JPH0529045B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は移動体の位置を検出する場合における
位置検出誤差の補正装置に係り、特に移動体に接
続された位置検出器の出力である二相周期波より
検出した粗位置パルスと微細位置出力の零値がヒ
ステリシスや計数計測時の時間遅れによる位置の
誤差を補正するのに好適な位置検出誤差の補正装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

回転体や偏位体などの移動体に接続され、二相
周期波を出力する位置検出器を用いて位置を検出
するものとして、我々は特願昭59−207151号によ
り前記二相周期波を波形処理して1/4周期位相の
ずれた二相矩形波を得、これらの矩形波の立上
り、立下り端を検出し計数するものを提案してい
る。

そして、さらに精度を向上させるためには第６
図に示すような方法を用いることが考えられる。

第７図はそのタイムチヤートである。両図に基
づいて次に説明する。回転体等に取付けられた位
置検出器１００の信号e_Aとe_Bを波形処理回路１０
１で矩形状信号e_A′とe_B′を得る。このe_A′とe_B′の
立上りおよび立下り信号で零点パルスT₁、信号
及びT₂信号を得る。このときT₁信号は正転時の
み、T₂信号は逆転時のみ発生する。このパルス
T₁信号及びT₂信号で計数記憶回路１０２をアツ
プまたはダウンする。この計数記憶回路１０２の
値を粗位置θ_Rとする。また位置検出器１００の信
号e_Aおよびe_Bと特定な値e_Cと比較し、その交点か
らの位相θ_Fを測定し微細位置とし、位置θは θ＝θ_R＋θ_F ……(1) で表わす。今特定の値e_Cを零電圧とすると、微細
位置θ_Fの評価はe_Cとe_Aの交点とe_Cとe_Bの交点すな
わち1/4周期をｎ等分する。微細位置はｎでオー
バーフローし粗位置θ_Rが＋１され、上げされるこ
とになるため位置θの評価は第７図桁ｆの実線に
示すように直線になる。また位置θの測定は一定
時間毎にサンプルホールドして行う。粗位置θ_Rは
計数記憶回路１０２の値を一定時間毎にラツチ
し、微細位置は一定時間毎にe_Aまたはe_Bの値をサ
ンプルホールドし、そのアナログ値を測定し
sinAまたはsinBをマイコンで計算して求める方
法や、tan（e_A／_B）を計数して求めることができ
る。

位置検出器からの信号は、ある距離からの伝送
が考えられるため、波形歪、ノイズ等で矩形状信
号および零点パルスにチヤツタリング等を起こす
と位置の連続性がなくなつたり誤動作となる。そ
のため図７図ａに示すようにヒステリシス電圧±
e_hを設けて矩形状信号e_A′およびe_B′のチヤツタリ
ング防止を行う。このとき矩形状信号e_A′信号は
e_Aとe_C信号の交点からθ_hの位相遅れが生ずる。
e_B′信号に関しても同様である。また零点パルス
計数記憶回路をカウントアツプする時もθ_dの時間
遅れを生ずる。このような時間遅れがあると微細
位置のオーバーフローする時点と計数記憶回路で
カウントアツプして桁上げする位相が異なるため
第７図ｆの破線に示すように位置信号の評価が不
連続になる。すなわちｘ領域では微細位置がオー
バーフローして小さくなるが、桁上げパルスが遅
れ、粗位置θ_Rは＋１されない。すなわち、微細位
置ではオーバーフローして次の区間に変つている
にもかかわらず、位置信号の評価は１だけ足りな
い。次にθ_h＋θ_d遅れたｙ領域では粗位置が桁上げ
されるため正常な評価をすることになる。また、
マイコン等によるデイジタル処理を行うときは位
置の検出はサンプリング時間毎に行うのでｘ領域
とｙ領域をランダムに選択することになり、位置
決めや、速度の検出が不正確になつて、回転体の
振動の原因となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記技術はノイズ等により位置検出にチヤツタ
リング等による誤検出を生じたりヒステリシスや
時間遅れにより微細位置と粗位置の測定に誤差を
生じ易いという問題を内在している。

