(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的要素の位置を変化させる調節手段と、前記要素の所望の位置の尺度である調節電圧を形成する第１変換器と、前記要素の実際位置の尺度である応答電圧を形成する第２変換器と、前記応答電圧と前記調節電圧との差の尺度である誤差信号を形成する検出手段とを含み、前記検出手段が、それぞれ前記第１変換器および前記第２変換器に接続した第１入力部および第２入力部と、前記誤差信号の値に応じて前記調節手段を制御するための制御信号を発生する制御手段の入力部に接続した出力部とを有するサーボシステムにおいて、
前記第１変換器と前記第１入力部との間、または前記第２変換器と前記第２入力部との間のいずれか一方に、補償抵抗が挿入接続され、
前記検出手段が、第１入力トランジスタを含む第１回路と第２入力トランジスタを含む第２回路の並列接続に直列に接続された電流源を有する差動段を含み、前記第１入力トランジスタの制御電極は前記検出手段の前記第１入力部に接続され、前記第２入力トランジスタの制御電極は前記検出手段の前記第２入力部に接続され、これにより、前記補償抵抗に接続された前記検出手段の前記第１入力部または前記第２入力部が、前記補償抵抗に補償電流を導通させて前記補償抵抗の端子間に電圧降下を生じさせ、前記電圧降下は前記応答電圧と前記調節電圧との差に等しく、前記検出手段が、前記補償電流の値に比例する前記誤差信号を形成するように構成されていることを特徴とするサーボシステム。
【請求項２】
請求の範囲１に記載のサーボシステムにおいて、前記制御手段が、前記誤差信号を第１基準信号および第２基準信号と比較し、ここに前記第１基準信号の絶対値は前記第２基準信号の絶対値より小さく、前記誤差信号の絶対値が前記第２基準信号の絶対値を越えて増加する場合には、前記制御信号を利用可能にし、前記誤差信号の絶対値が前記第１基準信号の絶対値以下になる場合には、前記制御信号を遮断するように構成されたウインドウコンパレータを含むことを特徴とするサーボシステム。
【請求項３】
請求の範囲２に記載のサーボシステムにおいて、前記第１基準信号の絶対値がゼロより大きいことを特徴とするサーボシステム。
【請求項４】
請求の範囲１ないし３のいずれか１つに記載のサーボシステムにおいて、前記検出手段が、前記第１回路の電流と前記第２回路の電流との差に比例する第１電流および第２電流を形成し、前記第１電流を前記補償電流として前記検出手段の前記第１入力部または前記第２入力部に供給し、前記第２電流を前記誤差信号として前記検出手段の前記出力部に供給する手段も含むことを特徴とするサーボシステム。
【発明の詳細な説明】
本発明は、機械的要素の位置を変化させる調節手段と、前記要素の所望の位置の測定である調節電圧を形成する第１変換器と、前記要素の実際の位置の測定である応答電圧を形成する第２変換器と、前記応答電圧および調節電圧間の差の測定である誤差信号を形成する検出手段とを含み、前記検出手段が、各々前記第１および第２変換器に接続した第１および第２入力部と、前記誤差信号の値に応じて前記調節手段を制御する制御信号を発生する制御手段の入力部に接続した出力部とを有する、サーボシステムに関係する。
前記調節手段をモータによって形成するこの種のサーボシステムは、特開平５−３３３９０１号の英文要約書から既知である。この種のシステムを使用し、前記機械的要素を、例えば、前記第１変換器によって手動で調節される所望の位置に調節する。前記第１および第２変換器は、例えば、第１および第２電位差計を含んでもよく、前記第１電位差計を回転ノブによって調節可能とし、前記第２電位差計を前記機械的要素に結合し、前記第２電位差計の設定が、前記要素の位置が変化した場合、変化するようにする。この種のシステムにおいて、所定の間隔が、前記第１および第２変換器と前記検出手段との間に固有に存在し、その結果、これらの部品の相互接続のために比較的長い導線が必要になる。