DE102008006526B4

DE102008006526B4 - Wellenform-Korrekturvorrichtung und Wellenform-Korrekturverfahren

Info

Publication number: DE102008006526B4
Application number: DE102008006526A
Authority: DE
Inventors: Ryuji Shizuoka Aono
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2007-01-30
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2028-01-30
Also published as: KR20080071507A; US20080215661A1; KR100978423B1; JP2008185474A; TW200842315A; JP5079346B2; DE102008006526A1; US8219603B2; TWI359940B

Abstract

Wellenform-Korrekturvorrichtung (100) zum periodischen Abtasten eines Wellenformsignals, das einen Winkel oder eine Position eines sich bewegenden Körpers anzeigt, der eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchführt, und zum Korrigieren eines digitalen Signals, das durch Digitalisieren des Wellenformsignals erhalten ist, welche Vorrichtung folgendes aufweist: einen Maximum- und Minimumwertdetektor (30), der einen maximalen Wert (xmax, ymax) und einen minimalen Wert (xmin, ymin) unter digitalen Signalen (xa, ya) detektiert, die durch Abtasten zu einem bestimmten Zeitpunkt und vor dem bestimmten Zeitpunkt erhalten werden; einen ersten Arithmetikbereich (110, 111), der einen Offsetwert (OSx, OSy) eines Zwischenwerts (Oa) zwischen dem maximalen Wert (xmax, ymax) und dem minimalen Wert (xmin, ymin) der digitalen Signale in Bezug auf einen voreingestellten Referenzwert (O) berechnet, der als Zwischenwert des Wellenformsignals voreingestellt ist einen zweiten Arithmetikbereich (120, 121), der eine tatsächliche Amplitude (Ax, Ay) der digitalen Signale durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts (OSx, OSy) von...

Description

QUERVERWEIS AUF EINE ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Diese Anmeldung basiert auf dem Vorteil der Priorität der früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-19682 , eingereicht am 30. Januar 2007, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme enthalten ist, und beansprucht diesen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenform-Korrekturvorrichtung und ein Wellenform-Korrekturverfahren. Beispielsweise betrifft die vorliegende Erfindung eine Wellenform-Korrekturvorrichtung und ein Wellenform-Korrekturverfahren, die in einem Positionsdetektor verwendet werden, der einen sich bewegenden Körper detektiert, der eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchführt.
Zugehöriger Stand der Technik
Allgemein wird ein Drehcodierer als Positionsdetektor verwendet, der eine Position eines sich bewegenden Körpers (z. B. eines Servomotors) detektiert, der eine Drehbewegung durchführt, oder wird eine lineare Maßskala als Positionsdetektor verwendet, die eine Position eines sich bewegenden Körpers detektiert, der eine lineare Hin- und Herbewegung durchführt. Ein Ausgangssignal vom Positionsdetektor wird periodisch einer Analog/Digital-Umwandlung (Abtastung) unterzogen, in einen Wert umgewandelt, der einen Winkel oder die Position anzeigt, und das resultierende digitale Signal wird verwendet. Um den Winkel oder die Position des sich bewegenden Körpers genau zu detektieren, ist es nötig, Offsets von digitalen Signalen (eines Sinussignals und eines Kosinussignals), die durch das Abtasten erhalten sind, zu entfernen und Amplituden des Sinussignals und des Kosinussignals jeweils zu Referenzwerten zu korrigieren.
Herkömmlich führt ein Bediener die Digitalsignalkorrektur visuell durch. Spezifisch werden das Sinussignal und das Kosinussignal zu einem Synchroskop eingegeben und wird ein Kreis, der ”Lissajous-Figur” genannt wird, auf einer X-Y-Ebene angezeigt. Der Bediener stellt eine Ausgabeschaltung oder eine Eingabeschaltung ein, während er eine Position und eine Größe der Lissajous-Figur mit dem bloßen Auge beobachtet, um Offsets zu entfernen und um Amplituden der Signale zu korrigieren. Dies ist eine Normalisierungsoperation für das Sinussignal und das Kosinussignal. Die ”Normalisierung” besteht im Einstellen der durch Abtasten erhaltenen Lissajous-Figur in eine Form gemäß einem vorbestimmten Standard.
Es muss nicht gesagt werden, dass es dann, wenn das Sinussignal und das Kosinussignal visuell zu normalisieren sind, nötig ist, das Synchroskop und menschliche Arbeitskraft zu erhalten. Dies resultiert in einer Erhöhung von Kosten und einer längeren Zeit. Weiterhin ist es aufgrund einer visuellen Normalisierung sogar für eine erfahrene Person schwierig, die Signale mit hoher Genauigkeit zu normalisieren. Dies verursacht nachteiligerweise eine Verschlechterung bezüglich einer Positionsdetektionsgenauigkeit oder einer Geschwindigkeitsdetektionsgenauigkeit.
Wenn eine interne Reaktionsrate der Ausgabeschaltung des Positionsdetektors niedrig ist, ist eine Spannungsbreite (Ausgangsspannungs-Schwankung), die pro Einheitszeit im Positionsdetektor änderbar ist, klein. Demgemäß tritt dann, wenn Frequenzen von Eingangs- und Ausgangssignalen zu oder von dem Positionsdetektor höher sind, das Phänomen auf, dass Amplituden des Kosinussignals und des Sinussignals dynamisch abfallen. In diesem Fall können das Kosinussignal und das Sinussignal nicht visuell normalisiert werden.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wellenform-Korrekturschaltung und ein Wellenform-Korrekturverfahren zur Verfügung zu stellen, die ein durch Abtasten eines Wellenformsignals erhaltenes digitales Signal bei niedrigen Kosten, bei hoher Rate und mit hoher Genauigkeit korrigieren können.
In der DE 693 16 845 T2 wird eine Interpolationseinrichtung für eine Skaliervorrichtung beschrieben. Zur Korrektur eines Sinus- bzw. Kosinussignals wird zunächst ein Offsetwert als ein Durchschnittswert zwischen einer Maximalamplitude und einer Minimalamplitude berechnet. Ferner wird die Amplitude des Signals durch Halbieren der Differenz zwischen Maximal- und Minimalwert des Signals erhalten. Durch Entfernen des Offsetwerts aus dem Signal und Dividieren durch die berechnete Amplitude wird das Signal schließlich normalisiert.
Die DE 103 31 562 A1 hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Korrigieren einer Drehmelderausgabe zum Gegenstand. Ein sinusförmiges Ausgangssignal wird durch Bildung von Durchschnittswerten zwischen maximalen und minimalen Werten Offset-korrigiert. Zudem werden Verstärkungsdifferenzen zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert berechnet und darauf basierend Verstärkungsdifferenzen korrigiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Wellenform-Korrekturvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung zum periodischen Abtasten eines Wellenformsignals, das einen Winkel oder eine Position eines sich bewegenden Körpers anzeigt, der eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchführt, und zum Korrigieren eines durch Digitalisieren des Wellenformsignals erhaltenen digitalen Signals,
wobei die Vorrichtung einen Maximum- und Minimumwertdetektor aufweist, der einen maximalen Wert und einen minimalen Wert des digitalen Signals unter Verwendung eines digitalen Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt und von durch Abtasten vor dem bestimmten Zeitpunkt erhaltenen digitalen Signalen detektiert; einen ersten Arithmetikbereich, der einen Offsetwert eines Zwischenwerts zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert der digitalen Werte in Bezug auf einen vorbestimmten Referenzwert berechnet, der als Zwischenwert des Wellenformsignals dient; einen zweiten Arithmetikbereich, der eine tatsächliche Amplitude des digitalen Signals durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts von oder zu dem maximalen Wert oder dem minimalen Wert des digitalen Signals berechnet; einen dritten Arithmetikbereich, der ein erstes Korrektursignal durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts von oder zu dem digitalen Signal zu dem bestimmten Zeitpunkt erzeugt; einen vierten Arithmetikbereich, der einen durch Verschieben einer Ziffer der tatsächlichen Amplitude erhaltenen Wert von oder zu der tatsächlichen Amplitude addiert oder subtrahiert, so dass die tatsächliche Amplitude in eine voreingestellte Referenzamplitude konvergiert; und einen fünften Arithmetikbereich der einen durch Verschieben des ersten Korrektursignals um einen Betrag, der identisch zu einem Verschiebungsbetrag der tatsächlichen Amplitude ist, erhaltenen Wert von oder zu dem ersten Korrektursignal addiert oder subtrahiert, so dass das erste Korrektursignal in ein zweites Korrektursignal konvergiert, wobei der fünfte Arithmetikbereich eine Addition oder Subtraktion gleichzeitig mit einer Ausführung einer Addition oder Subtraktion durch den vierten Arithmetikbereich ausführt.
Der vierte Arithmetikbereich berechnet wiederholt eine Gleichung 1 oder eine Gleichung 2, bis A_i in die voreingestellte Referenzamplitude konvergiert oder bis ein nächstes Abtasten ausgeführt wird: A_i = A_i-1 + Ay × 2^–1 (Gleichung 1) A_i = A_i-1 – Ay × 2^–1 (Gleichung 2) wobei i = 1, 2, ..., n, A₀ = Ay und Ay die tatsächliche Amplitude ist, und
der fünfte Arithmetikbereich berechnet wiederholt eine Gleichung 3 oder eine Gleichung 4, bis A_i in die voreingestellte Referenzamplitude konvergiert oder bis das nächste Abtasten ausgeführt wird: y_i = y_i-1 + yc × 2^–1 (Gleichung 3) y_i = y_i-1 – yc × 2^–1 (Gleichung 4) wobei i = 1, 2, ..., y₀ = yc und yc das erste Korrektursignal zu dem bestimmten Zeitpunkt ist.
Wenn die tatsächliche Amplitude niedriger als die Referenzamplitude ist, berechnet der vierte Arithmetikbereich die Gleichung 1 und berechnet der fünfte Arithmetikbereich die Gleichung 3, und wenn die tatsächliche Amplitude höher als die Referenzamplitude ist, berechnet der vierte Arithmetikbereich die Gleichung 2 und berechnet der fünfte Arithmetikbereich die Gleichung 4.
Das digitale Signal wird durch ein Sinussignal und ein Kosinussignal ausgedrückt und der erste Arithmetikbereich bis zu dem fünften Arithmetikbereich sind vorgesehen, um jeweils jedem des Sinussignals und des Kosinussignals zu entsprechen, und der erste Arithmetikbereich bis zu dem fünften Arithmetikbereich führen jeweils Berechnungen für das Sinussignal und das Kosinussignal aus.