本発明の目的は、1/4周期位相のずれた互いに
同形状の二相周期波を出力する位置検出器による
位置検出装置において、前記二相周期波を波形処
理するときのヒステリシス誤差や零点パルス発生
時の時間遅れによる粗位置の±１計数分の相当す
る誤差を二相周期波の瞬時値をもとに補正するよ
うにした位置検出誤差の補正装置で、補正信号を
確立することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的は、移動体に近接配置され、その移動
体の移動位置に応じてそれぞれが同一波形で1/4
周期の位相差の二相周期波を出力する位置検出器
と、この位置検出器から得られる二相周期波とヒ
ステリシス電圧との交点からこのヒステリシス分
だけ遅れた1/2周期の矩形波状信号を生成すると
共に、前記両二相周期波の位相の進遅から前記移
動体の移動方向を検出し、前記矩形波状信号の立
上りと立下がりから零点パルス信号を生成する波
形処理回路と、これらの二つの正逆零点パルス信
号を加減計数して前記二相周期波の1/4周期を単
位として粗位置を検出するパルス計数記憶回路
と、前記二相周期波のそれぞれの瞬時値をアナロ
グ値として検出する瞬時値検出回路と、これによ
つて検出された瞬時値から前記周期波の1/4周期
間をｎ等分した位置を検出する微細位置検出回路
と、前記パルス計数記憶回路の粗位置出力信号と
微細位置検出回路の微細位置出力信号を加算する
位置検出回路と、前記瞬時値検出回路によつて検
出された二相周期波のそれぞれのアナログ値の方
向の組合わせ条件から一周期内を４分割した区間
番号を設定し、電源投入時の起動時に検出された
区間番号を０とし、順次区間番号が変わる度毎に
１を加えるかあるいは１を減ずるようにして周回
絶対位置を決定する周回絶対位置検出回路と、前
記で検出され前記ヒステリシス分だけ遅れた粗位
置信号と前記周回絶対位置信号との不一致領域を
周回絶対位置信号に合わせるように補正する位置
補正回路と、前記粗位置信号と周回絶対位置信号
の一致領域で検出された微細位置検出信号によつ
て前記パルス計数回路をクリヤすると共に、周回
絶対位置信号の区間番号を決定する初期位置決め
回路を具備させ、ヒステリシスで誤差を生ずる区
間の粗位置の値を補正することによつて達成され
る。

〔作用〕

本発明は移動体の位置を検出すめ検出器の出力
である二相周期波の信号と特定の値の信号から周
回絶対位置信号を作り誤差の補正を行うので、ヒ
ステリシス等で誤差を生じる区間内における粗位
置の値を補正できる。

〔実施例〕

次に、本発明の基礎となる周回絶対位置信号の
決定手法について第３図および第４図に基づき説
明する。

まず、位置検出原信号e_Aと特定の値e_Cの大きさ
を比較してその大小の結果を2¹のおもみを付け、
同様にe_Bとe_Cの大きさを比較してその大小の結果
を2⁰のおもみを付ける。この2⁰と2¹から区間番号
を決定する。第３図のｂは二相周期波信号と区間
番号０、、、の関係を対照した表である。

第３図ｃは初期状態で決定する周回絶対位置信
号である。電源投入時の起動時に計数記憶回路を
クリヤ（零）し、区間番号を測定する。周回絶対
位置は前記測定された区間番号の領域を０とし、
順次区間番号が変わる毎に１を加えるかあるいは
１を減ずるかにより決定する。例えば区間番号が
であるとすると周回絶対位置は区間番号がの
領域を０と決定する。以後、位置が変り区間番号
が→→０→になるに従つて周回絶対位置は
“１”→“２”→“３”→“０”となる。また計
数記憶回路の値も区間番号がの所で０に決定さ
れているので区間番号が→→０→になるに
従つて計数記憶回路の値は１→２→３→４……と
カウントアツプする。このように移動体が移動す
るに従つて、区間番号は該位置検出信号e_Aとe_Bの
おもみを付けで決定したのでその数の大きさの順
に並んでいない。