これらの導線の１つにおける断線は、制御されず、通常望ましくない前記機械的要素の位置の変化を引き起こす恐れがある。既知のサーボシステムにおいて、したがって、前記第２変換器および検出手段間の導線における断線の場合において、シミュレートした応答電圧が前記検出手段の第２入力部に印加されることを保証するステップを行う。この目的のために、前記第１変換器からの調節電圧を反転し、補助電圧として、抵抗を介して前記検出手段の第２入力部に印加する。前記抵抗の値を、前記第２変換器および第２入力部間の接続が適切である場合、この補助電圧が前記検出手段に作用しないほど大きくする。前記接続部が遮断した場合、前記補助電圧が前記検出手段の第２入力部に前記応答信号の代わりに印加され、その結果、前記誤差信号はゼロ値を有する。この場合において、前記モータは活性化しない。この断線保護は、前記第１変換器が完全に動作するという仮定に基づいている。したがって、この方法は、前記第２変換器および検出手段の第２入力部間の接続における断線の不利な効果を中和することに対してのみ適当である。
上述した種類のサーボシステムの可能性のある用途は、例えば、車両のヘッドライトの位置の調節である。このシステムを使用することによって、光ビームを、光が車両から所望の距離における路上に当たるように向ける。このような用途において、前記第１変換器を車両の計器板の近くに置き、前記システムの他の部品を好適にはヘッドライトの近くに置く。他の可能性は、例えば、前記第１変換器が、道に対する車両の位置を測定する１つ以上のセンサと、これらのセンサによって供給されるデータから前記調節電圧を形成する電子回路とを含むことにある。前記センサを、例えば、前および後軸の近くの道路に対する車両の高さを測定するように配置してもよい。前記電子回路は、例えば、マイクロプロセッサを含んでもよい。一般的に言って、このような場合において、比較的長く、傷つきやすい接続導線が、前記第１変換器および検出手段間、または、前記第１変換器の種々の部品間（前記例において、前記センサおよび電子回路間）に必要となり、その結果、この導線における断線の危険性は、比較的高くなる。したがって、前記既知のサーボシステムは、この種の用途にあまり適していない。
本発明の目的は、前記第１または第２変換器（またはその一部）と、前記検出手段の関連した入力部との間の接続部における断線に対して、望まれるように保護することができる上述した種類のサーボシステムを提供することである。この目的のために、本発明によるサーボシステムは、一方の側において前記第１および第２変換器の一方と、他方の側において前記関連する変換器に接続した検出手段の入力部との間に、補償抵抗を接続し、前記検出手段を、前記補償抵抗を通じて補償電流を流すように配置し、前記補償電流が、前記補償抵抗の両端間に前記応答電圧および調節電圧間の差にほぼ等しい電圧降下を生じるような値を有し、前記検出手段を、前記誤差信号の値が前記補償電流の値に比例するように前記誤差信号を形成するように配置したことを特徴とする。前記補償抵抗を含む接続部、すなわち、前記関連する変換器内の接続部が遮断を示す場合、前記補償電流はゼロに等しく、したがって、前記誤差信号もゼロに等しい。前記調節手段は、この場合において活性化されない。前記調節手段の活性化状態において断線が生じると、前記制御信号がすぐに遮断され、その結果、前記機械的要素は、その瞬時において占める位置にとどまる。前記補償抵抗を、前記変換器の一方と前記検出手段との間の最も傷つきやすい接続部に含めることができる。一般的に言って、これは、前記検出手段から最も遠くに位置する前記変換器に対する接続部である。ヘッドライトの調節を含む上記例において、これは、計器板において位置するか、遠く離れて置かれた部品を含む前記第１変換器への接続部である。
