(57)【要約】【課題】ロータ軸回転角度検出の高精度化、レゾルバの高回転対応化を図ることができるＲ／Ｄコンバータを提供する。【解決手段】ＤＰＳ２の内蔵のＡＤコンバータ２１は、レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換する。軸角度演算部２２は、上記ＡＤ変換出力であるＡｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ，Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθからｔａｎθ＝Ａｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ／Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθを算出し、さらに、θ＝ｔａｎ−１θを算出する。また、軸角度演算部２２は、ＡＤ変換出力のｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性をチェックすることにより、レゾルバのロータの現在位置（現在軸角度）を判定し、算出した上記θにオフセットを加味することにより、最終的にロータ軸回転角を算出する。【選択図】        図１
2004279231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力に基づいて前記レゾルバのロータ軸角度を求めるＲ／Ｄコンバータにおいて、
前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータによりデジタル化された前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力から正接を算出し、さらに、逆正接を算出することにより前記レゾルバのロータ軸角度を直接デジタル演算して求める演算手段とを具備するデジタル信号処理プロセッサからなることを特徴とするＲ／Ｄコンバータ。
【請求項２】
前記デジタル信号処理プロセッサは、
前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力の極性に基づいて、前記レゾルバのロータ軸が前記レゾルバの角度空間を４等分して形成される象限のいずれに属するかを判断する判断手段を具備し、
前記演算手段は、前記判断手段に判断された象限に基づいて前記ロータ軸角度にオフセット値を設定することにより最終的な前記レゾルバのロータ軸角度を求めることを特徴とする請求項１記載のＲ／Ｄコンバータ。
【請求項３】
前記デジタル信号処理プロセッサは、
正弦波を所定のサンプリング周波数でサンプリングした値を格納し、自動生成されるアドレスに基づいて、前記格納された値を出力する記憶手段と、
前記記憶手段からの値をアナログ信号に変換し、前記レゾルバの励磁用正弦波として出力するＤＡコンバータと
を具備することを特徴とする請求項１または２記載のＲ／Ｄコンバータ。
【請求項４】
前記ＤＡコンバータから出力されるレゾルバへの励磁用正弦波の量子化による高域成分を除去する除去手段を具備することを特徴とする請求項３記載のＲ／Ｄコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レゾルバの出力をデジタル化するコンバータ（以下、Ｒ／Ｄコンバータという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レゾルバは、回転トランスの一種であり、２個のステータ巻線と１個のロータ巻線を備えている。２個のステータ巻線は、機械的に９０度の角度ずらして配置されている。ステータ巻線との結合により得られる信号の振幅は、ロータ（軸）の位置とステータとの相対位置の関数になる。このため、レゾルバからは、軸角度のサイン（正弦波）及びコサイン（余弦波）で変調された、次式（１）及び（２）で示される２種類の出力電圧（Ｓ３−Ｓ１，Ｓ４−Ｓ２）が得られる。
Ｓ３−Ｓ１＝Ａ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ        …    （１）
Ｓ４−Ｓ２＝Ａ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ        …    （２）
ただし、θ：軸角度、ω：ロータ励起周波数（ｆ）に対応する角速度、Ａ：ロータ励起振幅である。
【０００３】
従来、Ｒ／Ｄコンバータとして、上記出力電圧（Ｓ３−Ｓ１，Ｓ４−Ｓ２）のうち、絶対値の小さい側の信号分を絶対値の大きい側の信号分で除算し、その商信号に基づいて角度データを得る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来技術では、上記出力電圧（Ｓ３−Ｓ１，Ｓ４−Ｓ２）からｔａｎθおよびｃｏｔθを算出するとともに、出力電圧（Ｓ３−Ｓ１）からＡ・ｓｉｎωｔの符号を判定し、該符号判定結果と、該符合判定結果から得られるロータ軸の角度区間と、上記ｔａｎθまたはｃｏｔθのいずれか一方とをコードとし、予めテーブル変換器に上記コードに対応させて記憶されている角度データ（すなわち、ロータ軸角度θ）を読み出して出力する。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−３８３０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、テーブル変換器に０°〜３６０°の範囲でコードに対応させた角度データを記憶させておく必要があり、高精度が必要な場合、メモリ容量を増大させなければならなくなるという問題がある。また、マイクロコンピュータによりｔａｎθおよびｃｏｔθを計算する方法は、演算時間も長くなり、高回転への対応が難しいという問題がある。