また、周回絶対位置は“０”→“１”→“２”
→“３”→“０”の繰り返しであり、該周回絶対
位置の原点（“０”）は電源投入時の起動時に計数
記憶回路をクリヤした区間番号にある。すなわち
周回絶対位置の原点は初期状態に計数記憶回路を
クリヤした区間番号の場所にある四通り存在する
がその選択は初期状態に１回だけ行われる。この
ように決められた周回絶対位置T₈の値と計数記
憶回路T₃の値の差は誤差のないときは４の倍数
となる。他方、ヒステリシスの影響を受ける区間
では、計数記憶回路の値が正転のときはカウント
アツプされなければならないところがされない
し、逆転のときはカウントダウンされなければな
らないところがされない領域が存在し、±１の誤
差が生じる。

このヒステリシス影響領域の検出方法は、前記
T₃とT₈の差を４で割つた剰余が１あるいは３と
なる。±１の誤差に対して前記剰余は１、−１の誤
差に対しては前記剰余は３が対応する。第４図は
T₃とT₈の差を２進法で計算した結果の下２ビツ
トを用いて、補正の状況を把握した管理表であ
る。これにより正確な位置信号が出来るが、周回
絶対位置信号を初期状態に決める時、区間番号を
選択する場所がヒステリシス等で遅れた領域なの
か、正常な領域なのかで誤差補正に不正確さが残
る。このため第３図に示すように始動時に微細位
置を含めた位置決めを行い、時に微細位置が45度
近傍すなわちa₀領域に停止してから初期区間番号
m₀を決定すれば正確な位置補正が可能になる。

次に、本発明の具体的な一実施例を第１図のブ
ロツク図、第２図のハードウエアの構成図、第３
図の電源投入時の絶対周囲位置設定法説明図、お
よび第５図の位置検出誤差補正のタイムチヤート
により説明する。

まず一実施例の回路構成を、その二相周期波で
ある位置検出器原信号e_A信号及びe_B信号より補正
された正確な位置信号T₉信号を得るための方法
をあわせて説明する。

すなわち、第１図において、１００は移動体の
移動位置を検出する位置検出器であり、電動機軸
に取付けた回転板と、この回転板に近接して固定
側に配置した検出器を有し、この検出器により回
転角度位置を磁気的あるいは光学的に検出するも
のである。そして、この検出器はサインエンコー
ダと称される正弦波信号を出力するものであり、
１／４周期位相差のある二相周期波である第５図に
示すようなe_A信号およびe_B信号を発生する。

１０１は波形処理回路で、位置検出器原信号e_A
信号及びe_B信号と±e_hのヒステリシスを持つ比較
器により大小を比較して、第５図に示す矩形波状
信号e_A′信号及びe_B′信号を作り、さらに前記の各
矩形波状信号の立上りまたは立下りに同期して、
前期回転体の変位方法を検出し、その変位方向と
前記の矩形波状原信号の立上り、及び立下りとに
より、正方向変位時には零点パルスは正変化T₁
信号を出力し、逆方変位時には零点パルスは逆変
位T₂信号を出力するものである。

１０２は計数記憶回路では前記零点パルス信号
で加減計数するカウンタとサンプリング毎にカウ
ンタの値を記憶する記憶回路である。前記回路の
出力をアナログ的に表現すれば第５図の位置信号
出力T₉のとおりであり、デイジタル的に数値表
現すればT₃信号となる。

１０３は、前記のサンプリング毎に、前記位置
検出原信号e_A，e_Bと前記特定の値e_Cとをサンプリ
ングホールドしたうえで瞬時値信号T₄を作成し、
これらの値から微細位置検出回路１０４ではe_Cと
e_Aまたはe_Cとe_Bの交点の区間1/4周期をｎ等分し
た微細位置信号T₆をデイジタルで検出する。こ
のとき前記e_A，e_B，e_C信号のアナログ量をデイジ
タル量化する方法は、その主構成要素をIC化さ
れたＡ／Ｄコンバータとしてもよいし、また、パ
ルス幅変調手段に基づく個別部品構成としてもよ
いものである。