Die Wellenform-Korrekturvorrichtung kann weiterhin ein Maximal- und Minimalwertregister aufweisen, das einen maximalen Wert xmax des Kosinussignals, einen minimalen Wert xmin des Kosinussignals, einen maximalen Wert ymax des Sinussignals und einen minimalen Wert ymin des Sinussignals unter einer Vielzahl von digitalen Signalen hält, die in einem Intervall abgetastet sind, in welchem ein Vorzeichen von einem des Sinussignals und des Kosinussignals konstant ist.
Der erste Arithmetikbereich ist ein Addierer, der den maximalen Wert und den minimalen Wert des digitalen Signals aufaddiert und eine Ziffer eines Additionsergebniswerts um Eins verschiebt.
Die Wellenform-Korrekturvorrichtung kann weiterhin ein erstes Tiefpassfilter aufweisen, das zwischen dem Maximal- und Minimalwertregister und dem zweiten Arithmetikbereich vorgesehen ist; und ein zweites Tiefpassfilter, das zwischen dem ersten Arithmetikbereich und dem zweiten Arithmetikbereich vorgesehen ist.
Die Wellenform-Korrekturvorrichtung kann weiterhin ein erstes Berechnungswertregister aufweisen, das ein Berechnungsergebnis des vierten Arithmetikbereichs hält; ein zweites Berechnungswertregister, das ein Berechnungsergebnis des fünften Arithmetikbereichs hält; einen ersten Selektor, der die tatsächliche Amplitude bei einer anfänglichen Berechnung genau nach einem Abtasten zu dem vierten Arithmetikbereich überträgt und im ersten Berechnungswertregister gehaltene Daten bei Berechnungen nach der anfänglichen Berechnung zu dem vierten Arithmetikbereich überträgt; einen zweiten Selektor, der das erste Korrektursignal bei einer anfänglichen Berechnung genau nach dem Abtasten zu dem fünften Arithmetikbereich überträgt und im zweiten Berechnungswertregister gehaltene Daten bei Berechnungen nach der anfänglichen Berechnung zu dem fünften Arithmetikbereich überträgt; einen Komparator, der die tatsächliche Amplitude oder die in dem ersten Berechnungswertregister gehaltenen Daten, was durch den ersten Selektor ausgewählt ist, mit der Referenzamplitude vergleicht und für eine Addition oder eine Subtraktion als die Berechnungen, die durch den vierten und den fünften Arithmetikbereich ausgeführt werden, gemäß dem Vergleichsergebnis entscheidet; einen ersten Schiebebereich, der eine Ziffer der tatsächlichen Amplitude verschiebt; einen zweiten Schiebebereich, der eine Ziffer des ersten Korrektursignals verschiebt; und ein Korrekturwertregister, das das zweite Korrektursignal hält.
Das digitale Signal wird durch ein Sinussignal und ein Kosinussignal ausgedrückt und der erste Arithmetikbereich bis zu dem fünften Arithmetikbereich, das erste Berechnungswertregister und das zweite Berechnungswertregister, der erste Selektor und der zweite Selektor, der erste Schiebebereich und der zweite Schiebebereich und das Korrekturwertregister sind vorgesehen, um jedem des Sinussignals und des Kosinussignals zu entsprechen.
Ein Wellenform-Korrekturverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung tastet periodisch ein Wellenformsignal ab, das einen Winkel oder eine Position eines sich bewegenden Körpers anzeigt, der eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchführt, und korrigiert ein durch Digitalisieren des Wellenformsignals erhaltenes digitales Signal,
wobei das Verfahren ein Detektieren eines maximalen Werts und eines minimalen Werts des digitalen Signals unter Verwendung eines digitalen Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt und von durch Abtasten vor dem bestimmten Zeitpunkt erhaltenen digitalen Signale aufweist; eine erste Arithmetikoperation zum Berechnen eines Offsetwerts eines Zwischenwerts zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert der digitalen Werte in Bezug auf einen voreingestellten Referenzwert, der als Zwischenwert des Wellenformsignals dient; eine zweite Arithmetikoperation zum Berechnen einer tatsächlichen Amplitude des digitalen Signals durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts von oder zu dem maximalen Wert oder dem minimalen Wert des digitalen Signals; eine dritte Arithmetikoperation zum Erzeugen eines ersten Korrektursignals durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts von oder zu dem digitalen Signal bei dem bestimmten Zeitpunkt; eine vierte Arithmetikoperation zum Addieren oder Subtrahieren eines durch Verschieben einer Figur der tatsächlichen Amplitude erhaltenen Werts von oder zu der tatsächlichen Amplitude, so dass die tatsächliche Amplitude in eine voreingestellte Referenzamplitude konvergiert; und eine fünfte Arithmetikoperation zum Addieren oder Subtrahieren eines durch Verschieben des ersten Korrektursignals erhaltenen Werts um einen Betrag, der identisch zu einem Schiebebetrag der tatsächlichen Amplitude ist, von oder zu dem ersten Korrektursignal, so dass das erste Korrektursignal in ein zweites Korrektursignal konvergiert, wobei die fünfte Arithmetikoperation gleichzeitig mit der vierten Arithmetikoperation ausgeführt wird.
Bei der vierten Arithmetikoperation wird eine Gleichung 1 oder eine Gleichung 2 wiederholt berechnet, bis A_i in die voreingestellte Referenzamplitude konvergiert oder bis ein nächstes Abtasten ausgeführt wird: A_i = A_i-1 + Ay × 2^–1 (Gleichung 1) A_i = A_i-1 – Ay × 2^–1 (Gleichung 2) wobei i = 1, 2, ..., n, A₀ = Ay und Ay die tatsächliche Amplitude ist, und
bei der fünften Arithmetikoperation eine Gleichung 3 oder eine Gleichung 4 wiederholt berechnet wird, bis A_i in die voreingestellte Referenzamplitude konvergiert oder bis das nächste Abtasten ausgeführt wird: y_i = y_i-1 + yc × 2^–1 (Gleichung 3) y_i = y_i-1 – yc × 2^–1 (Gleichung 4) wobei i = 1, 2, ..., y₀ = yc und yc das erste Korrektursignal zu dem bestimmten Zeitpunkt ist.
Wenn die tatsächliche Amplitude niedriger als die Referenzamplitude ist, wird die Gleichung 1 bei der vierten Arithmetikoperation berechnet und wird die Gleichung 3 bei der fünften Arithmetikoperation berechnet, und wenn die tatsächliche Amplitude höher als die Referenzamplitude ist, wird die Gleichung 2 bei der vierten Arithmetikoperation berechnet und wird die Gleichung 4 bei der fünften Arithmetikoperation berechnet.
Das digitale Signal wird durch ein Sinussignal und ein Kosinussignal ausgedrückt und die erste Arithmetikoperation bis zu der fünften Arithmetikoperation werden jeweils für jedes des Sinussignals und des Kosinussignals ausgeführt.
Die Wellenform-Korrekturschaltung und das Wellenform-Korrekturverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können ein durch Abtasten eines Wellenformsignals erhaltenes digitales Signal bei niedrigen Kosten, bei hoher Rate und mit hoher Genauigkeit korrigieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm einer Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein konzeptmäßiges Diagramm, das Funktionen des Amplitudendetektors 30 zeigt;
3 ist ein konzeptmäßiges Diagramm, das Funktionen des Wellenformformers 50 zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration des Amplitudendetektors 30 zeigt;
5 ist eine Tabelle, die Halteanweisungszielregister und Rücksetzanweisungszielregister in Bezug auf einen Übergang der tatsächlichen Koordinate (xa, ya) zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration des Wellenformformers 50 zeigt; und
7 ist ein Ablaufdiagramm einer durch die in 1 gezeigte Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 durchgeführten Operation.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erklärt werden. Es ist zu beachten, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
1 ist ein Blockdiagramm einer Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 7 ist ein Ablaufdiagramm einer durch die in 1 gezeigte Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 durchgeführten Operation. Ein Drehcodierer oder ein Linearskalierer bzw. eine lineare Maßskala 10 gibt analoge Sinuswellensignale (Sinuswelle, Kosinuswelle) aus, die eine Position eines sich bewegenden Körpers anzeigen, der eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchführt. Die Sinuswelle und die Kosinuswelle sind Werte der Sinuswelle bei einer orthogonalen Phase. Da der sich bewegende Körper nicht notwendigerweise eine einheitliche Bewegung durchführt, ändern sich Frequenzen der Sinuswelle und der Kosinuswelle.
Ein A/D-Wandler 20 tastet periodisch die Sinuswelle und die Kosinuswelle von dem Drehcodierer oder dem Linearskalierer 10 ab und wandelt die Sinuswelle und die Kosinuswelle in digitale Signale um. Digitalisierte Koordinatensignale (Sinussignal, Kosinussignal) werden dadurch erzeugt (S10).
Die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 enthält einen Amplitudendetektor 30, Subtrahierer 40 und 41, die als dritte Arithmetikeinheit dienen, und einen Wellenformformer 50. Die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 ist konfiguriert, um das Sinussignal und das Kosinussignal vom A/D-Wandler 10 zu empfangen, korrigiert das Sinussignal und das Kosinussignal, und gibt ein normalisiertes Sinussignal und ein normalisiertes Kosinussignal aus. Der Amplitudendetektor 30, die Subtrahierer 40 und 41 und der Wellenformformer 50 sind vorzugsweise durch eine digitale Logikschaltung gebildet. Der Amplitudendetektor 30, die Subtrahierer 40 und 41 und der Wellenformformer 50 können durch beispielsweise eine kundenangepasste LSI, wie beispielsweise eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder ein FPGA (feldprogrammierbares Gatearray), gebildet sein. Alternativ dazu können der Amplitudendetektor 30, die Subtrahierer 40 und 41 und der Wellenformformer 50 durch ein CPU für allgemeine Zwecke und ein Programm gebildet sein. Die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 ist in einer Maschine vorgesehen, die beispielsweise einen sich bewegenden Körper enthält, der eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchführt. Der sich bewegende Körper ist beispielsweise ein Rotor, ein Arm, der eine Hin- und Herbewegung durchführt, eines Servomotors, der in einem Maschinenwerkzeug angeordnet ist.
Der Amplitudendetektor 30 empfängt das Sinussignal und das Kosinussignal und detektiert einen maximalen Wert und einen minimalen Wert des Sinussignals und diejenigen des Kosinussignals (S20). Weiterhin berechnet der Amplitudendetektor 30 einen Offsetwert des Sinussignals und denjenigen des Kosinussignals unter Verwendung der maximalen Werte und der minimalen Werte (S30). Der ”Offsetwert” bedeutet eine Potentialdifferenz zwischen einem voreingestellten Referenzpotential (0) (z. B. Null Volt) und einen Zwischenwert (Ca) zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert jedes Digitalsignals. Der Amplitudendetektor 30 berechnet eine Amplitude des Sinussignals und diejenige des Kosinussignals unter Verwendung der jeweiligen Offsetwerte (S40). Der Amplitudendetektor 30 ist konfiguriert, um Addierer und Subtrahierer zu enthalten, ohne Multiplizierer und Dividierer zu verwenden, Wie es in 4 gezeigt ist.
