KR910009090B1

KR910009090B1 - Digital type resolver to digital conversion apparatus

Info

Publication number: KR910009090B1
Application number: KR1019890006275A
Authority: KR
Inventors: 강성수
Original assignee: 금성계전 주식회사; 백중영
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1991-10-28
Also published as: KR900019392A

Abstract

The position signal supplied from the resolver is converted to the digital signal by the digital converter, then supplied to the control system with high speed and low error. The position signals detected by a sine winding (L3), and a cosine winding (L2) of the resolver are provided to sample holders (25,26) through differential amplifiers (23,24). The sample signal is generated by comparing the sine output of a reference wave generator (21) to the reference voltage at a comparator (30). A pair of position signals are converted by an A/D converter (28) and processed by a digital signal processor (29), then the absolute position is obtained.

Description

디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치Digital resolver / digital converter

제1도는 종래 트래킹방식의 리졸버/디지탈변환장치의 구성도.1 is a block diagram of a conventional tracking resolver / digital conversion device.

제2도는 본 발명 디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치의 구성도.2 is a block diagram of a digital resolver / digital conversion device of the present invention.

제3a도 내지 제3d도라는 본 발명 샘플회로 및 비교기의 각부 파형도.3A to 3D are waveform diagrams of respective parts of the sample circuit and comparator of the present invention.

제4도는 본 발명 디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치에 있어서, 각도 분할에 대한 파형도.4 is a waveform diagram of angle division in the digital resolver / digital conversion device of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1,21 : 기준파형발생기 2,22 : 리졸버1,21: reference waveform generator 2,22: resolver

3 : 사인/코사인승산기 4 : 오차증폭기3: sine / cosine multiplier 4: error amplifier

5 : 동기정류기 6 : 전압제어발진기5: synchronous rectifier 6: voltage controlled oscillator

7 : 업/다운카운터 23,24 : 차동증폭기7: Up / down counter 23,24: Differential amplifier

25,26 : 샘플호울더 27 : 아날로그멀티플렉서25, 26: sample holder 27: analog multiplexer

28 : A/D변환기 29 : 디지탈신호 처리부28: A / D converter 29: digital signal processing unit

30 : 비교기 L1 : 기준권선30: comparator L1: reference winding

L2 : 코사인권선 L3 : 사인권선L2: Cosine winding L3: Sign winding

본 발명은 전동기등의 위치검출기인 리졸버(resolver)로부터 위치신호를 받은 후 위치의 디지탈값으로 변환하여 제어계등으로 공급하는 리졸버/디지탈변환장치에 관한 것으로, 특히 빠른 검출속도를 요구하며, 가감속시의 오차허용범위가 좁은 제어계구성에 적당하도록 한 디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a resolver / digital conversion device that receives a position signal from a resolver, such as an electric motor, and converts it into a digital value of a position and supplies it to a control system. The present invention relates to a digital resolver / digital conversion device suitable for a control system configuration having a narrow tolerance of time.

종래에 널리 사용되고 있는 트래킹(tracking)방식의 리졸버/디지탈변환장치는 제1도에 도시한 바와 같이, 기준파형발생기(1)로부터 1 내지 10KHz의 정현파(Vo sinωt)를 발생하여 기준권선(L1)의 양단에 인가하면 리졸버(2)의 회전각도(θ)에 따라 사인권선(L3), 코사인권선(L2)의 양단에 각각 V1=Vo sinωt sinθ, V2=Vo sinωt cosθ로 되는 전압이 발생되어 사인/코사인승산기(3)에 인가된다.The tracking / resolver / digital conversion apparatus of the tracking method widely used in the related art generates a sinusoidal wave (Vo sinωt) of 1 to 10 KHz from the reference waveform generator 1, as shown in FIG. When applied to both ends of the signal, the voltages V1 = Vo sinωt sinθ and V2 = Vo sinωt cosθ are generated at both ends of the sinusoidal winding L3 and the cosine winding L2 according to the rotation angle θ of the resolver 2. / Is applied to the cosine multiplier (3).

이때 사인/코사인승산기(3)의 내부에서는 입력전압(V1)(V2)에 각각 sinø를 각각 곱하여 V3=Vo sinωt sin(θ-ø)로 되는 오차출력(V3)을 인가하며, 이의 출력이 오차증폭기(4)를 통해 증폭되고, 상기 기준파형발생기(1)로부터 발생되는 정현파에 의해 구동되는 동기전류기(5)를 통해 속도신호(V4)를 인가함과 아울러 전압제어발생기(6)를 통해 업다운카운터(7)를 구동하여 sin(θ-ø)를 0으로 하는 폐루프를 형성함에 따라 내부제어계에 의해 업다운카운터(7)의 출력값(ø)으로부터 θ로 되는 회전자의 위치를 검출하게 된다.At this time, the sine / cosine multiplier 3 internally multiplies the input voltages V1 and V2 by sinø, respectively, and applies an error output V3 such that V3 = Vo sinωt sin (θ-ø), and its output is an error. Amplified by an amplifier (4), the speed signal (V4) is applied through a synchronous current (5) driven by a sine wave generated from the reference waveform generator (1) and through a voltage control generator (6) By driving the up-down counter 7 to form a closed loop with sin (θ-ø) as 0, the internal control system detects the position of the rotor from θ of the up-down counter 7 to θ from the output value ø. .