また、上記の瞬時値検出回路１０３は特定の値
e_Cをも検出するように構成されているものである
が、当該回路の大きさを小さくするような場合に
は、上記e_Cの検出を行なわないように構成しても
よいものである。この場合は、e_Cの値を一定とみ
なして処理するものである。

１０５は、前記の瞬時値検出回路１０３により
サンプリング毎に検出した各瞬時値T₄信号（e_A，
e_B，e_C）の大小を比較し、前記のサンプリング時
刻の上記回転体の存在する位置を既述した第３図
における区間番号ｍを求め、これをデコードして
周回絶対位置T₈信号を求めるところの周回絶対
位置検出回路である。

周回絶対位置T₈は位置検出信号e_Aとe_Bの関係
から求められるが、その関係は電源投入時にのみ
決定されることは既に第３図で説明した。この関
係は位置検出信号e_Aとe_Bの符号に依存されるが、
移動体の正転、逆転には依存されない。

第５図に示したT₈信号は、始動時に初期区間
番号がであると仮定した場合である。

１０６は位置検出回路であり計数記憶回路の出
力T₃と微細位置検出回路の出力T₆を加算してT₇
信号を出力する。T₇信号はｘ領域では下位のT₆
信号はオーバーフローし小さくなつているが、
T₁信号がヒステリシス等の遅れで上位のT₃信号
が桁上げされないためθ₁＝１（逆転のときはθ₁＝
−１）だけ小さい。そしてｙ領域になつてθ₁が桁
上げされ正常になる。１０８は位置補正回路であ
る。T₇信号に含まれるT₃信号はパルス計数値の
値であり、この信号と周回絶対位置信号T₈の差
をとる。すなわち補正信号T₃−T₈を２進法で求
め、この補正信号を２進法の４（コード100）で割
つた剰余値により下位２ビツトが決定される。

すなわち周回絶対位置信号T₈とパルス数値T₃
の下２ビツトに着目し、このT₈とT₃の差がない
ときは補正をする必要がなく、T₈とT₃に差が生
じたときは位置補正をする必要がある。補正の必
要が生じたとき、正転時と逆転時では補正値の正
負が異なる。補正手法については第３図、第４図
に示してある。

第４図においては、第５図に示す位置補正量
T₁₀を求め、位置信号出力T₉は計数記憶回路出力
と位置補正出力T₁₀と微細位置信号T₆を加えた信
号として求められる。

１０７は初期位置決め回路である。すなわち、
移動体の始動時に初期区間番号m₀を決定する際、
ヒステリシス領域すなわちｘ領域でサンプルホー
ルドすると周回絶対位置は論理的に隣りの初期区
間番号m₀を選ぶことになる。そのためｙ領域で
初期位置決めを行う必要がある。第３図に初期位
置決め回路では始動時に計数記憶回路をクリヤ
し、微細位置信号T₆を45度に設定し、位置決め
を行い45度附近の範囲b₀に入つた所で初期区間番
号m₀を決定する。

以上の構成により位置検出を行う。そのハード
ウエア構成について第２図を用いて説明する。

ここで、前記波形処理回路１０１、計数記憶回
路１０２、瞬時値検出回路１０３は個別部品によ
り構成される。また、第２図の２０４はサンプリ
ング時刻をサンプリング信号S₁信号として一定時
間毎に発生するサンプリングタイマである。初期
位置決め回路は個別部品で構成してもよいし、ソ
フトウエアで実現してもよい。

さらに上記微細位置検出回路１０４と周回絶対
位置検出回路１０５と位置検出回路１０６と位置
補正回路１０８とをソフトウエアで実現するため
に、マイクロコンピユータ２０１、データーバス
２０２、アドレスバス２０３、ROM２０５、
RAM２０６のハードウエアを用いる。