2 ist ein konzeptmäßiges Diagramm, das Funktionen des Amplitudendetektors 30 zeigt. 2 zeigt das Kosinussignal und das Sinussignal, die durch eine Vielzahl von Abtastoperationen erhalten sind. In 2 zeigt eine vertikale Achse Ya einen Wert des Sinussignals an und zeigt eine horizontale Achse Xa einen Wert des Kosinussignals an. Eine tatsächliche Koordinate (Kosinussignal, Sinussignal), die zu einem bestimmten Zeitpunkt abgetastet ist, ist durch (xa, ya) bezeichnet.
Die tatsächliche Koordinate (xa, ya) ist eine Umfangskoordinate, die durch den A/D-Wandler 20 abgetastet ist und zeigt eine tatsächliche Position oder einen Winkel eines sich bewegenden Körpers an. Xa und Ya sind Achsen (tatsächliche Achsen) für tatsächliche Koordinaten. Xo und Yo sind Zielreferenzachsen. Ein Ursprung O von Xo und Yo entspricht einem Referenzpotential. Referenzkoordinaten sind (xmax, 0a), (0a, ymax), (xmin, 0a) und (0a, ymin). Die Referenzkoordinaten sind Kreuzungsstellen zwischen einer Lissajous-Figur und den tatsächlichen Achsen Xa und Ya.
Differenzen zwischen den Referenzachsen (Xo, Yo) und den tatsächlichen Achsen (xa, ya) entsprechen Offsetwerten. Der Amplitudendetektor 30 detektiert einen Offsetwert OSx des Kosinussignals, einen Offsetwert OSy des Sinussignals, eine tatsächliche Amplitude Ax des Kosinussignals und eine tatsächliche Amplitude Ay des Sinussignals unter Verwendung von xmax, ymax, xmin und ymin.
Der Subtrahierer 40 subtrahiert den Offsetwert OSy des Sinussignals von dem tatsächlichen Sinussignal ya, das vom A/D-Wandler 20 erhalten ist. Als Ergebnis wird ein Korrektursignal yc (yc = ya – OSy), bei welchem der Offsetwert OSy vom Sinussignal ya entfernt ist, erhalten (S50). Der Subtrahierer 41 subtrahiert den Offsetwert OSx des Kosinussignals vom tatsächlichen Kosinussignal xa, das vom A/D-Wandler 20 erhalten ist. Als Ergebnis wird ein Korrektursignal xc (xc = xa – OSx), bei welchem der Offsetwert OSx von dem Sinussignal xa entfernt ist, erhalten. Das bedeutet, dass die Subtrahierer 40 und 41 fungieren, um die Lissajous-Figur umzusetzen, um zu den tatsächlichen Achsen Xa und Ya und den Referenzachsen Xo und Yo unter Verwendung der Offsetwerte OSx und OSy eingestellt zu werden. Wenn Vorzeichen der Offsetwerte invertiert sind, können Addierer mit den Subtrahierern 40 und 41 ausgetauscht werden.
Der Wellenformformer 50 empfängt das Korrektursignal yc des Sinussignals ya und das Korrektursignal xc des Sinussignals xa. Der Wellenformformer 50 enthält im Wesentlichen ein normalisiertes Signal ycn (ycn = yc·Dy) durch Reduzieren bzw. Verkleinern oder Vergrößern des Korrektursignals yc bei einem Verhältnis Dy. Weiterhin erhält der Wellenformformer 50 im Wesentlichen ein normalisiertes Signal xcn (xcn = xc·Dx) durch Verkleinern oder Vergrößern des Korrektursignals xc bei einem Verhältnis Dx. Das Verhältnis D ist ein Verhältnis (ARy/Ay) einer voreingestellten Referenzamplitude ARy zu der tatsächlichen Amplitude Ay des Sinussignals ya. Das Verhältnis Dx ist ein Verhältnis (ARx/Ax) einer voreingestellten Referenzamplitude ARx zu der tatsächlichen Amplitude Ax des Kosinussignals Xa. Die Referenzamplituden ARx und ARy sind Zielamplituden, die gemäß einer Standardspezifikation definiert sind und die für eine Vielzahl von Vorrichtungen vom selben Typ gemeinsam sind.
3 ist ein konzeptmäßiges Diagramm, das Funktionen des Wellenformformers 50 zeigt. Der Wellenformformer 50 ist konfiguriert, um die tatsächlichen Amplituden Ax und Ay wesentlich zu vergrößern oder zu reduzieren, um zu den Referenzamplituden ARx und ARy eingestellt zu werden und um die Korrektursignale xc und yc mit denselben Verhältnissen wie Verhältnissen der Vergrößerung oder der Verkleinerung wesentlich zu vergrößern oder zu verkleinern. Der Wellenformformer 50 korrigiert dadurch die Korrektursignale xc und yc jeweils zu den normalisierten Signalen xcn und ycn. Der Wellenformformer 50 ist konfiguriert, um die normalisierten Signale nur durch eine Addition und eine Subtraktion zu berechnen, ohne eine Multiplikation (yc·Dy, xc·Dx) und eine Division (ARy/Ay, ARx/Ax) auszuführen.
Auf diese Weise delektiert der Amplitudendetektor 30 die Offsetwerte und die Amplituden der jeweiligen tatsächlichen Signale ya und xa. Die Subtrahierer 40 und 41 entfernen Offsets von den jeweiligen tatsächlichen Signalen ya und xa. Der Wellenformformer 50 vergrößert oder verkleinert die tatsächlichen Signale ya und xa, so dass die tatsächlichen Amplituden zu den Referenzamplituden eingestellt werden. Als Ergebnis werden die tatsächlichen Signale ya und xa zu jeweils den normalisierten Signalen xcn und ycn korrigiert. Die normalisierten Signale xcn und ycn können für eine Positionsdetektion und eine Geschwindigkeitsdetektion verwendet werden.
Allgemein sind ein Dividierer und ein Multiplizierer Schaltungen, die durch digitale Schaltungen schwierig zu realisieren sind. Um den Dividierer und den Multiplizierer zu realisieren, ist es nötig, weit größer bemaßte digitale Schaltungen als diejenigen für den Addierer und den Subtrahierer zu verwenden. Daher wird, wenn die Division und die Multiplikation durch eine digitale Logik realisiert werden, das Schaltungsausmaß groß gemacht und erhöhen sich die Kosten. Aufgrund von diesem ist es schwierig, die Division und die Multiplikation durch ein billiges FPGA oder ähnliches zu realisieren.
Die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist konfiguriert, um Addierer und Subtrahierer zu enthalten, ohne die Dividierer und Multiplizierer zu verwenden. Die gesamte Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 ist daher bezüglich des Ausmaßes sehr klein. Weiterhin kann aufgrund eines Fehlens der Dividierer und Multiplizierer die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel auf einfache Weise durch die Logikschaltung, wie beispielsweise das billige FPGA, realisiert werden. Als Ergebnis kann die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 bei niedrigen Kosten hergestellt werden. Darüber hinaus führt die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel eine einfache Addition und eine einfache Subtraktion wiederholt aus. Im Vergleich mit der CPU für allgemeine Zwecke und dem Programm ist die Logikschaltung, wie beispielsweise das FPGA oder die ASIC, zum wiederholten Ausführen einer solchen einfachen Operation mit einer hohen Rate bzw. Geschwindigkeit geeignet. Die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 kann daher die normalisierten Signale in kurzer Zeit berechnen. Es muss nicht gesagt werden, dass die Wellenform-Korrekturvorrichtung 100 das Sinussignal und das Kosinussignal in kürzerer Zeit und mit höherer Genauigkeit als der Bediener normalisieren kann.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration des Amplitudendetektors 30 zeigt. Der Amplitudendetektor 30 enthält eine Referenzdetektionsschaltung 101, Vorzeichenänderungsregister 102 bis 104, eine Übergangsdetektionsschaltung 105, Maximum- oder Minimum-Detektionsschaltungen (die hierin nachfolgend oft einfach ”Detektionsschaltungen” genannt werden) Dymax, Dymin, Dxmax und Dxmin, Addierer 110 und 111, die als erste Arithmetikeinheit dienen, Subtrahierer 120 und 121, die als zweite Arithmetikeinheit dienen, Offsetregister Ros1 und Ros2 und Tiefpassfilter LPF1 bis LPF4.
Die Referenzdetektionsschaltung 101 empfängt die tatsächliche Koordinate (Kosinussignal, Sinussignal) = (xa, ya). Die Referenzdetektionsschaltung 101 detektiert, dass der sich bewegende Körper durch die vier Referenzkoordinaten (xmax, 0a), (0a, ymax), (xmin, 0a) und (0a, ymin) gelaufen ist. Die Referenzdetektionsschaltung 101 kann das Durchlaufen durch Detektieren von Änderungen bezüglich der Vorzeichen des Sinussignals und des Kosinussignals detektieren. Die Vorzeichenänderungsregister 102 bis 104 halten Änderungen bezüglich der Vorzeichen der tatsächlichen Koordinate (xa, ya), wenn der sich bewegende Körper durch die Referenzkoordinaten (xmax, 0a), (0a, ymax), (xmin, 0a) und (0a, ymin) läuft. Die drei Vorzeichenänderungsregister 102 bis 104 können vergangene drei Historien der Vorzeichen der tatsächlichen Koordinate (xa, ya) halten.