上述したように、前記補償電流は、前記応答電圧および調節電圧間の差に等しい、前記補償抵抗の両端間の電圧降下を引き起こす。したがって、この差の所定の値に関して、前記補償電流は、前記補償抵抗の値に依存する。したがって、一方において前記補償電流（および、これに比例する前記誤差信号）と、他方において前記差との間の関係を、前記補償抵抗の適切な選択によって規定することができる。これは、明白に、前記検出手段自体を集積回路（ＩＣ）として構成する場合、本発明の追加の利点を表す追加の自由度を設計者に提供する。
本発明によるサーボシステムの一実施形態は、前記制御手段が、前記誤差信号を第１および第２基準信号と比較するように配置したウインドウコンパレータを含み、前記第１基準信号の絶対値は第２基準信号の絶対値より小さく、前記誤差信号の絶対値が前記第２基準信号の絶対値を越えて増加する場合、前記制御信号を利用可能にし、前記誤差信号の絶対値が前記第１基準信号の絶対値以下になる場合、前記制御信号を遮断するようにしたことを特徴とする。この実施形態は、例えば、前記ヘッドライトの調節に関する場合のように、前記機械的要素を、予め決められた位置に極めて正確に調節する必要はないが、予め決められた範囲内に位置決めなければならない用途に、特に好適である。前記第１基準信号の絶対値を、好適には、ゼロより大きく選択し、誤差信号がゼロに等しい場合、制御信号が絶対に発生しないようにする。
本発明によるサーボシステムの一実施形態は、前記検出手段が、第１および第２入力トランジスタの主電流経路を各々含む第１および第２回路の並列接続に直列に接続した電流源を有する差動段を含み、前記第１入力トランジスタの制御電極を前記検出手段の第１入力部に接続し、前記第２入力トランジスタの制御電極を前記検出手段の第２入力部に接続し、前記検出手段が、前記第１および第２回路における電流の差に比例する第１および第２電流を、前記第１電流を補償電流として前記検出手段の第１または第２入力部に供給し、前記第２電流を誤差信号として前記検出手段の出力部に供給するために形成する手段も含むことを特徴とする。この実施形態において、前記検出手段の回路を、集積回路として比較的簡単に実現することができる。
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に説明する実施形態の参照によって明らかになるであろう。
図１は、本発明によるサーボシステムの一実施形態のブロック図を示す。
図２は、図１に示すシステムの第１の部分のより詳細な図を示す。
図３は、図１に示すシステムの第２の部分のより詳細な図を示す。
図１に示すサーボシステムを、例えば、車両のヘッドライトの位置を調節することに使用することができる。これは、電気モータの形態における調節手段１と、前記モータによって調節することができる、この例においてヘッドライトとする機械的要素３とを含む。前記車両の計器板において、第１変換器を構成する第１電位差計５を設ける。第１電位差計５を、一方の側において前記車両のバッテリの陽極に接続し、他方の側において前記バッテリの陰極に接続した接地端子に接続する。結果として、バッテリ電圧Ｖｂが第１電位差計５の両端間に存在する。第１電位差計５のワイパ７を、前記計器板におけるノブ（図示せず）によって動かすことができる。前記ノブの位置に応じた調節電圧をワイパ７から得ることができ、前記調節電圧を前記ヘッドライトの所望の位置の測定とする。この調節電圧を、第１導線９を経て、以下に詳細に説明する検出手段１３の第１入力部１１に印加する。
第２変換器を、前記バッテリの陽極と前記接地端子との間に接続した第２電位差計１５によって形成する。第２電位差計１５は、しかしながら、前記ヘッドライトに機械的に結合したワイパ１７も含み、その結果、ワイパ１７は、前記ヘッドライトの実際の位置の測定である応答電圧を生じることができる。第２電位差計１５のワイパ１７を、第２導線１９を経て検出手段１３の第２入力部２１に接続する。検出手段１３を、前記応答信号および調節信号間の差の測定である誤差信号を形成するように配置する。この誤差信号を、制御モータ１を制御する制御信号を発生するように配置した制御手段２９の入力部１７に第３導線２５を経て接続した検出手段１３の出力部２３において利用できる。制御手段２９も、後に詳細に説明する。