그런데 상기와 같은 종래의 트래킹방식의 리졸버/디지탈변환장치에 있어서는 다수의 리졸버에 적용할 경우 그 배수대로 하드웨어가 필요하게 되어 구성이 복잡하게 되며 높은 정밀도를 갖는 부품을 요구하므로 제품의 가격이 상승하게 되는 결함이 있었다.However, in the conventional tracking / resolver / digital conversion device as described above, when applied to a large number of resolvers, hardware is required in multiples of the multiplexers, which complicates configuration and requires components with high precision. There was a flaw.

또한 전압제어발진기(6)의 출력주파수의 한계로 인하여 위치측정이 가능한 최대회전속도가 제한되므로 고속전동기에의 적용이 어렵게 되고, 가감속이 커지면 이에 비례하여 오차가 증대하므로 가감속율에 제한을 받게 되는 결함이 있었다.In addition, since the maximum rotation speed capable of position measurement is limited due to the limitation of the output frequency of the voltage controlled oscillator 6, it is difficult to apply to a high-speed motor, and the acceleration increases and decreases in proportion to the acceleration and deceleration rate. There was a fault.

본 발명은 이와 같은 결함을 감안하여 1회의 샘플링에서 리졸버의 사인, 코사인값을 직접 디지탈신호로 변환한 후 디지탈신호 처리부를 통해 계산하여 각도를 산출함으로써 제품의 하드웨어를 간소화하고, 측정가능 최대 회전수를 증가시킬 뿐 아니라 가감속에 따른 오차를 제거하도록 한 디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치를 창안한 것으로, 이하 첨부한 도면에 의해 상세히 설명한다.In view of such a deficiency, the present invention simplifies the hardware of the product by converting the sine and cosine of the resolver directly into a digital signal in one sampling and calculating the angle by calculating it using a digital signal processing unit. The digital resolver / digital conversion device is designed to not only increase the value but also eliminate the error due to acceleration and deceleration, which will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 발명 디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치의 구성도로서 이에 도시한 바와 같이, 기준파형발생기(21)의 출력 정현파가 기준권선(L1), 코사인권선(L2), 사인권선(L3)으로 된 리졸버(22)를 구동하여 출력되고, 각각의 차동증폭기(23)(24)를 통과한 후 샘플호올더(25)(26)를 구동하여 샘플링하는 샘플회로(31)와, 상기 샘플회로(31)와 같은 형태로 구성하여 다른 채널을 형성하는 샘플회로(32)와, 상기 기준파형발생기(21)의 출력 정현파가 기준전압(V)과 비교되어 상기 샘플호올더(25)(26)를 제어하는 비교기(30)와, 상기 샘플회로(31)(32)의 출력을 선택하는 아날로그멀티플렉서(27)와, 상기 아날로그멀티플렉서(27)의 출력을 디지탈변환하는 아날로그(A)/디지탈(D)변환기(28)와, 상기 비교기(30)의 출력으로 인터럽트되어 상기 아날로그멀티플렉서(27)에 채널 1, 2선택신호를 출력하고, 상기 A/D변환기(28)의 출력을 수용하여 한분할 구간내의 각도를 산출한 후 디지탈 절대위치를 얻도록 한 디지탈신호 처리부(29)로 구성한다.2 is a block diagram of a digital resolver / digital conversion device according to the present invention. As shown therein, the output sine wave of the reference waveform generator 21 includes the reference winding L1, the cosine winding L2, and the sinusoidal winding L3. And a sample circuit 31 for driving the sample resolver 25 and 26 after passing through each of the differential amplifiers 23 and 24, and outputting the same. The sample circuit 32 and the output sine wave of the reference waveform generator 21 are configured to form the same channel as in (31), and are compared with the reference voltage (V) so that the sample holders (25, 26) Comparator 30 for controlling the signal, an analog multiplexer 27 for selecting the outputs of the sample circuits 31 and 32, and an analog (A) / digital (D) digital conversion for the output of the analog multiplexer 27. Interrupted by the output of the converter 28 and the comparator 30 to the analog multiplexer 27 to select channels 1 and 2. The digital signal processor 29 is configured to output a call, receive the output of the A / D converter 28, calculate an angle within a division section, and obtain a digital absolute position.

