(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量に応じた電気量を出力するセンサと、このセンサが出力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このＡ／Ｄ変換手段の出力を補正する誤差補正手段とを備えたサーボコントローラのＡ／Ｄ変換器において、
前記センサは非直線特性を備え、前記誤差補正手段は、この非直線特性に応じて計測範囲を複数の領域に分割するとともに、各領域毎に補正係数を予め設定したマップと、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力が上記複数の領域のうちのいずれに該当するかを判定する手段と、前記判定結果に応じた領域の補正係数を前記マップから読み込むとともに、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力を補正係数に応じて補正する演算手段とを備え、
前記マップは、前記計測範囲内の物理量をセンサの非直線特性の傾きの変化に応じて複数の領域に分割する一方、各物理量領域の境界点に対応する電気量を予め設定し、
前記演算手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力から物理量を補間演算により求めることを特徴とするサーボコントローラのＡ／Ｄ変換器。
【請求項２】
前記演算手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力から所定の分解能で物理量を補間演算する演算手段と、前記境界点の選択数を変更することで前記分解能を変更する分解能変更手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のサーボコントローラのＡ／Ｄ変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル式のサーボコントローラに採用されるＡ／Ｄ変換器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からデジタル式のサーボコントローラでは、物理量に応じた電気量へ変換するセンサからの信号に応じて目標物理量へアクチュエータ等を駆動しており、センサから出力されたアナログ信号は増幅器で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号へ変換される。さらに、このデジタル信号に含まれる誤差を補正し、この補正後のデジタル信号に基づいて物理量の目標値を演算している。
【０００３】
このような、誤差の補正を行うサーボコントローラのＡ／Ｄ変換器では、図６に示すように、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号の補正処理を行っている。
【０００４】
これについて説明すると、まず、センサの測定範囲の最大値近傍の所定の測定点Ｘにおける物理量Ｌｘと、同じくセンサの測定範囲の最小値近傍の所定の測定点Ｙにおける物理量Ｌｙを予め設定し、これら物理量の最大値Ｌｘ、最小値Ｌｙに応じたＡ／Ｄ変換後の電気量Ｖｘ、Ｖｙを測定する。
【０００５】
そして、この２点（Ｌｘ，Ｖｘ）、（Ｌｙ、Ｖｙ）を結ぶ直線をセンサの出力特性直線ｆ（Ｌ）として求める。
【０００６】
このセンサの出力特性直線ｆ（Ｌ）は、その傾きａ（ｄＶ／ｄＬ）と、オフセットｂから次式のように表すことができる。
【０００７】
ｆ（Ｌ）＝ａＬ＋ｂ      …（１）
いま、Ａ／Ｄ変換された出力Ｖが与えられたとき、実際の物理量Ｌは上記（１）式から、次のように求められる。
【０００８】
Ｌ＝（Ｖ−ｂ）／ａ      …（２）
したがって、サーボコントローラのＡ／Ｄ変換器では、２点の物理量と、これら２点における出力値を結んだ直線を、出力特性直線とすることにより、Ａ／Ｄ変換出力信号の補正処理を行っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のサーボコントローラのＡ／Ｄ変換器では、最大値Ｌｘ、最小値Ｌｙに於ける電気量Ｌｘ、Ｌｙを結ぶ直線を出力特性直線とするため、全測定範囲について一律の傾きａ及びオフセットｂでしか誤差の補正を行えず、出力特性が非直線のセンサを用いた場合には、誤差の補正を正確に行うことができない領域が発生し、この領域ではサーボ制御の精度が低下するという問題点があった。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、出力特性が非直線のセンサを用いた場合にも、すべての測定範囲について誤差を正確に補正可能なサーボコントローラのＡ／Ｄ変換器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図７に示すように、物理量に応じた電気量を出力するセンサ１と、このセンサが出力したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段５０と、このＡ／Ｄ変換手段５０の出力を補正する誤差補正手段５１とを備えたサーボコントローラのＡ／Ｄ変換器において、前記センサ１は非直線特性を備え、前記誤差補正手段５１は、この非直線特性に応じて計測範囲を複数の領域に分割するとともに、各領域毎に補正係数を予め設定したマップ５２と、前記Ａ／Ｄ変換手段５０の出力が上記複数の領域のうちのいずれに該当するかを判定する手段５３と、前記判定結果に応じた領域の補正係数を前記マップ５２から読み込むとともに、前記Ａ／Ｄ変換手段５０の出力を補正係数に応じて補正する演算手段５４とを備え、前記マップは、前記計測範囲内の物理量をセンサの非直線特性の傾きの変化に応じて複数の領域に分割する一方、各物理量領域の境界点に対応する電気量を予め設定し、前記演算手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力から物理量を補間演算により求める。