第１導線９において、補償抵抗３１を挿入し、検出手段１３を、第１入力部１１を経て前記補償抵抗を流れる補償電流を発生するように配置する。この補償電流は、補償抵抗３１の両端間に、前記応答電圧および制御電圧間の差にほぼ等しい電圧降下を生じるような値を有する。これは、前記制御電圧と、補償抵抗３１の両端間の電圧（すなわち、第１入力部１１における電圧）との和が、第２入力部２１において存在する応答電圧に等しいことを意味する。したがって、前記検出手段は、第１入力部１１および第２入力部２１間の電圧差をゼロにする傾向がある。出力部２３における前記誤差信号は、前記補償電流の値に比例する。
図２は、検出手段１３の一実施形態のより詳細な図を示す。検出手段１３は、電流Ｉ１を供給するように配置した電流源３３によって形成した差動段を含む。電流源３３を、第１回路３５および第２回路３７の並列接続に直列に接続する。第１回路３５は、第１入力トランジスタ３９の主電流経路を含み、第２回路３７は、第２入力トランジスタ４１の主電流経路を含む。この例において、第１および第２トランジスタ３９、４１を、前記検出手段（後に説明する）に使用する他のトランジスタと同様のバイポーラトランジスタとする。明らかに、これらのトランジスタを、他の形式、例えば、ＭＯＳＦＥＴに置き換えることができる。この例において、前記主電流経路は、２つの入力トランジスタ３９、４１のコレクタからエミッタまで延在し、ベースは制御電極として働く。第１入力トランジスタ３９のベースを検出手段１３の第１入力部１１に接続し、第２入力トランジスタ４１のベースを第２入力部２１に接続する。第１回路３５は、トランジスタ４５と結合して第１電流ミラーを形成するトランジスタ４３も含み、類似して、前記第２回路は、トランジスタ４９と結合して第２電流ミラーを構成するトランジスタ４７を含む。トランジスタ５３と結合して第３電流ミラーを構成するトランジスタ５１を、トランジスタ４５に直列に接続する。この回路に、電源接続部およびグランド間に存在する電源電圧Ｖｐによって給電する。既知のように、共に電流ミラーを構成する２つのトランジスタにおける電流は、これらのトランジスタのエミッタ表面の大きさに関係する。したがって、例えば、トランジスタ４５における電流は、トランジスタ４３および３９における電流に比例し、比例係数は、トランジスタ４５および４３のエミッタ表面の比によって決定される。最も簡単な場合において、各々の電流ミラーの２つのトランジスタのエミッタ表面は等しく、その結果、前記比例係数は１に等しくなる。望むならば、他の比例係数を選択してもよい。
電流Ｉ１を、第１および第２回路３５、３７間に、第１および第２入力部における電圧に応じて分配する。第１回路３５および第２回路３７における電流の差を、第１入力部１１に、第１電流ミラー４３、４５と、第３電流ミラー５１、５３と、第２電流ミラー４７、４９とによって供給し戻す。この差電流は、補償抵抗３１（図１参照）を通過する前記補償電流を構成する。前記補償電流は、（第１電位差計５のワイパ７における）前記調節電圧および（第２電位差計１５のワイパ１７における）応答電圧間の差を補償する補償抵抗３１の両端間の電圧降下を引き起こし、その結果、第１および第２入力部１１、２１における電圧は等しいままである。この目的に必要な補償電流値は、補償抵抗３１の値に依存する。前記補償電流に比例する電流Ｉｆを、他の信号処理に関する誤差信号として使用することができる。最も簡単な場合において、誤差信号Ｉｆの値は、前記補償電流の値に等しい。この目的のために、前記補償電流の１：１の複製を、２つの出力トランジスタ５７および５９を使用して形成し、これらの出力トランジスタは、第２電流ミラー４７、４９における電流と、第３電流ミラー５１、５３における電流とを各々複製し、直列に接続されている。出力トランジスタ５７、５９の接続部を、検出手段１３の出力部２３に接続する。