Die Übergangsdetektionsschaltung 105 sendet eine Anweisung zu den Maximum- oder Minimum-Detektionsschaltungen Dxmax, Dymin, Dxmax und Dxmin basierend auf einem Übergang der Vorzeichen, die in den Vorzeichenänderungsregistern 102 bis 104 gehalten sind. Beispielsweise halten dann, wenn die tatsächliche Koordinate (xa, ya) sich in einer Reihenfolge von 0, π/2 und π dreht, die Vorzeichenänderungsregister 102 bis 104 Daten von (+, +), (–, +) und (–, –) jeweils als (Vorzeichen von xa, Vorzeichen von ya). Die Übergangsdetektionsschaltung 105 kann unterscheidend erkennen dass die tatsächliche Koordinate des sich bewegenden Körpers sich zu einem ersten Quadranten, einem zweiten Quadranten und einem dritten Quadranten bewegt. Wenn sich die tatsächliche Koordinate (xa, ya) in einer Reihenfolge von π/2, π und (3/2)π. dreht halten die Vorzeichenänderungsregister 102 bis 104 jeweils Daten von (–, +), (–, –) und (+, –), Die Übergangsdetektionsschaltung 105 kann unterscheidend erkennen, dass die tatsächliche Koordinate des sich bewegenden Körpers sich zu dem zweiten Quadranten, dem dritten Quadranten und einem vierten Quadranten bewegt. Wenn sich die tatsächliche Koordinate (xa, ya) in einer Reihenfolge von π, (3/2)π und 0 dreht, halten die Vorzeichenänderungsregister 102 bis 104 jeweils Daten von (–, –), (+, –) und (+, +). Die Übergangsdetektionsschaltung 105 kann unterscheidend erkennen, dass die tatsächliche Koordinate des sich bewegenden Körpers sich zu dem dritten Quadranten, dem vierten Quadranten und einem fünften Quadranten bewegt. Wenn sich die tatsächliche Koordinate (xa, ya) in einer Reihenfolge von (3/2)π, 0 und π/2 dreht, halten die Vorzeichenänderungsregister 102 bis 104 jeweils Daten von (–, –), (+, +) und (–, +). Die Übergangsdetektionsschaltung 105 kann unterscheidend erkennen, dass die tatsächliche Koordinate des sich bewegenden Körpers sich zu dem vierten Quadranten, den ersten Quadranten und dem zweiten Quadranten bewegt. Es ist zu beachten, dass die oben angegebenen Fälle diejenigen sind, bei welchen sich der sich bewegende Körper in Gegenuhrzeigerrichtung CCW dreht. Gleichermaßen kann selbst dann, wenn sich der sich bewegende Körper in Uhrzeigerrichtung CW dreht, die Übergangsdetektionsschaltung 105 einen Übergang der tatsächlichen Koordinate des sich bewegenden Körpers detektieren.
Die Detektionsschaltungen Dymax, Dymin, Dxmax und Dxmin sind konfiguriert, um den maximalen Wert ymax von ya, den minimalen Wert xmin von ya, den maximalen Wert xmax von xa und den minimalen Wert xmin von xa unter einer Vielzahl von tatsächlichen Koordinaten (xa, ya) zu halten, die in einem Intervall abgetastet sind, in welchem das Vorzeichen von einer der tatsächlichen Koordinaten xa und ya jeweils konstant ist.
Beispielsweise ist die Detektionsschaltung Dymax konfiguriert, um den maximalen Wert ymax von ya unter einer Vielzahl von tatsächlichen Koordinaten zu halten, die in einem Intervall abgetastet sind, in welchem das Vorzeichen von ya bezüglich der tatsächlichen Koordinate (xa, ya) positiv (+) ist. Spezifischer enthält die Detektionsschaltung Dymax ein vorläufiges Register PR1, das einen vorläufigen maximalen Wert von ya enthält, einen Komparator COMP1, der die in dem vorläufigen Register PR1 gehaltenen Daten mit der tatsächlichen Koordinate ya vergleicht, und ein Register Rymax, das den maximalen Wert ymax hält.
Das vorläufige Register PR1 hält die zuerst abgetastete tatsächliche Koordinate ya. Der Komparator COMP1 vergleicht die abgetastete tatsächliche Koordinate ya mit Daten, die durch vorheriges Abtasten erhalten sind und in dem vorläufigen Register PR1 gespeichert sind, und bringt einen größeren Wert zu dem vorläufigen Register RP1 zurück. Durch Wiederholen dieser Operationen wird der im vorläufigen Register PR1 gespeicherte Wert aktualisiert, wann immer ein Abtasten durchgeführt wird, und wird näher zu dem maximalen Wert ymax.
Das Register Rymax hält einen Wert des vorläufigen Register PR1 in Reaktion auf eine Halteanweisung von der Übergangsdetektionsschaltung 105. Die Übergangsdetektionsschaltung 105 gibt diese Halteanweisung am Ende des Intervalls aus, in welchem das Vorzeichen von ya positiv (+) ist. Dies ist deshalb so, weil am Ende dieses Intervalls sich der sich bewegende Körper einmal dreht oder einmal hin- und herbewegt und der in dem vorläufigen Register PR1 gespeicherte Wert ein Maximum wird. Der im Register Rymax gespeicherte Wert wird aktualisiert, wann immer sich der sich bewegende Körper einmal dreht oder einmal hin- und herbewegt.
Wenn der sich bewegende Körper mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, werden Frequenzen der Kosinuswelle und der Sinuswelle hoch. Ein Abtasten wird periodisch in bestimmten Zeitintervallen ausgeführt. Aufgrund von diesem wird dann, wenn der sich bewegende Körper mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, ein Abtasten relativ grob. Demgemäß zeigt der maximale Wert ymax, der im Register Rymax gespeichert ist, nahezu einen Scheitelpunkt der Sinuswelle an, zeigt aber nicht notwendigerweise einen Scheitelpunktwert genau an und ändert sich für jede Drehung oder hin- und Herbewegung des sich bewegenden Körpers geringfügig. Angesichts von diesem ist das Tiefpassfilter LPF1 zwischen dem Register Rymax und dem Subtrahierer 120 vorgesehen. Eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters LPF1 ist niedriger als Frequenzen der Sinuswellen (Sinuswelle, Kosinuswelle). Das Tiefpassfilter LPF1 kann daher den vom Register Rymax ausgegebenen maximalen Wert ymax stabilisieren.
Das vorläufige Register PR1 wird in Reaktion auf eine Rücksetzanweisung von der Übergangsdetektionsschaltung 105 rückgesetzt. Die Übergangsdetektionsschaltung 105 gibt die Rücksetzanweisung entweder gleichzeitig mit der Halteanweisung oder direkt danach aus. Es ist dadurch möglich, das vorläufige Register PR1 rückzusetzen, nachdem das Register Rymax den Wert des vorläufigen Register PR1 hält.
Die Detektionsschaltung Dymin ist konfiguriert, um den minimalen Wert ymin von ya unter einer Vielzahl von tatsächlichen Koordinaten zu halten, die in einem Intervall abgetastet sind, in welchem das Vorzeichen von ya bezüglich der tatsächlichen Koordinate (xa, ya) negativ (–) ist. Spezifischer enthält die Detektionsschaltung Dymin ein vorläufiges Register PR2, das einen vorläufigen minimalen Wert von ya hält, einen Komparator COMP2, der die im vorläufigen Register PR2 gehaltenen Daten mit der tatsächlichen Koordinate ya vergleicht, und ein Register Rymin, das den minimalen Wert ymin hält.
Das vorläufige Register PR2 hält die zuerst abgetastete tatsächliche Koordinate ya. Der Komparator COMP2 vergleicht die abgetastete tatsächliche Koordinate ya mit Daten, die durch vorheriges Abtasten erhalten sind und im vorläufigen Register PR2. gespeichert sind, und bringt einen kleineren Wert zum vorläufigen Register PR2 zurück. Durch Wiederholen dieser Operationen wird der im vorläufigen Register PR2 gespeicherte Wert aktualisiert, wann immer ein Abtasten durchgeführt wird, und gelangt näher zu dem minimalen Wert ymin.
Das Register Rymin hält einen Wert des vorläufigen Register PR2 in Reaktion auf eine Halteanweisung von der Übergangsdetektionsschaltung 105. die Übergangsdetektionsschaltung 105 gibt diese Halteanweisung am Ende des Intervalls aus, in welchem das Vorzeichen von ya negativ (–) ist. Dies ist deshalb so, weil am Ende dieses Intervalls sich der sich bewegende Körper einmal dreht Oder einmal hin- und herbewegt und der im vorläufigen Register PR2 gespeicherte Wert ein Minimum wird. Der im Register Rymin gespeicherte Wert wird aktualisiert, wann immer sich der sich bewegende Körper einmal dreht oder einmal hin- und herbewegt.
Der Addierer 110 ist zwischen den Registern Rymax und Rymin und dem Offsetregister Ros1 angeschlossen. Der Addierer 110 addiert ymax und ymin und halbiert einen Additionsergebniswert. Als Ergebnis wird der Offsetwert Osy berechnet. Beispielsweise ist dann, wenn ymax = 10 und ymin = –8, der Offsetwert Osy 1. Es ist zu beachten, dass eine durch den Addierer 110 durchgeführte tatsächliche Berechnung durch einen binären digitalen Wert ausgeführt wird. Um den binären digitalen Wert zu halbieren, wird eine Zahl bzw. Ziffer des digitalen Werts um Eins nach rechts verschoben. ”Verschieben nach rechts” bedeutet ein Verschieben einer Ziffer eines bestimmten Werts in einer Richtung, in welcher der Wert kleiner ist. Demgemäß genügt es, dass der Addierer 110 einfach ymax und ymin addiert und die Zahl bzw. Ziffer des Additionsergebniswerts um Eins nach rechts schiebt.
Der durch den Addierer 110 berechnete Offsetwert OSy wird im Offsetregister Ros1 gespeichert. Das Offsetregister Ros1 hält den Offsetwert OSy, wenn es eine Halteanweisung von der Übergangsdetektionsschaltung 105 empfängt.
Der Offsetwert OSy ändert sich für jede Drehung oder Hin- und Herbewegung des sich bewegenden Körpers gleich dem maximalen Wert ymax etwas. Angesichts von diesem ist das Tiefpassfilter LPF2 zwischen dem Offsetregister Ros1 und dem Subtrahierer 120 vorgesehen. Eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters LPF2 ist niedriger als diejenigen der Sinuswellen (Sinuswelle, Kosinuswelle) und kann daher den vom Offsetregister Ros1 ausgegebenen Offsetwert OSy stabilisieren.
Der Subtrahierer 120 subtrahiert den Offsetwert OSy vom maximalen Wert ymax. Die tatsächliche Amplitude Ay des Sinussignals wird dadurch erhalten. Bei dem Ausführungsbeispiel subtrahiert der Subtrahierer 120 den Offsetwert OSy vom maximalen Wert ymax. Alternativ dazu kann der Subtrahierer 120 den minimalen Wert ymin vom Offsetwert OSy subtrahieren. Dies ist deshalb so, weil die Amplitude Ay sogar durch die alternative Berechnung berechnet werden kann.
Gleich der tatsächlichen Koordinate ya (Sinussignal) wird auch die tatsächliche Koordinate xa (Kosinussignal) der Berechnung unterzogen. Als Ergebnis werden der Offsetwert OSx und die tatsächliche Amplitude Ax des Kosinussignals erhalten. Beispielsweise ist die Detektionsschaltung Dxmax konfiguriert, um den maximalen Wert xmax von xa unter einer Vielzahl von tatsächlichen Koordinaten zu halten, die in einem Intervall abgetastet sind, in welchem das Vorzeichen von xa in der tatsächlichen Koordinate (xa, ya) positiv (+) ist. Spezifischer enthält die Detektionsschaltung Dxmax ein vorläufiges Register PR3, das eine vorläufigen maximalen Wert von xa hält, einen Komparator COMP3, der die im vorläufigen Register PR3 gehaltenen Daten mit der tatsächlichen Koordinate xa vergleicht, und ein Register Rxmax, das den maximalen Wert xmax hält.