しかして、前記の瞬時値検出回路１０３より、
前記マイクロコンピユータ２０１で処理されるソ
フトウエアの起動信号となるインターラプト信号
S₂信号が図示のように出力されている。

次に、前記に係るソフトウエアの詳細について
第８図、第９図を用いて説明する。

ソフトウエアは、大別して、初期化処理と位置
検出補正処理に分けられる。

第８図は初期化処理で、この処理は前記ハード
ウエアの起動時や再初期化の必要に応じて起動さ
れる。３０１でサンプリングタイマの初期化処理
を行い、サンプリング時間の決定、S₁信号発生の
準備を行う。３０２で計数記憶回路をクリヤさせ
る。３０３で粗位置θ_Rを零に、微細位置45度に設
定し位置制御をかける。３０４で計数記憶回路１
０２の出力T₃が零、微細位置信号T₆が45度附近
b₀内に入るのを確認して、３０５で前記第３図に
従つて初期区間番号m₀を測定する。３０６で初
期区間番号に基づいた周回絶対位置信号を前記
RAM２０６に格納する。３０７で前記マイクロ
コンピユータ２０１の処理を主処理に帰すRTS
（リターン・フロム・サブルーチン）処理により
構成される。

次に、位置検出補正処理について説明する。

この処理は、前記のインターラプト信号S₂より
一回起動されるルーチンである。サンプリング信
号S₁で計数記憶回路の出力と、瞬時値検出回路の
出力が保持されているので４０１で計数記憶回路
の出力、すなわち粗位置信号T₃の取込みを行う。
４０２で瞬時値検出回路からの出力e_A，e_B，e_C信
号からその時の区間番号ｍを測定し、前記、初期
区間番号m₀にて決定された周回絶対位置がRAM
２０６に格納されているので、区間番号ｍに相当
した値T₈を選択する。４０３でT₃でT₈の差から
補正信号を求め、結果の下１ビツト目と２ビツト
目の値を前記第４図の表により位置補正量T₁₀を
決める。４０４の位置補正量T₁₀を粗位置出力T₃
に加え、位置信号T₉を得る。最後に４０５でイ
ンターラプト・ルーチンよりマイクロコンピユー
タの処理を主処理に帰すためのRTI（リターン・
フロム・インターラプト）処理により構成される
ものである。