図３は、図１に示すサーボシステムの制御手段２９の一実施形態を示す。この実施形態における制御手段は、検出手段１３によって形成した前記誤差信号を第１および第２基準信号と比較するウインドウコンパレータを含む。図示した回路は、明瞭にするために図３Ａおよび３Ｂにおいて分離して示したが、実際には１つのユニット、例えば、集積回路（ＩＣ）として構成する２つの部分を具える。この回路は、電源端子６１および接地端子６３を含み、これらの間に電源電圧Ｖｐを印加することができる。第１基準電圧Ｖｂ２を、第１基準電圧端子６５を経て印加することができ、第２基準電圧Ｖｂ４を、第２基準電圧端子６７を経て印加することができる。参照符２７は、図１の参照と共にすでに記載した入力部を示す。この入力部を検出手段１３の出力部２３に接続し、したがって、この入力部は誤差信号Ｉｆを受ける。この回路は、第１および第２出力端子６９および７１も含み、これらの出力端子においてモータ１のための制御信号を利用できる。この実施形態において、前記制御信号は、モータ１をある方向において回転させる第１制御電圧Ｖｃ１か、前記モータを他の方向に回転させる第２制御電圧Ｖｃ２から成ってもよい。第１制御信号Ｖｃ１を第１出力端子６９において利用でき、または、第２制御信号Ｖｃ２を第１出力端子７１において利用できる。
図３Ｂは、基準電流Ｉwを発生するために働く前記回路の一部を示す。この部分は、第１枝路に接続し、制御電極（ベース端子）を第１出力端子６９および第２出力端子７１に各々接続したトランジスタＴ１１およびＴ１２と、第２枝路に接続し、制御電極を第１基準電圧端子６５に接続したトランジスタＴ１３とを含む比較段の一部を形成する電流源７３を含む。前記第１枝路を、トランジスタＴ７と結合して電流ミラーを構成するトランジスタＴ８に直列に接続し、前記第２枝路を、トランジスタＴ９と結合して電流ミラーを構成するトランジスタＴ１０に直列に接続する。トランジスタＴ７、Ｔ１０の各々を、ダイオードとして接続したトランジスタＴ１４を経て接地端子６３に接続する。
Ｖｃ１またはＶｃ２が第１基準電圧Ｖｂ２より高い場合、前記第１枝路のみが導通し、したがって、トランジスタＴ１４を流れる電流Ｉｗは、Ｔ７のコレクタ電流に等しい。Ｖｃ１およびＶｃ２がＶｂ２より低い場合、前記第２枝路のみが導通し、したがって、電流Ｉｗは、Ｔ１０のコレクタ電流に等しい。前記第１枝路が導通する場合、Ｔ８を流れる電流は、電流源７３の電流Ｉｂに等しい。このとき、Ｔ７のコレクタを流れる電流は、Ｉｂに、Ｔ７およびＴ８のエミッタ表面の比を掛けたものに等しい。類似して、前記第２枝路が導通する場合、Ｔ１０のコレクタを流れる電流は、Ｉｂに、Ｔ１０およびＴ９のエミッタ表面の比を掛けたものに等しい。したがって、ＩｗおよびＩｂ間の関係を、前記エミッタ表面の比の適切な選択によって規定することができる。
図３Ａは、誤差信号Ｉｆを、図３Ｂに示す部分において形成する基準電流Ｉｗと比較するために働く前記回路の一部を示す。前記回路のこの部分は、鏡面対称である（図３Ｂの上半分における）第１区分および（下半分における）第２区分を具える。これら２つの区分の各々は、トランジスタＴ３、Ｔ４を各々含み、そのエミッタを入力部２７に接続し、そのベースを第２基準電圧端子６７に接続する。これらのトランジスタのコレクタを、各々トランジスタＴ２、Ｔ６と結合して電流ミラーを構成するトランジスタＴ１、Ｔ５に各々接続する。トランジスタＴ２およびＴ６のコレクタを図３Ｂに示す回路の部分に接続し、これらは基準電流Ｉｗを形成する。前記回路の第１区分は第１コンパレータ７５も含み、このコンパレータの正入力部をＴ２のコレクタに接続し、前記第２区分は第２コンパレータ７７も含み、このコンパレータの負入力部をＴ６のコレクタに接続する。第１コンパレータ７５の負入力部および第２コンパレータ７７の正入力部を、第２基準端子６７に接続する。この実施形態におけるすべてのトランジスタをバイポーラトランジスタとし、図３Ａに示す前記回路の部分の第１および第２区分における対応するトランジスタは、逆極性である。例えば、ＭＯＳＦＥＴを使用する他の実現化も可能である。