Das vorläufige Register PR3 hält die zuerst abgetastete tatsächliche Koordinate xa. Der Komparator COMP3 vergleicht die abgetastete tatsächliche Koordinate xa mit Daten, die durch vorheriges Abtasten erhalten sind Und im vorläufigen Register PR3 gespeichert sind, und bringt einen größeren Wert zum vorläufigen Register PR3 zurück. Durch Wiederholen dieser Operationen wird der im vorläufigen Register PR3 gespeicherte Wert aktualisiert, wann immer ein Abtasten durchgeführt wird, und gelangt näher zum maximalen Wert xmax.
Das Register Rxmax hält einen Wert des vorläufigen Registers PR3 in Reaktion auf eine Halteanweisung von der Übergangsdetektionsschaltung 105. Die Übergangsdetektionsschaltung 105 gibt diese Halteanweisung am Ende des Intervalls aus, in welchem das Vorzeichen von xa positiv (+) ist. Dies ist deshalb so, weil am Ende dieses Intervalls sich der sich bewegende Körper einmal dreht oder einmal hin- und herbewegt und der im vorläufigen Register PR3 gespeicherte Wert ein Maximum wird.
Das vorläufige Register PR3 wird in Reaktion auf eine Rücksetzanweisung von der Übergangsdetektionsschaltung 105 rückgesetzt. Die Übergangsdetektionsschaltung 105 gibt die Rücksetzanweisung entweder gleichzeitig mit oder genau nach der Halteanweisung aus. Es ist dadurch möglich, das vorläufige Register PR3 rückzusetzen, nachdem das Register Rxmax den Wert des vorläufigen Registers PR3 hält.
Das Tiefpassfilter LPF3 ist zwischen dem Register Rxmax und dem Subtrahierer 121 vorgesehen. Gleich den anderen Tiefpassfiltern kann das Tiefpassfilter LPT3 den vom Register Rxmax ausgegebenen maximalen Wert xmax stabilisieren.
Die Detektionsschaltung Dxmin ist konfiguriert, um den minimalen Wert xmin von xa unter einer Vielzahl von tatsächlichen Koordinaten zu halten, die in einem Intervall abgetastet sind, in welchem das Vorzeichen von xa in der tatsächlichen Koordinate (xa, ya) negativ (–) ist. Spezifischer enthält die Detektionsschaltung Dxmin ein vorläufiges Register PR4, das einen vorläufigen minimalen Wert von xa halt, einen Komparator COMP4, der die im vorläufigen Register PR4 gehaltenen Daten mit der tatsächlichen Koordinate xa vergleicht, und ein Register Rxmin, das den minimalen Wert xmin hält.
Das vorläufige Register PR4 hält die zuerst abgetastete tatsächliche Koordinate xa. Der Komparator COMP4 vergleicht die abgetastete tatsächliche Koordinate xa mit Daten, die durch vorheriges Abtasten erhalten sind und im vorläufigen Register PR4 gespeichert sind und bringt einen kleineren Wert zum vorläufigen Register PR4 zurück. Durch Wiederholen dieser Operationen wird der im vorläufigen Register PR4 gespeicherte Wert aktualisiert, wann immer ein Abtasten durchgeführt wird, und gelangt näher zu dem minimalen Wert xmin.
Das Register Rxmin hält einen Wert des vorläufigen Registers PR4 in Reaktion auf eine Halteanweisung von der Übergangsdetektionsschaltung 105. Die Übergangsdetektionsschaltung 105 gibt diese Halteanweisung am Ende des Intervalls aus, in welchem das Vorzeichen von xa negativ (–) ist. Dies ist deshalb so, weil sich der sich bewegende Körper am Ende dieses Intervalls einmal dreht oder einmal hin- und herbewegt und der im vorläufigen Register PR4 gespeicherte Wert ein Minimum wird. Der im Register Rxmin gespeicherte Wert wird aktualisiert, wann immer sich der sich bewegende Körper einmal dreht oder einmal hin- und herbewegt.
Der Addierer 111 ist zwischen den Registern Rxmax, Rxmin und dem Offsetregister Ros2 angeschlossen. Der Addierer 111 addiert xmax und xmin und halbiert einen Additionsergebniswert. Als Ergebnis wird der Offsetwert OSx berechnet. Demgemäß genügt es, dass der Addierer 111 einfach xmax und xmin addiert und die Zahl bzw. Ziffer des Additionsergebniswerts um Eins nach rechts verschiebt.
Der durch Addierer 111 berechnete Offsetwert OSx wird im Offsetregister Ros2 gespeichert. Das Offsetregister OS2 hält den Offsetwert OSx, wenn es eine Halteanweisung von der Übergangsdetektionsschaltung 105 empfängt.
Der Offsetwert OSx ändert sich für jede Drehung oder Hin- und Herbewegung des sich bewegenden Körpers gleich dem maximalen Wert xmax im Register Rxmax etwas. Angesichts von diesem ist das Tiefpassfilter LPF4 zwischen dem Offsetregister Ros2 und dem Subtrahierer 21 vorgesehen. Eine Grenzfrequenz des Tiefpassfilters LPF4 kann den von dem Offsetregister Ros2 ausgegebenen Offsetwert OSx stabilisieren.
Der Subtrahierer 121 subtrahiert den Offsetwert OSx vom maximalen Wert xmax. Die tatsächliche Amplitude Ax des Sinussignals wird dadurch erhalten. Bei dem Ausführungsbeispiel subtrahiert der Subtrahierer 121 den Offsetwert OSx vom maximalen Wert xmax. Alternativ dazu kann der Subtrahierer 121 den minimalen Wert xmin vom Offsetwert OSx subtrahieren. Dies ist deshalb so, weil die Amplitude Ax sogar durch die alternative Berechnung berechnet werden kann.
5 ist eine Tabelle, die Halteanweisungszielregister und Rücksetzanweisungszielregister in Bezug zu einem Übergang der tatsächlichen Koordinate (xa, ya) zeigt. Wenn die tatsächliche Koordinate (xa, ya) sich in einer Reihenfolge von 0, π/2 und π oder in einer Reihenfolge von π, π/2 und 0 ändert, ist das Vorzeichen von ya positiv (+). Demgemäß gibt dann, wenn sich die tatsächliche Koordinate in dieser Reihenfolge bewegt, die Übergangsdetektionsschaltung 105 eine Halteanweisung zum Register Rymax aus. Das Register Rymax hält den im vorläufigen Register PR1 gespeicherten Wert als ymax in Reaktion auf die Halteanweisung. Zu dieser Zeit oder genau nach dieser Zeit gibt die Übergangsdetektionsschaltung 105 die Rücksetzanweisung zum vorläufigen Register PR1 aus. Der im vorläufigen Register PR1 gespeicherte Wert wird dadurch rückgesetzt.
Wenn sich die tatsächliche Koordinate (xa, ya) in einer Reihenfolge von π, (3/2)π und 0 oder in einer Reihenfolge von 0, (3/2)π und π ändert, ist das Vorzeichen von ya negativ (–). Demgemäß gibt dann, wenn sich die tatsächliche Koordinate in dieser Reihenfolge bewegt, die Übergangsdetektionsschaltung 105 eine Halteanweisung zum Register Rymin aus. Das Register Rymin hält den in dem vorläufigen Register PR2 gespeicherten Wert als ymin in Reaktion auf die Halteanweisung. Zu dieser Zeit oder genau nach dieser Zeit gibt die Übergangsdetektionsschaltung 105 die Rücksetzanweisung zum vorläufigen Register PR2 aus. Der im vorläufigen Register PR2 gespeicherte Wert wird dadurch rückgesetzt.
Wenn sich die tatsächliche Koordinate (xa, ya) in einer Reihenfolge von (3/2)π, 0, π/2 oder in einer Reihenfolge von π/2, 0 und (3/2)π ändert, ist das Vorzeichen von xa positiv (+). Demgemäß gibt dann, wenn sich die tatsächliche Koordinate in dieser Reihenfolge bewegt, die Übergangsdetektionsschaltung 105 eine Halteanweisung zum Register Rxmax aus. Das Register Rxmax hält den im vorläufigen Register PR3 gespeicherten Wert als xmax in Reaktion auf die Halteanweisung. Zu dieser Zeit oder genau nach dieser Zeit gibt die Übergangsdetektionsschaltung 105 die Rücksetzanweisung zum vorläufigen Register PR3 aus. Der im vorläufigen Register PR3 gespeicherte Wert wird dadurch rückgesetzt.
Wenn sich die tatsächliche Koordinate (xa, ya) in einer Reihenfolge von π/2, π und (3/2)π oder in einer Reihenfolge von (3/2)π, π und π/2 ändert, ist das Vorzeichen von xa negativ (–). Demgemäß gibt dann, wenn sich die tatsächliche Koordinate in dieser Reihenfolge bewegt, die Übergangsdetektionsschaltung 105 eine Halteanweisung zum Register Rxmin aus. Das Register Rxmin hält den im vorläufigen Register PR4 gespeicherten Wert als xmin in Reaktion auf die Halteanweisung. Zu dieser Zeit oder genau nach dieser Zeit gibt die Übergangsdetektionsschaltung 105 die Rücksetzanweisung zum vorläufigen Register PR4 aus. Der im vorläufigen Register PR4 gespeicherte Wert wird dadurch rückgesetzt.
Der sich bewegende Körper dreht sich nicht notwendigerweise mit konstanter Geschwindigkeit in konstanter Richtung. Aufgrund von diesem ist eine Aktualisierungshäufigkeit des Registers Rymax oft ungleich zu derjenigen des Registers Rxmin. Wenn beispielsweise die Aktualisierungshäufigkeit von Rymax niedriger als diejenige des Registers Rxmin ist, ist ein Aktualisierungsintervall von Rymax länger. Wenn Offsetbeträge oder die Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers sich im Intervall ändern, wird der maximale Wert ymax ein unrichtiger Wert im Vergleich mit dem minimalen Wert ymin. Um ein solches Problem zu vermeiden, aktualisiert der Amplitudendetektor 30 vorzugsweise die Register Rymin und Rymax als Paar und aktualisiert die Register Rxmin und Rxmax als Paar.