【０００７】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ロータ軸回転角度検出の高精度化、レゾルバの高回転対応化を図ることができるＲ／Ｄコンバータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＲ／Ｄコンバータは、レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力に基づいて前記レゾルバのロータ軸角度を求めるＲ／Ｄコンバータにおいて、前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換するＡＤコンバータと、前記ＡＤコンバータによりデジタル化された前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力から正接を算出し、さらに、逆正接を算出することにより前記レゾルバのロータ軸角度を直接デジタル演算して求める演算手段とを具備するデジタル信号処理プロセッサからなることを特徴としている。
【０００９】
上記Ｒ／Ｄコンバータによれば、デジタル信号処理プロセッサ内蔵のＡＤコンバータにより前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換し、演算手段によりデジタル化された前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力から正接を算出し、さらに、逆正接を算出することにより前記レゾルバのロータ軸角度を直接デジタル演算して求めるので、ロータ軸回転角度検出の高精度化、レゾルバの高回転対応化を図ることが可能となる。
【００１０】
また、本発明では、前記デジタル信号処理プロセッサの判断手段により、前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力の極性に基づいて、前記レゾルバのロータ軸が前記レゾルバの角度空間を４等分して形成される象限のいずれに属するかを判断し、前記演算手段により、判断された象限に基づいて前記ロータ軸角度にオフセット値を設定することにより最終的な前記レゾルバのロータ軸角度を求めることを好ましい形態としている。
【００１１】
また、本発明では、前記デジタル信号処理プロセッサの記憶手段に正弦波を所定のサンプリング周波数でサンプリングした値を格納し、自動生成されるアドレスに基づいて、記憶手段に格納された値を出力し、ＤＡコンバータにより、前記記憶手段からの値をアナログ信号に変換し、前記レゾルバの励磁用正弦波として出力することを好ましい形態としている。また、本発明では、除去手段により、前記ＤＡコンバータから出力されるレゾルバへの励磁用正弦波の量子化による高域成分を除去することを好ましい形態としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。
【００１３】
Ａ．実施形態の構成
まず、図１は、本発明の一実施形態によるＲ／Ｄコンバータの構成を示すブロック図である。図１において、Ｒ／Ｄコンバータ１は、ＤＳＰ（デジタル信号処理プロセッサ）２、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３、および増幅器４から構成されている。ＤＳＰ２は、レゾルバ（図示省略）の正弦波出力及び余弦波出力に基づいてレゾルバのロータ軸角度を計算するとともに、レゾルバへの励磁正弦波を出力する。ＬＰＦ３は、ＤＳＰ２から出力されるレゾルバへの励磁用正弦波の量子化による高域成分を除去する。増幅器４は、ＬＰＦ３からの励磁用正弦波を増幅し、レゾルバに供給する。ＤＳＰ２には、ロータ軸角度を示すデータを出力するシリアルポート１３が接続されている。
【００１４】
上記ＤＰＳ２は、ＡＤコンバータ２１、軸角度演算部２２、カウンタ２３、データＲＯＭ２４およびＤＡコンバータ２５から構成されている。ＡＤコンバータ２１は、例えば、１２〜１４ビットの分解能を有し、レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換する。
【００１５】
軸角度演算部２２は、上記ＡＤ変換出力であるＡｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ，Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθからｔａｎθ＝Ａｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ／Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθを算出し、さらに、θ＝ｔａｎ−１θを算出する。但し、正接は、０〜９０°で定義されているので、３６０°空間に展開するためには、ｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性からロータ軸の象限を確定する必要がある。
【００１６】