図３Ａに示す前記回路の部分の動作は、以下の通りである。前記誤差信号Ｉｆがゼロに等しい場合、Ｔ２およびＴ６のコレクタ電流もゼロである。結果として、第１コンパレータ７５は、その正入力部において電圧ゼロを輸送し、その負入力端子はゼロより高い電圧Ｖｂ４を輸送する。このとき、第１制御電圧Ｖｃ１から成る出力電圧は、低くなる（＜Ｖｂ２）。第２コンパレータ７７は、その正入力端子において電圧Ｖｂ４（＞０）を輸送し、その負入力端子において電圧Ｖｂ（＞Ｖｂ４）を輸送する。したがって、第２制御電圧Ｖｃ２も低くなる。
誤差信号Ｉｆが正の場合、Ｉｆは、Ｔ６のコレクタにＴ４およびＴ５を経て反射される。その瞬時において優勢なＩｗより大きくなるとすぐ、第２コンパレータ７７の負入力部における電圧は、かなり低下し、Ｖｂ４より低くなる。結果として、第２制御電圧Ｖｃ２は、高くなる（＞Ｖｂ２）。これらの第１の結果として、図３Ｂに示した前記回路の部分における第１枝路（すなわちＴ１２）は導通し、したがって、Ｉｗは変化する（減少する）。第２の結果として、モータ１は、図１および２の参照と共に説明した制御システムによって、Ｉｆの値がＩｗの新たなより小さくなるまで減少するように回転し始める。その瞬時において、第２コンパレータ７７の負入力部が再び高くなり（＞Ｖｂ４）、前記コンパレータは、第２制御電圧Ｖｃ２が低いその元の状態に戻り、その結果、モータ１は停止する。Ｉｆがゼロより小さい場合、同様の考えを、図３Ａに示す前記回路の部分の第１区分にも適用でき、このとき、前記信号経路は、Ｔ３、Ｔ１、Ｔ２および第１コンパレータ７５を経て延在する。
上記から、モータ１の回転方向は、Ｔ３およびＴ４による前記誤差信号の極性（電流Ｉｆの方向）から決定されるとは明らかである。したがって、第１制御電圧Ｖｃ１および第２制御電圧Ｖｃ２が同時に存在することは絶対に生じない。したがって、前記制御信号は、Ｖｃ１またはＶｃ２か、ゼロに等しい。
前記回路の動作の上記説明から明らかなように、Ｉｗは、第１基準信号および第２基準信号を各々構成し、誤差信号Ｉｆと比較する２つの値を仮定することができる。この比較を、Ｉｆの方向に応じて、図３Ａの第１または第２区分において行うため、Ｉｆの絶対値は、常に、Ｉｗの絶対値と比較される。Ｉｗの２つの値に関して決定的である電流Ｉｂは、電源電圧Ｖｐに関係する。したがって、全体的な前記システムは、前記電源電圧の割合である履歴ウインドウを有する。例えば、Ｔ９のエミッタ表面をＴ１０のエミッタ表面と等しく選択した場合、Ｉｗは、モータ１が回転しない場合、Ｉｂに等しい。Ｔ８のエミッタ表面をＴ７のエミッタ表面の４倍大きく選択した場合、Ｉｗは、前記モータが２つの可能な方向の一方において回転する場合、Ｉｂの４分の１に等しい。したがって、前記ウインドウのサイズを、前記エミッタ表面の比の適切な選択によって、容易に選択することができる。好適には、例えば、第１電位差計５と検出手段１３の第１入力部１１との間の導線９における断線によって（図１）、Ｉｆがゼロに等しい場合、モータ１が回転しないことを絶対確実にするために、Ｉｗの最小の絶対値をゼロより大きくなるように選択する。Ｉｗの最小の絶対値をゼロに等しく選択した場合、前記システムにおいて生じる妨害電圧が、少なくとも理論上、例えば、制御電圧Ｖｃ１またはＶｃ２の形成を引き起こすかもしれない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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