【００１４】
また、第２の発明は、前記第１の発明において、前記演算手段は、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力から所定の分解能で物理量を補間演算する演算手段と、前記境界点の選択数を変更することで前記分解能を変更する分解能変更手段とを備える。
【００１５】
【作用】
したがって、第１の発明は、センサからのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル信号に変換された後、このデジタル信号出力は誤差補正手段によって補正されてからサーボコントローラの制御部へ送出される。センサの出力特性は非直線性を備えるため、誤差補正手段は、この非直線特性に応じて計測範囲を複数の領域に分割するとともに、各領域毎に補正係数を予め設定したマップに基づいて、Ａ／Ｄ変換手段の出力が複数の領域のうちのいずれに該当するかを判定し、この判定結果に応じた領域の補正係数をマップから読み込むとともに、Ａ／Ｄ変換手段の出力を補正係数に応じて補正するため、非直線性を有するセンサの計測範囲の全領域において確実に誤差の補正を行って、サーボ制御の精度を確保することができる。しかも、センサの非直線特性の傾きの変化に応じて複数の物理量領域に分割するため、各物理量領域はセンサの特性に応じた幅に設定される。
【００１８】
また、第２の発明は、Ａ／Ｄ変換器の出力から各境界点間で補間演算を行うことで、センサの非直線特性に応じて補正された物理量が演算され、この物理量の補正は分解能切換手段が選択した境界の数に応じた精度となり、境界点の選択数を増大することで、高精度の補正を行うことができる一方、境界点の選択数を低減することにより、演算速度を向上させて高速度の補正を行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に本発明の参考例を示す。
【００２０】
図１はデジタル式サーボコントローラのＡ／Ｄ変換器のブロック図を示し、１は物理量を電気量に変化するセンサで、このセンサ１からのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２によってデジタル信号に変換された後、このデジタル信号出力の誤差を補正したものを、センサ１の出力値として図示ないサーボコントローラの制御部へ送出する。
【００２１】
このＡ／Ｄ変換器２は、センサ１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３と、変換されたデジタル信号Ｖを格納するとともに、後述するように、予め設定した多数の物理量領域毎に補正係数を格納する記憶手段としてのメモリ５と、Ａ／Ｄ変換部３からのデジタル信号を後述するように補正するＣＰＵ４と、ＣＰＵ４の演算結果あるいはメモリ５のデータを図示しないサーボコントローラの制御部へ送出するインターフェース（Ｉ／Ｏ）６から構成される。
【００２２】
ここで、ＣＰＵ４で行われる制御の一例について、図２のフローチャート及び図３の誤差補正マップを参照しながら詳述する。
【００２３】
まず、Ａ／Ｄ変換部３の出力信号Ｖを補正するための図３に示すマップについて説明する。
【００２４】
いま、図３において、センサ１の計測範囲をｎ個の領域に分割しておき、物理量の計測範囲はＬ1〜Ｌn+1とし、これらＬ1〜Ｌn+1のｎ＋１個の点は各領域の境界点における物理量を示す。
【００２５】
そして、これら物理量の各境界点Ｌ1〜Ｌn+1に対応したＡ／Ｄ変換部３の出力値をＶ1〜Ｖn+1とする。なお、物理量の最小値をＬ1、最大値をＬn+1とする。
【００２６】
そして、各境界点を結んだ折れ線をセンサ１の出力特性線とする。この出力特性線は、各領域において、異なる傾きａ及びオフセットｂを持つ。
【００２７】
すなわち、任意の領域ｉに於けるセンサ１の出力特性直線ｆ（Ｌ）は、領域ｉに設定された傾きａiと、オフセットｂiから、次式のように表される。
【００２８】
ｆ（Ｌ）＝ａiＬ＋ｂi  ただし、（Ｌi≦Ｌ≦Ｌi+1）  …（３）
ここで、Ａ／Ｄ変換部３から任意の出力Ｖが与えられたとき、この出力値Ｖが計測範囲Ｖi≦Ｖ≦Ｖi+1を満たすとき、実際の物理量Ｌは、上記（３）式より次のように求められる。
【００２９】
Ｌ＝（Ｖ−ｂi）／ａi      （Ｖi≦Ｖ≦Ｖi+1）    …（４）
こうして、Ａ／Ｄ変換部３の出力値Ｖに対して、該当する領域に応じた補正係数ａi、ｂiにより誤差の補正を行った物理量Ｌを得ることができる。
【００３０】
次に、上記のような誤差補正マップに基づくＣＰＵ４の制御動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
まず、ステップＳ１では、Ａ／Ｄ変換部３でセンサ１のアナログ信号を変換した出力値Ｖを読み込む。
【００３２】
次に、ステップＳ２では、読み込んだ出力値Ｖが、上記図３に示したに、予め設定した多数の領域Ｖi〜Ｖi+1のうち、どの領域ｉに該当するかを判定する。
【００３３】
そして、ステップＳ３では、出力値Ｖを含む領域ｉの補正係数（傾きａi、オフセットｂi）をメモリ５から読み込む。