Wendet man sich wieder der 1 zu, werden Funktionen der Subtrahierer 40 und 41 beschrieben werden. Der Subtrahierer 40 ist zwischen dem Amplitudendetektor 30 und dem Wellenformformer 50 vorgesehen. Der Subtrahierer 40 subtrahiert, den Offsetwert OSy von der tatsächlichen Koordinate ya. Wenn der Offsetwert OSy positiv ist, ist die tatsächliche Koordinate ya in Richtung zur positiven Seite von der Referenzachse Yo abgewichen. Wenn der Offsetwert OSy negativ ist, ist die tatsächliche Koordinate ya in Richtung zur negativen Seite von der Referenzachse Yo abgewichen. Demgemäß wird durch Veranlassen, dass der Subtrahierer 40 (ya – OSy) berechnet, eine Offsetkomponente von der tatsächlichen Koordinate ya entfernt. Als Ergebnis wird das Korrektursignal yc als erstes Korrektursignal erhalten.
Der Subtrahierer 41 ist zwischen dem Amplitudendetektor 30 und dem Wellenformformer 50 vorgesehen. Der Subtrahierer 41 subtrahiert den Offsetwert OSx von der tatsächlichen Koordinate xa. Wenn der Offsetwert OSx positiv ist, ist die tatsächliche Koordinate xa in Richtung zur positiven Seite von der Referenzachse Xo abgewichen. Wenn der Offsetwert OSx negativ ist, ist die tatsächliche Koordinate xa in Richtung zur negativen bzw. Minus-Seite von der Referenzachse Xo abgewichen. Demgemäß wird durch Veranlassen, dass der Subtrahierer 41 (xa – OSx) berechnet, eine Offsetkomponente von der tatsächlichen Koordinate xa entfernt. Als Ergebnis wird das Korrektursignal xc als erstes Korrektursignal erhalten.
Wenn Vorzeichen der Offsetwerte OSy und OSx invertiert sind, können Addierer als die dritte Arithmetikeinheit 40 und 41 anstelle der Subtrahierer verwendet werden. Ein Fall, bei welchem die Vorzeichen der Offsetwerte OSy und OSx invertiert sind, ist beispielsweise ein Fall, bei welchem ein Inverter (nicht gezeigt) als Puffer zwischen den Offsetregistern Ros1 und Ros2 und der dritten Arithmetikeinheit 40 und 41 vorhanden ist.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine interne Konfiguration des Wellenformformers 50 zeigt. Der Wellenformformer 50 führt eine unabhängige und identische Verarbeitung an jedem des Sinussignals und des Kosinussignals durch. Demgemäß zeigt 6 den Wellenformformer 50 in Bezug auf das Sinussignal und zeigt nicht den Wellenformformer 50 in Bezug auf das Kosinussignal. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine durch die Wellenformkorrekturvorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführte Operation zeigt.
Der Wellenformformer 50 enthält eine vierte Arithmetikeinheit 51, eine fünfte Arithmetikeinheit 52, einen ersten Selektor 56, einen zweiten Selektor 57, ein erstes Berechnungswertregister R11, ein zweites Berechnungswertregister R21, ein Korrekturwertregister R31, einen Komparator COMP, eine erste Schiebeeinheit SFT1, eine zweite Schiebeeinheit SFT2 und einen Schiebetragszähler SC.
Der Wellenformformer 50 empfängt die tatsächliche Amplitude Ax und das erste Korrektursignal yc. Die tatsächliche Amplitude Ax und das erste Korrektursignal yc werden jeweils zu dem ersten und dem zweiten Selektor 56 und 57 übertragen. Die tatsächliche Amplitude Ax und das erste Korrektursignal yc werden auch jeweils zu der ersten und der zweiten Schiebeeinheit SFT1 und SFT2 übertragen.
Der erste Selektor 56 wählt zuerst die tatsächliche Amplitude Ax genau nach einem Abtasten zu einem bestimmten Zeitpunkt aus und überträgt die tatsächliche Amplitude Ax zum Komparator COMP und zur vierten Arithmetikeinheit 51. Darauf folgend überträgt der erste Selektor 56 im ersten Berechnungswertregister R11 bis zur nächsten Abtastung gehaltene Daten zu dem Komparator COMP und der vierten Arithmetikeinheit 51.
Der zweite Selektor 57 wählt das Korrektursignal yc zuerst genau nach einem Abtasten zu dem bestimmten Zeitpunkt aus und überträgt das Korrektursignal yc zu der fünften Arithmetikeinheit 52. Darauf folgend überträgt der zweite Selektor 57 in dem zweiten Berechnungswertregister R21 bis zur nächsten Abtastung gehaltene Daten zu der fünften Arithmetikeinheit 52.
Zwischenzeitlich verschiebt die erste Schiebeeinheit SFT1 die Figur bzw. Zahl bzw. Ziffer der tatsächlichen Amplitude Ay, die durch den binären digitalen Wert ausgedrückt ist, nach rechts und überträgt den bezüglich der Ziffer verschobenen Wert zu der vierten Arithmetikeinheit 51. Die zweite Schiebeeinheit SFT2 verschiebt das Korrektursignal yc, des durch den binären digitalen Wert ausgedrückt ist, nach rechts und überträgt den bezüglich der Ziffern verschobenen Wert zu der fünften Arithmetikeinheit 52.
Der Schiebebetragszähler SC entscheidet über Schiebebeträge (die Anzahl von Ziffern), um welche die erste und die zweite Schiebeeinheit SFT1 und SFT2 jeweils die tatsächliche Amplitude Ay und das Korrektursignal yc verschieben. Genau nach der Abtastung ist ein Schiebebetrag i 1. Darauf folgend inkrementiert sich der Schiebebetrag i um Eins, wann immer eine jeweilige der vierten und der fünften Arithmetikeinheit 51 und 52 eine Berechnung ausführt. Die erste und die zweite Schiebeeinheit SFT1 und SFT2 verschieben jeweils die tatsächliche Amplitude Ay und das Korrektursignal yc um denselben Betrag.
Der Komparator COMP vergleicht die tatsächliche Amplitude Ay, die durch den ersten Selektor 56 ausgewählt ist, oder die in dem ersten Berechnungswertregister R11 gehaltenen Daten mit der Referenzamplitude ARy. Weiterhin entscheidet der Komparator COMP, welche Berechnung die vierte und die fünfte Arrithmetikeinheit 51 und 52 ausführen, nämlich die Addition oder die Subtraktion. Die Typen der Berechnung (Addition oder Subtraktion), die durch die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 ausgeführt werden, sind dieselben. Das bedeutet, dass die fünfte Arithmetikeinheit 52 dann, wenn die vierte Arithmetikeinheit 51 eine Addition ausführt, auch eine Addition ausführt. Wenn die vierte Arithmetikeinheit 51 eine Subtraktion ausführt, führt auch die fünfte Arithmetikeinheit 52 eine Subtraktion aus.
Die vierte Arithmetikeinheit 51 addiert oder subtrahiert den bezüglich der Ziffern verschobenen Wert, der dadurch erhalten ist, dass veranlasst ist, dass die erste Schiebeeinheit SFT1 die Ziffer der tatsächlichen Amplitude Ay nach rechts zu oder von der tatsächlichen Amplitude Ay verschiebt, so dass die tatsächliche Amplitude Ay in die Referenzamplitude ARy konvergiert (S60). Detaillierte Berechnungen, die durch die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 durchgeführt werden, werden später beschrieben werden. Die vierte Arithmetikeinheit 51 überträgt einen Wert, der als Ergebnis der Addition oder der Subtraktion erhalten ist, zu dem ersten Berechnungswertregister R11. Der im ersten Berechnungswertregister R11 gespeicherte Wert wird aktualisiert, wann immer die vierte Arithmetikeinheit 51 eine Berechnung ausführt, und wird durch den Wert ersetzt, der als Ergebnis jeder Berechnung erhalten ist (S70).
Synchron zu der vierten Arithmetikeinheit addiert oder subtrahiert die fünfte Arithmetikeinheit 52 den bezüglich der Ziffern verschobenen Wert, der dadurch erhalten ist, dass veranlasst ist, dass die zweite Schiebeeinheit SFT2 die Figur bzw. Zahl bzw. Ziffer des Korrektursignals yc um denselben Schiebebetrag wie denjenigen der tatsächlichen Amplitude Ay nach rechts zu oder von dem Korrektursignal yc verschiebt, so dass das Korrektursignal yc in das normalisierte Signal ycn konvergiert (S61). Die fünfte Arithmetikeinheit 52 überträgt einen Wert, der als Ergebnis der Addition oder der Subtraktion erhalten ist, zu dem zweiten Berechnungswertregister R21. Der im zweiten Berechnungswertregister R21 gespeicherte Wert wird aktualisiert, wann immer die fünfte Arithmetikeinheit 52 eine Berechnung ausführt, und wird durch den Wert ersetzt, der als Ergebnis einer jeweiligen Berechnung erhalten wird (S71).
Die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 führen die Berechnungen wiederholt aus, während der Schiebebetrag, um welchen die Ziffer der tatsächlichen Amplitude Ay nach rechts verschoben wird, und der Schiebebetrag, um welchen die Ziffer des Korrektursignals yc nach rechts verschoben wird, erhöht wird.
Wenn die tatsächliche Amplitude Ay oder die im ersten Berechnungswertregister R11 gehaltenen Daten höher als die Referenzamplitude ARy ist oder sind, entscheidet der Komparator COMP, den Typ der durch die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 ausgeführten Berechnung auf die Subtraktion einzustellen. Wenn die tatsächliche Amplitude Ay oder die im ersten Berechnungswertregister R11 gehaltenen Daten niedriger als die Referenzamplitude ARy ist oder sind, entscheidet der Komparator COMP, den Typ der durch die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 ausgeführten Berechnung auf die Addition einzustellen. Die vierte Arithmetikeinheit 51 führt die Berechnung wiederholt aus, wodurch die im ersten Berechnungswertregister R11 gehaltenen Daten in die Referenzamplitude ARy konvergieren. Weiterhin führt die fünfte Arithmetikeinheit 52 die Berechnung wiederholt aus, wodurch die im zweiten Berechnungswertregister R21 gehaltenen Daten in das normalisierte Signal ycn konvergieren.
Die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 rührt Berechnungen wiederholt aus, bis die im ersten Berechnungswertregister R11 gehaltenen Daten in die Referenzamplitude ARy konvergieren oder bis die nächste Abtastung ausgeführt wird (S80). Nachdem die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 ein Ausführen von Berechnungen beenden, speichert das Korrekturwertregister R31 darin die im zweiten Berechnungswertregister R21 enthaltenen Daten. Die im Korrekturwertregister R31 gespeicherten Daten werden zu der Positionsdetektionsschaltung, der Geschwindigkeitsdetektionsschaltung oder zu ähnlichem als das normalisierte Signal ycn ausgegeben.