そこで、軸角度演算部２２は、ＡＤ変換出力のｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性をチェックすることにより、レゾルバのロータの現在位置（現在軸角度）を判定する。具体的には、レゾルバ励磁正弦波出力をＡＤ変換し、レゾルバ正弦波出力、余弦波出力の極性を比較することにより、ｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性を判定し、ロータ軸の象限を決定する。本実施形態では、図２に示すように、３６０°角度空間を４分割し、０−９０°間を第１象限、９０−１８０°間を第２象限、１８０−２７０°間を第３象限、２７０−３６０°間を第４象限とする。各象限には、オフセットが設定されており、軸角度演算部２２は、算出した上記θにオフセットを加味することにより、最終的にロータ軸回転角を算出する。
【００１７】
カウンタ２３は、データＲＯＭ２４のアドレスを生成する。データＲＯＭ２４には、正弦波を所定のサンプリング周波数でサンプリングした値が記憶されており、カウンタ２３からのアドレスに従って、ＤＭＡ（ダイレクト・メモリ・アクセス）により格納された値を出力する。ＤＡコンバータ２５は、上記データＲＯＭからの値をアナログ信号に変換して前述したＬＰＦ３に出力する。
【００１８】
Ｂ．実施形態の動作
次に、本発明の実施形態によるＲ／Ｄコンバータの動作について説明する。ここで、図３は、本実施形態によるＲ／Ｄコンバータの動作を説明するためのフローチャートである。
【００１９】
まず、ＤＡコンバータ１１のサンプリング周波数（ＳＤＦＳ）を２００ＫＨｚとし、カウンタによるサーキュラーアドレシングにて、データＲＯＭの値をサイクリックに送信することにより２００／２０＝１０ＫＨｚの励磁正弦波が得られる（ステップＳ１）。電源投入後、レゾルバの励磁状態が安定するまで上記動作を行なう。この初期安定化のための時間はタイマ（図示略）で設定する。
【００２０】
次に、ステップＳ２で、レゾルバ正弦波出力及び余弦波出力を取り込み、ＡＤコンバータでＡＤ変換を行なう。ここで、ＡＤ変換及びＤＡ変換のサンプリングクロックは同一信号を用い、レゾルバ励磁正弦波を出力すると同時に、レゾルバ正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換する。
【００２１】
次に、ステップＳ３で、軸角度演算部２２で、レゾルバの正弦波出力のＡＤ変換値、Ａｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ，Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθからｔａｎθ＝Ａｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ／Ａｓｉｎωｔ・ｃｏｓθを算出する。さらに、ステップＳ４で、θ＝ｔａｎ−１θを算出する。
【００２２】
次に、軸角度演算部２２により、ステップＳ５で、ＡＤ変換出力のｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性をチェックし、レゾルバのロータの現在位置（現在軸角度）を判定する。ＡＤ変換出力のｓｉｎθ，ｃｏｓθの極性が第１象限（０−９０°）であれば、ステップＳ６で、上記θをそのままロータ軸角度とする。また、極性が第２象限（９０−１８０°）であれば、ステップＳ７で、上記θを１８０°から減じた値をロータ軸角度とする。また、極性が第３象限（１８０−２７０°）であれば、ステップＳ８で、上記θを１８０°に加えた値をロータ軸角度とする。そして、極性が第４象限（２７０−３６０°）であれば、ステップＳ９で、上記θを３６０°から減じた値をロータ軸角度とする。そして、ステップＳ１０で、最終的に得たロータ軸回転角をシリアルポート１３に出力する。
【００２３】
上述したように、本実施形態によれば、ＤＳＰ２の場合、演算長に１６ビットを割り当てることができるので、ｔａｎ―１θを計算する場合でも、十分な演算精度を確保することができる。また、正接の性質上、ｓｉｎθ／ｃｏｓθの計算を行なうので、０−９０°の範囲でも分解能は変わらない。ゆえに、高精度に対応することができる。
【００２４】
また、ＡＤ変換の開始タイミングは、励磁用正弦波の特定位相に同期させる必要がないので、ＤＳＰ２の処理能力の許す限り、ＡＤコンバータ２１のサンプリング周波数を上げることが可能となり、レゾルバの高回転に対応することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明によれば、デジタル信号処理プロセッサ内蔵のＡＤコンバータにより前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力をＡＤ変換し、演算手段によりデジタル化された前記レゾルバの正弦波出力及び余弦波出力から前記レゾルバのロータ軸角度を直接デジタル演算して求めるようにしたので、十分な演算精度を確保することができ、ロータ軸回転角度検出の高精度化、レゾルバの高回転対応化を図ることができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＲ／Ｄコンバータの構成を示すブロック図である。
【図２】レゾルバの角度とオフセットとを示す概念図である。
【図３】本実施形態によるＲ／Ｄコンバータの動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１  Ｒ／Ｄコンバータ
２  ＤＳＰ
２１  ＡＤコンバータ
２２  軸角度演算部
２３  カウンタ
２４  データＲＯＭ
２５  ＤＡコンバータ
３  ＬＰＦ
４  増幅器
１３  シリアルポート
【図１】
2004279231.tif 000003
【図２】
2004279231.tif 000004
【図３】
2004279231.tif 000005