【００３４】
次にステップＳ４では、上記（４）式より、出力値Ｖとその領域ｉに応じた補正係数ａi、ｂiから出力値Ｖを補正した物理量Ｌの演算を行う。
【００３５】
こうして求めた、物理量ＬをステップＳ５でインターフェース６を介して、図示しないサーボコントローラの制御部へ送出する。
【００３６】
上記ステップＳ１〜Ｓ５を所定のサンプリング間隔等で実行することにより、センサ１の出力特性が非直線であっても、センサ１の出力特性を多数の領域に分割した折れ線によって近似することができ、計測範囲の全領域において正確に誤差を補正することが可能となり、前記従来例に比して制御精度を大幅に向上させることが可能となる。
【００３７】
図４は第２の参考例を示すマップで、物理量Ｌの原点（０点）を任意の位置へ移動可能としたもので、その他の構成は、前記第１参考例と同様である。
【００３８】
サーボコントローラの制御対象が、例えば直線往復運動を行うアクチュエータである場合、任意のストローク位置を原点として駆動したい場合には、図４に示すように、各領域ｉに設定されたオフセットｂiに所定のシフト量ｓをそれぞれ加えるだけで、容易に物理量Ｌの原点を移動することができる。なお、このシフト量ｓを予めメモリ５等に格納しておき、適宜読み込んでオフセットｂiに加えることで、物理量Ｌの原点の移動を随時行うことができ、また、シフト量ｓを多数設定しておき、図示しない選択手段によって所望のシフト量ｓを選択すれば、原点を任意の位置へ移動させることができ、一つのＡ／Ｄ変換器２を幅広い制御対象に適応させることができる。
【００３９】
図５は本発明の実施形態を示し、Ａ／Ｄ変換器２の分解能を可変としたもので、前記第１実施形態の領域の幅をセンサ１の非直線特性の傾きに応じて可変とし、さらに、分解能の切換を境界点の選択数に応じて変更するようにしたものであり、センサ１の非直線特性が顕著な領域では領域の幅を狭く、ほぼ直線的な領域では幅を広く設定したものである。
【００４０】
いま、物理量Ｌのすべての境界点Ｌ1〜Ｌn+1を選択した場合には高分解能となり、Ａ／Ｄ変換部３の出力Ｖをセンサ１の非直線特性にほぼ一致させた物理量Ｌに補正することができ、高精度のサーボ制御を実現することができる。
【００４１】
一方、選択する境界点の数を低減すると、得られる物理量Ｌの分解能も低下する。例えば、物理量Ｌの境界点をＬ1、Ｌ3、Ｌ5、Ｌn-3、Ｌn-1、Ｌn+1のようにひとつおきに設定すると、出力Ｖとの比較を行う境界点Ｖ1〜Ｖn+1の数も半減するため、補正演算を高速で行うことができ、分解能の優先と制御速度の優先を選択することが可能となって、一つのＡ／Ｄ変換器２を幅広い制御対象に適応させることができ、汎用性をさらに向上させることができる。
【００４２】
さらに、センサ１の非直線特性が顕著な領域では領域の幅を狭く設定する一方、ほぼ直線的な領域では幅を広く設定することにより、境界点の増大を抑制しながらも、Ａ／Ｄ変換部３の出力Ｖに基づく物量の補正を高精度かつ高速度で行うことが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように第１の発明によれば、センサの出力特性は非直線性を備えるため、誤差補正手段は、この非直線特性に応じて計測範囲を複数の領域に分割するとともに、各領域毎に補正係数を予め設定したマップに基づいて、Ａ／Ｄ変換手段の出力が複数の領域のうちのいずれに該当するかを判定し、この判定結果に応じた領域の補正係数をマップから読み込むとともに、Ａ／Ｄ変換手段の出力を補正係数に応じて補正するため、非直線性を有するセンサの計測範囲の全領域において確実に誤差の補正を行って、前記従来例に比して制御精度を大幅に向上させ、サーボ制御の精度を向上させることが可能となる。しかも、マップは、センサの非直線特性の傾きの変化に応じて複数の物理量領域に分割するため、各物理量領域はセンサの特性に応じた幅に設定され、Ａ／Ｄ変換器の出力から各境界点間で補間演算を行うことで、センサの非直線特性に応じて補正された物理量が演算され、高精度の補正を行うことができる。
【００４６】
また、第２の発明では、物理量の補正は分解能切換手段が選択した境界の数に応じた精度となり、境界点の選択数を増大することで、高精度の補正を行うことができる一方、境界点の選択数を低減することにより、演算速度を向上させて高速度の補正を行うことができ、分解能の優先と制御速度の優先を選択することが可能となって、一つのＡ／Ｄ変換器を幅広い制御対象に適応させることができ、汎用性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例を示すＡ／Ｄ変換器のブロック図。
【図２】ＣＰＵで行われる処理の一例を示すフローチャート。
【図３】誤差補正計算の一例を示し、各領域ｉに応じた物理量ＬとＡ／Ｄ変換器出力値Ｖの関係を示すマップ。
【図４】第２参考例を示す誤差補正計算のマップで、物理量Ｌの原点を移動したときの物理量ＬとＡ／Ｄ変換器出力値Ｖの関係を示す。
【図５】本発明の実施形態を示す誤差補正計算のマップで、分解能を向上させたときの物理量ＬとＡ／Ｄ変換器出力値Ｖの関係を示す。
【図６】従来の誤差補正計算を示し、物理量とＡ／Ｄ変換器出力の関係を示すマップである。
【図７】第１の発明に対応するクレーム対応図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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