Die durch die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 ausgeführten Berechnungen werden detailliert beschrieben werden. Um das Korrektursignal yc zu normalisieren, ist es nötig, im Wesentlichen yc × Dy zu berechnen. Das Verhältnis Dy kann durch eine Binärzahl, wie beispielsweise Dy = Σ(D(i) – BD(i)) × 2^–1), ausgedrückt werden. In der Gleichung. Dy zeigt ein Zeichen i eine Bitzahl an, wenn das Verhältnis Dy durch die Binärzahl ausgedrückt wird, und zeigt D(1) den signifikantesten Bitwert an und ist der Wert weniger signifikant, wenn i größer ist. BD(i) zeigt einen Wert an, der durch Invertieren eines Werts eines i-ten Bits erhalten wird. Demgemäß könnte (D(i) – BD(i)) entweder 1 oder –1 sein. Das bedeutet, dass das Verhältnis Dy durch Wiederholen einer Addition oder einer Subtraktion von 2^–1 erhalten wird, wie beispielsweise Dy = ± 2^–1 ± 2^–2 ± 2^–3... . Verwendet man diese Tatsache, kann eine Berechnungsgleichung, die durch jede der vierten und der fünften Arithmetikeinheit 51 und 52 ausgeführt wird, wie folgt erhalten werden.
Die vierte Arithmetikeinheit 51 führt die folgende Gleichung 1 oder 2 aus. A_i = A_i-1 + Ay × 2^–1 (Gleichung 1) A_i = A_i-1 – Ay × 2^–1 (Gleichung 2)
In den Gleichungen 1 und 2 gilt i = 1, 2, ..., n, A₀ = Ay. Die vierte Arithmetikeinheit 51 berechnet die Gleichung 1 oder 2 wiederholt, bis die Amplitude A_i in die Referenzamplitude ARy konvergiert oder bis die nächste Abtastung ausgeführt wird.
Wenn die tatsächliche Amplitude Ay oder die Amplitude A_i niedriger als die Referenzamplitude ARy ist, wählt der Komparator COMP die Gleichung 1 als die Berechnungsgleichung aus, die durch die vierte Arithmetikeinheit 51 ausgeführt wird. Wenn die tatsächliche Amplitude Ay oder die Amplitude A_i höher als die Referenzamplitude ARy ist, wählt der Komparator COMP die Gleichung 2 als die Berechnungsgleichung aus, die durch die vierte Arithmetikeinheit 51 ausgeführt wird. Auf diese Weise berechnet die vierte Arithmetikeinheit 51 konzeptmäßig Ay ± Ay/2 ± Ay/4 ± Ay/8 ± Ay/16... .
Die fünfte Arithmetikeinheit 51 führt die folgend Gleichung 3 oder 4 aus. y_i = y_i-1 + yc × 2^–1 (Gleichung 3) y_i = y_i-1 – yc × 2^–1 (Gleichung 4)
In den Gleichungen 3 und 4 gilt y₀ = yc. Die fünfte Arithmetikeinheit 52 berechnet die Gleichung 3 oder 4 wiederholt, bis die Amplitude A_i in die Referenzamplitude ARy konvergiert oder bis die nächste Abtastung ausgeführt wird.
Wenn die Tatsächliche Amplitude Ay oder die Amplitude A_i niedriger als die Referenzamplitude ARy ist, wählt der Komparator COMP die Gleichung 3 als die Berechnungsgleichung aus, die durch die fünfte Arithmetikeinheit 52 ausgeführt wird. Wenn die tatsächliche Amplitude Ay oder die Amplitude A_i höher als die Referenzamplitude ARy ist, wählt der Komparator COMP die Gleichung 4 als die Berechnungsgleichung aus, die durch die fünfte Arithmetikeinheit 52 ausgeführt wird. Auf diese Weise berechnet die fünfte Arithmetikeinheit 52 konzeptmäßig yc ± yc/2 ± yc/4 ± yc/8 ± yc/16... .
Durch Zulassen, dass die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 die Berechnungen wiederholt synchron ausführen, konvergiert A_i in die Referenzamplitude ARy und konvergiert gleichzeitig yi in das normalisierte Signal ycn.
In diesem Fall enthalten die Gleichungen 1 bis 4 einen Multiplikationsausdruck für 2^–1. Jedoch ist ein Multiplizieren von 2^–1 äquivalent zu einem Verschieben des Binärwerts um i Bits nach rechts. Demgemäß enthält jede der vierten und der fünften Arithmetikeinheit 51 und 52 tatsächlich keinen Multiplizierer oder Dividierer, sondern kann konfiguriert sein, um einfach einen Addierer, einen Subtrahierer und eine Schaltung, die einen digitalen Wert nach rechts verschiebt, zu enthalten.
Eine ”Umwandlungsgenauigkeit” für jede der vierter und der fünften Arithmetikeinheit 51 und 52 hängt von der Anzahl von Berechnungen ab. Die Umwandlungsgenauigkeit zeigt eine Differenz zwischen yi und von an und die Umwandlungsgenauigkeit ist dann höher, wenn die Differenz kleiner ist. Wenn die Anzahl von Berechnungen i erhöht wird, wird die Umwandlungsgenauigkeit verbessert. Gegensätzlich dazu wird dann, wenn die Anzahl von Berechnungen i erniedrigt wird, die Umwandlungsgenauigkeit verschlechtert. Der Schiebebetragszähler so kann darin einen vorbestimmten Wert als die Anzahl von Berechnungen speichern. In diesem Fall beenden dann, wenn i einen Grenzwert erreicht, die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52 ihre Berechnungen. Durch beliebiges Einstellen des Grenzwerts kann die Umwandlungsgenauigkeit beliebig eingestellt werden.
Wenn andererseits die Berechnung bis zur nächsten Abtastung andauert und die Anzahl von Berechnungen i bis zur nächsten Abtastung unsicher ist, werden die Anzahl von Berechnungen i sowie das normalisierte Signal ycn in dem Korrekturwertregister R31 zu der Zeit der nächsten Abtastung gespeichert. Dies ist deshalb so; weil die Umwandlungsgenauigkeit aus der Anzahl von Berechnungen i klar wird.
Der Wellenformformer 50 ist vorgesehen, um jedem des Sinussignals und des Kosinussignals zu entsprechen. Demgemäß berechnet der Wellenformformer 50 die normalisierten Signale ycn und xcn für das Sinussignal bzw. das Kosinussignal. Das bedeutet, dass die vierte und die fünfte Arithmetikeinheit 51 und 52, der Komparator COMP, das erste und das zweite Berechnungswertregister R11 und R21, der erste und der zweite Selektor 56 und 57, die erste und die zweite Schiebeeinheit SFT1 und SFT2, der Schiebebetragszähler SC und das Korrekturwertregister R31 vorgesehen sind, um jedem des Sinussignals und des Kosinussignals zu entsprechen. Obwohl die Referenzamplitude eingestellt werden kann, um jedem des Sinussignals und des Kosinussignals zu entsprechen, ist die Referenzamplitude vorzugsweise gemeinsam für das Sinussignal und das Kosinussignal (identisch zwischen ihnen).
Wie es bislang angegeben ist, ist die Wellenform-Korrekturvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel konfiguriert, um Addierer und Subtrahierer zu enthalten, ohne Multiplizierer und Dividierer zu enthalten. Daher kann die Wellenform-Korrekturvorrichtung auf einfache Weise durch die Logikschaltung realisiert werden und kann bezüglich eines Ausmaßes als Gesamtes sehr klein gemacht werden. Darüber hinaus ist die Logikschaltung für eine Berechnung einer wiederholten Operation geeignet. Durch Bilden der Wellenform-Korrekturvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel durch die Logikschaltung kann die Berechnungsrate beschleunigt werden.
Die Wellenform-Korrekturvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel kann das Sinussignal und das Kosinussignal automatisch normalisieren, ohne von einer visuellen Erkennung durch einen Bediener abzuhängen. Es ist daher möglich, eine äußerst genaue Normalisierung des Sinussignals und des Kosinussignals bei niedrigen Kosten in kurzer Zeit auszuführen. Darüber hinaus kann selbst dann, wenn die Amplituden des Sinussignals und des Kosinussignals sich dynamisch ändern, die Wellenform-Korrekturvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel das Sinussignal und das Kosinussignal durch automatisches und schnelles Verfolgen der Amplitudenänderungen normalisieren.

Claims

Wellenform-Korrekturvorrichtung (100) zum periodischen Abtasten eines Wellenformsignals, das einen Winkel oder eine Position eines sich bewegenden Körpers anzeigt, der eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchführt, und zum Korrigieren eines digitalen Signals, das durch Digitalisieren des Wellenformsignals erhalten ist, welche Vorrichtung folgendes aufweist: einen Maximum- und Minimumwertdetektor (30), der einen maximalen Wert (xmax, ymax) und einen minimalen Wert (xmin, ymin) unter digitalen Signalen (xa, ya) detektiert, die durch Abtasten zu einem bestimmten Zeitpunkt und vor dem bestimmten Zeitpunkt erhalten werden; einen ersten Arithmetikbereich (110, 111), der einen Offsetwert (OSx, OSy) eines Zwischenwerts (Oa) zwischen dem maximalen Wert (xmax, ymax) und dem minimalen Wert (xmin, ymin) der digitalen Signale in Bezug auf einen voreingestellten Referenzwert (O) berechnet, der als Zwischenwert des Wellenformsignals voreingestellt ist einen zweiten Arithmetikbereich (120, 121), der eine tatsächliche Amplitude (Ax, Ay) der digitalen Signale durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts (OSx, OSy) von oder zu dem maximalen Wert (xmax, ymax) oder dem minimalen Wert (xmin, ymin) der digitalen Signale berechnet; einen dritten Arithmetikbereich (40, 41), der ein erstes Korrektursignal (xc, yc) durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts von oder zu einem der digitalen Signale zu dem bestimmten Zeitpunkt erzeugt; einen vierten Arithmetikbereich (51), der einen Wert, der durch Verschieben einer Ziffer der tatsächlichen Amplitude (Ax, Ay) erhalten wird, von oder zu der tatsächlichen Amplitude (Ax, Ay) addiert oder subtrahiert, so dass die tatsächliche Amplitude (Ax, Ay) zu einer voreingestellten Referenzamplitude (ARx, ARy) konvergiert; und einen fünften Arithmetikbereich (52), der einen Wert, der durch Verschieben des ersten Korrektursignals (xc, yc) um einen Betrag, der identisch zu einem Schiebebetrag der tatsächlichen Amplitude (Ax, Ay) ist, von oder zu dem ersten Korrektursignal (xc, yc) addiert oder subtrahiert, so dass das erste Korrektursignal (xc, yc) zu einem zweiten Korrektursignal (xcn, ycn) konvergiert, wobei der fünfte Arithmetikbereich eine Addition oder Subtraktion gleichzeitig mit einer Ausführung einer Addition oder Subtraktion durch den vierten Arithmetikbereich ausführt.