尚、粗位置の測定は計数記憶回路のハードであ
るが微細位置はsinθ_Fテーブル、かははtanθ_Fテー
ブルをソフトでROM内に格納すれば実現できる
ので微細位置の分割数ｎをかぎりなく増加できる
ため位置の検出分解能もかぎりなく向上できる。
また、始動時に微細位置が45度附近で初期区間番
号を決定することで周回絶対位置の検出が正確に
なる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、移動体に近接配置
され、その移動体の移動位置に応じてそれぞれ同
一波形で1/4周期の位相差の二相周期波を出力す
る位置検出器と、この位置検出器から得られる二
相周期波とヒステリシス電圧との交点からこのヒ
ステリシス分だけ遅れた1/2周期の矩形波状信号
を生成すると共に、前記両二相周期波の位相の進
遅から前記移動体の移動方向を検出し、前記矩形
波状信号の立上りと立下がりから零点パルス信号
を生成する波形処理回路と、これら二つの正逆零
点パルス信号を加減計数して前記二相周期波の1/
４周期を単位として粗位置を検出するパルス計数
記憶回路と、前記二相周期波のそれぞれの瞬時値
をアナログ値として検出する瞬時値検出回路と、
これによつて検出された瞬時値から前記周期波の
１／４周期間をｎ等分した位置を検出する微細位置
検出回路と、前記パルス計数記憶回路の粗位置出
力信号と微細位置検出回路の微細位置出力信号を
加算する位置検出回路と、、前記瞬時値検出回路
によつて検出された二相周期波のそれぞれのアナ
ログ値の方向の組合わせ条件から一周期内を４分
割した区間番号を設定し、電源投入時の起動時に
検出された区間番号を０とし、順次区間番号が変
わる度毎に１を加えるかあるいは１を減ずるよう
にして周回絶対位置を決定する周回絶対位置検出
回路と、前記で検出され前記ヒステリシス分だけ
遅れた粗位置信号と前記周回絶対位置との不一致
領域を周回絶対位置信号を合わせるように補正す
る位置補正回路と、前記粗位置信号と周回絶対位
置信号の一致領域で検出された微細位置検出信号
によつて前記パルス計数回路をクリヤすると共
に、周回絶対位置信号の区間番号を決定する初期
位置決め回路を具備するように構成したので、特
に二相周期波から零点パルスを作る処理で大きな
ヒステリシス比較器を使用出来、ノイズに対し非
常に強くなり、しかも応答スピードが早くなる。
また微細位置を基準り上位の計数記憶回路の出力
T₃を補正するため位置検出の出力が連続になり、
位置検出誤差がなくなるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る位置検出誤差
の補正装置のブロツク図、第２図はそのハードウ
エア構成図、第３図は周回絶対位置検出方法の原
理図、第４図は補正管理表、第５図は位置検出補
正の原理タイムチヤート、第６図は先の開発例の
改良である位置検出装置のブロツク図、第７図は
同じく位置検出方法のタイムチヤート、第８図、
第９図は処理フローを示す図である。 １００……位置検出器、１０１……波形処理回
路、１０２……計数記憶回路、１０３……瞬時値
検出回路、１０４……微細位置検出回路、１０５
……周回絶対位置検出回路、１０６……位置検出
回路、１０７……初期位置決め回路、１０８……
位置補正回路、２０１……マイクロコンピユー
タ、２０２……データバス、２０３……アドレス
バス、２０４……サンプリングタイマ。

【特許請求の範囲】

１ カード状の形状をした基体に、測定データを
検出するためのセンサと、このセンサの出力を所
定レベルに増幅する増幅部と、増幅部の出力をデ
ジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換部と、測定デー
タの記憶を行うメモリと、全体の制御を行うとと
もに前記センサで測定したデータを前記メモリに
記憶させるマイクロコンピユータのような制御部
と、これら各部に電源を供給する電源と、メモリ
の出力を取り出すための端子とを設け、この基体
を必要個所に設けて前記制御部により所定時間間
隔で測定データ取り込み前記メモリに記憶させ、
測定終了後は前記基体を回収し前記端子を介しメ
モリに格納された測定データを読み出すように構
成したことを特徴とするデータ収集装置。

Claims (1)

1. と、前記瞬時値検出回路によつて検出された二相
   周期波のそれぞれのアナログ値の方向の組合わせ
   条件から一周期内を４分割した区間番号を設定
   し、電源投入時の起動時に検出された区間番号を
   ０とし、順次区間番号が変わる度毎に１を加える
   かあるいは１を減ずるようにして周回絶対位置を
   決定する周回絶対位置検出回路と、前記で検出さ
   れ前記ヒステリシス分だけ遅れた粗位置信号と前
   記周回絶対位置信号との不一致領域を周回絶対位
   置信号に合わせるように補正する位置補正回路
   と、前記粗位置信号と周回絶対位置信号の一致領
   域で検出された微細位置検出信号によつて前記パ
   ルス計数回路をクリヤすると共に、周回絶対位置
   信号の区間番号を決定する初期位置決め回路を具
   備したことを特徴とする位置検出器の検出誤差補
   正装置。 ２ 前記特許請求の範囲第１項に記載したものに
   おいて、 パルス計数記憶回路の出力と周回絶対位置検出
   回路の出力を２進法の減算を行つた結果の最下位
   ビツト（2⁰）が“０”のときは誤差補正を行わ
   ず、下１ビツト（2¹）が“１”のときはマイナス
   １の補正、“０”のときはプラス１の補正を行う
   ことを特徴とする位置検出器の検出誤差補正装
   置。