにより補正値を発生する、
    請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記補正工程は、発生した補正値の最大変化量を制限するためのフィルタリングを行う工程を含む、
    請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記フィルタリングは、発生した補正値の変化量をステップ関数に代入した結果をフィルタリング後の補正値の変化量とするように行われる、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記出力値は、前記角度の正弦を示すべき第１の値と、前記角度の余弦を示すべき第２の値とからなり、
    前記評価工程は、前記第１及び第２の値より特定される前記角度の正接につき、その逆正接を結論値として発生する、
    請求項１１に記載の方法。
18. 前記比較装置に前記入力値を供給する前記センサをさらに備える、
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載された適応制御装置。

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