Wellenform-Korrekturvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der vierte Arithmetikbereich (51) wiederholt eine Gleichung 1 oder eine Gleichung 2 berechnet, bis A_i in die voreingestellte Referenzamplitude konvergiert oder bis ein nächstes Abtasten ausgeführt wird: A_i = A_i-1 + Ay × 2^–1 (Gleichung 1) A_i = A_i-1 – Ay × 2^–1 (Gleichung 2) wobei i = 1, 2, ... n, A₀ = Ay und Ay die tatsächliche Amplitude ist, und der fünfte Arithmetikbereich (52) wiederholt eine Gleichung 3 oder eine Gleichung 4 berechnet, bis A_i in die voreingestellte Referenzamplitude konvergiert oder bis das nächste Abtasten ausgeführt wird: y_i = y_i-1 + yc × 2^–1 (Gleichung 3) y_i = y_i-1 – yc × 2^–1 (Gleichung 4) wobei i = 1, 2, ... n, Y₀ = yc und yc das erste Korrektursignal zu dem bestimmten Zeitpunkt ist.
Wellenform-Korrekturvorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei wenn die tatsächliche Amplitude niedriger als die Referenzamplitude ist, der vierte Arithmetikbereich (51) die Gleichung 1 berechnet und der fünfte Arithmetikbereich (52) die Gleichung 3 berechnet, und wenn die tatsächliche Amplitude höher als die Referenzamplitude ist, der vierte Arithmetikbereich (51) die Gleichung 2 berechnet und der fünfte Arithmetikbereich (52) die Gleichung 4 berechnet.
Wellenform-Korrekturvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das digitale Signal durch ein Sinussignal und ein Kosinussignal ausgedrückt wird, und der erste Arithmetikbereich bis zu dem fünften Arithmetikbereich (110, 111, 120, 121, 40, 41, 51, 52) vorgesehen sind, um jeweils jedem des Sinussignals und des Kosinussignals zu entsprechen und der erste Arithmetikbereich bis zu dem fünften Arithmetikbereich (110, 111, 120, 121, 40, 41, 51, 52) jeweils Berechnungen für das Sinussignal und das Kosinussignal ausführen.
Wellenform-Korrekturvorrichtung (100) nach Anspruch 4, die weiterhin ein Maximum- und Minimumwertregister (Rymax, Rymin, Rxmax, Rxmin) aufweist, das einen maximalen Wert xmax des Kosinussignals, einen minimalen Wert xmin des Kosinussignals, einen maximalen Wert ymax des Sinussignals und einen minimalen Wert ymin des Sinussignals unter einer Vielzahl von digitalen Signalen hält, die in einem Intervall abgetastet sind, in welchem ein Vorzeichen von einem des Sinussignals und des Kosinussignals konstant ist.
Wellenform-Korrekturvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Arithmetikbereich (110, 111) ein Addierer ist, der den maximalen Wert und den minimalen Wert des digitalen Signals addiert und der eine Ziffer eines Additionsergebniswerts um Eins verschiebt.
Wellenform-Korrekturvorrichtung (100) nach Anspruch 4, die weiterhin folgendes aufweist: ein erstes Tiefpassfilter (LPF1, LPF3), das zwischen dem Maximum- und Minimumwertregister (Rymax, Rymin, Rxmax, Rxmin) und dem zweiten Arithmetikbereich (120, 121) vorgesehen ist; und ein zweites Tiefpassfilter (LPF2, LPF4), das zwischen dem ersten Arithmetikbereich (110, 111) und dem zweiten Arithmetikbereich (120, 121) vorgesehen ist.
Wellenform-Korrekturvorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin folgendes aufweist ein erstes Berechnungswertregister (R11), das ein Berechnungsergebnis des vierten Arithmetikbereichs (51) hält; ein zweites Berechnungswertregister (R21), das ein Berechnungsergebnis des fünften Arithmetikbereichs (52) hält; einen ersten Selektor (56), der bei einer anfänglichen Berechnung genau nach einem Abtasten die tatsächliche Amplitude zu dem vierten Arithmetikbereich (51) überträgt und bei Berechnungen nach der anfänglichen Berechnung im ersten Berechnungswertregister (R11) gehaltene Daten zu dem vierten Arithmetikbereich (51) überträgt; einen zweiten Selektor (57), der bei einer anfänglichen Berechnung genau nach dem Abtasten das erste Korrektursignal zu dem fünften Arithmetikbereich (52) überträgt und bei Berechnungen nach der anfänglichen Berechnung in dem zweiten Berechnungswertregister (R21) gehaltene Daten zu dem fünften Arithmetikbereich (52) überträgt; einen Komparator (COMP), der die tatsächliche Amplitude oder die im ersten Berechnungswertregister (R11) gehaltenen Daten, was durch den ersten Selektor (56) ausgewählt ist, mit der Referenzamplitude vergleicht und gemäß dem Vergleichsergebnis über eine Addition oder Subtraktion als die Berechnungen entscheidet, die durch den vierten und den fünften Arithmetikbereich (51, 52) ausgeführt werden; einen ersten Schiebebereich (SFT1), der eine Ziffer der tatsächlichen Amplitude verschiebt; einen zweiten Schiebebereich (SFT2), der eine Ziffer des ersten Korrektursignals verschiebt; und ein Korrekturwertregister (R31), das das zweite Korrektursignal hält.
Wellenform-Korrekturvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei das digitale Signal durch ein Sinussignal und ein Kosinussignal ausgedrückt wird, und der erste Arithmetikbereich bis zu dem fünften Arithmetikbereich (110, 111, 120, 121, 40, 41, 51, 52), das erste Berechnungswertregister (R11) und das zweite Berechnungswertregister (R21), der erste Selektor (56) und der zweite Selektor (57), der erste Schiebebereich (SFT1) und der zweite Schiebebereich (SFT2) und das Korrekturwertregister (R31) vorgesehen sind, um jedem des Sinussignals und des Kosinussignals zu entsprechen.
Wellenform-Korrekturverfahren, das periodisch ein Wellenformsignal abtastet, das einen Winkel oder eine Position eines sich bewegenden Körpers anzeigt, der eine Drehbewegung oder eine Hin- und Herbewegung durchführt, und das ein digitales Signal korrigiert, das durch Digitalisieren des Wellenformsignals erhalten ist, welches Verfahren folgendes aufweist: Detektieren eines maximalen Werts (xmax, ymax) und eines minimalen Werts (xmin, ymin) unter digitalen Signalen, die durch Abtasten zu einem bestimmten Zeitpunkt und vor dem bestimmten Zeitpunkt erhalten werden; eine erste Arithmetikoperation, um einen Offsetwert (OSx, OSy) eines Zwischenwerts (Oa) zwischen dem maximalen Wert (xmax, ymax) und dem minimalen Wert (xmin, ymin) der digitalen Signale in Bezug auf einen voreingestellten Referenzwert (O) zu berechnen, der als Zwischenwert des Wellenformsignals voreingestellt ist; eine zweite Arithmetikoperation, um eine tatsächliche Amplitude (Ax, Ay) der digitalen Signale durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts (OSx, OSy) von oder zu dem maximalen Wert (xmax, ymax) oder dem minimalen Wert (xmin, ymin) der digitalen Signale zu berechnen; eine dritte Arithmetikoperation, um ein erstes Korrektursignal (xc, yc) durch Subtrahieren oder Addieren des Offsetwerts von oder zu einem der digitalen Signale zu dem bestimmten Zeitpunkt zu erzeugen; eine vierte Arithmetikoperation, um einen Wert, der durch Verschieben einer Ziffer der tatsächlichen Amplitude (Ax, Ay) erhalten wird, von oder zu der tatsächlichen Amplitude (Ax, Ay) zu addieren oder subtrahieren, so dass die tatsächliche Amplitude (Ax, Ay) zu einer voreingestellten Referenzamplitude (ARx, ARy) konvergiert; und eine fünfte Arithmetikoperation, um einen Wert, der durch Verschieben des ersten Korrektursignals (xc, yc) um einen Betrag, der identisch zu dem Schiebebetrag der tatsächlichen Amplitude (Ax, Ay) ist, erhalten wird, von oder zu dem ersten Korrektursignal (xc, yc) zu addieren oder subtrahieren, so dass das erste Korrektursignal (xc, yc) zu einem zweiten Korrektursignal (xcn, ycn) konvergiert, wobei die fünfte Arithmetikoperation gleichzeitig mit der vierten Arithmetikoperation ausgeführt wird.
Wellenform-Korrekturverfahren nach Anspruch 10, wobei bei der vierten Arithmetikoperation eine Gleichung 1 oder eine Gleichung 2 wiederholt berechnet wird, bis A_i zu der voreingestellten Referenzamplitude konvergiert oder bis ein nächstes Abtasten ausgeführt wird: A_i = A_i-1 + Ay × 2^–1 (Gleichung 1) A_i = A_i-1 – Ay × 2^–1 (Gleichung 2) wobei i = 1, 2, ... n, A₀ = Ay und Ay die tatsächliche Amplitude ist, und bei der fünften Arithmetikoperation eine Gleichung 3 oder eine Gleichung 4 wiederholt berechnet wird, bis Ai in die voreingestellte Referenzamplitude konvergiert oder bis das nächste Abtasten ausgeführt wird: y_i = y_i-1 + yc × 2^–1 (Gleichung 3) y_i = y_i-1 – yc × 2^–1 (Gleichung 4) wobei i = 1, 2, ... n, y₀ = yc und yc das erste Korrektursignal zu dem bestimmten Zeitpunkt ist.
Wellenform-Korrekturverfahren nach Anspruch 11, wobei wenn die tatsächliche Amplitude niedriger als die Referenzamplitude ist, die Gleichung 1 bei der vierten Arithmetikoperation berechnet wird, und die Gleichung 3 bei der fünften Arithmetikoperation berechnet wird, und wenn die tatsächliche Amplitude höher als die Referenzamplitude ist, die Gleichung 2 bei der vierten Arithmetikoperation berechnet wird und die Gleichung 4 bei der fünften Arithmetikoperation berechnet wird.
Wellenform-Korrekturverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das digitale Signal durch ein Sinussignal oder ein Kosinussignal ausgedrückt wird, und die erste Arithmetikoperation bis zu der fünften Arithmetikoperation jeweils für jedes des Sinussignals und des Kosinussignals ausgeführt werden.