제3a도 내지 제3d도는 본 발명 샘플회로 및 비교기의 각부 파형도로서 이에 도시한 바와 같이, 제3a도는 비교기(11)의 입력파형도, 제3b, c도는 샘플호올더(25)(26)의 샘플파형도, 제3d도는 비교기(30)의 출력파형도이다.3A to 3D are waveform diagrams of the respective parts of the sample circuit and the comparator of the present invention, and as shown in FIG. 3A, the input waveform diagram of the comparator 11, the 3b and c diagrams, and the sample holder 25 and 26 are shown. Is a waveform diagram of the output waveform of the comparator 30. FIG.

제4도는 본 발명 디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치에 있어서, 각도 분할에 대한 파형도로서 이에 도시한 바와 같이, 샘플호올더(25)(26)의 출력파형의 절대값의 크기를 비교한 것으로, 부호에 따른 각도를 구간(A,B,C,D)으로 나타낸 것이다.4 is a waveform diagram of angle division in the digital resolver / digital conversion device according to the present invention. As shown therein, the magnitudes of the absolute values of the output waveforms of the sample holders 25 and 26 are compared. , And the angle according to the sign is shown as a section (A, B, C, D).

이하, 작용효과를 설명하면 기준파형발생기(21)로부터 Vo sinωt로 되는 정현파가 발생된 후 기준권선(L1)에 인가하여 사인권선(L3), 코사인권선(L2)을 통해 출력되며, 이의 사인출력과 코사인출력이 각각의 차동증폭기(23)(24)를 통해 V1=Vo sinωt sinθ, V2=Vo sinωt cosθ로 되는 전압으로 출력된다.Hereinafter, the effect of the sine wave generated from the reference waveform generator 21 to Vo sinωt is generated and applied to the reference winding L1 and output through the sine winding L3 and the cosine winding L2, and the sine output thereof. The over cosine output is output through the respective differential amplifiers 23 and 24 at voltages such that V1 = Vo sinωt sinθ and V2 = Vo sinωt cosθ.

이때 기준파형발생기(21)의 Vo sinωt로 되는 출력 정현파가 비교기(30)의 반전(-)측에 인가된 후 제3도의 a에 도시한 바와 같이, 비반전(+)측의 기준전압(V)과 비교됨에 따라 제3도의 d에 도시한 바와 같은 샘플신호가 출력되며, 이의 신호가 샘플호올더(25)(26)를 제어함에 따라 제3도의 b,c에 도시한 바와 같이, 차동증폭기(23)(24)의 출력전압(V1)(V2)이 V3=Vo′sinθ, V4=Vo′cosθ로 되는 전압(V3)(V4)에서 호올드구간을 유지시킨다.At this time, after the output sine wave which becomes Vo sinωt of the reference waveform generator 21 is applied to the inverting (-) side of the comparator 30, the reference voltage V on the non-inverting (+) side as shown in a of FIG. As shown in FIG. 3, a sample signal as shown in d of FIG. 3 is outputted, and a differential amplifier thereof as shown in b and c of FIG. The old section is maintained at the voltage V3 (V4) at which the output voltages V1 and V2 of (23) and (24) are V3 = Vo'sinθ and V4 = Vo'cosθ.

한편 비교기(30)의 출력인 샘플신호가 디지탈신호 프로세서(2)에 인터럽트신호로 공급되면 채널 1,2선택신호에 의해 아날로그멀티플렉서(27)를 제어함에 따라 상기 샘플호올더(25)(26)의 출력전압(V3)(V4)이 선택된 후 A/D변환기(28)를 통해 디지탈신호로 처리되어 디지탈신호 처리부(29)에 인가되며, 이때 샘플회로(32)는 다른 채널의 리졸버를 나타낸다.On the other hand, when the sample signal, which is the output of the comparator 30, is supplied to the digital signal processor 2 as an interrupt signal, the sample headers 25 and 26 are controlled by controlling the analog multiplexer 27 by the channel 1,2 selection signal. After the output voltages V3 and V4 are selected, they are processed as digital signals by the A / D converter 28 and applied to the digital signal processor 29, where the sample circuit 32 represents resolvers of other channels.

여기서 디지탈신호 처리부(29)는 디지탈 처리된 Vo′sinθ, Vo′cosθ이 절대값의 크기 비교와 부호에 따라 제4도에 도시한 바와 같이, A, B, C, D로 되는 4개의 각도 분할중 해당구간이 결정되며, 이때 Vo′sinθ와 Vo′cosθ중에서 절대값이 작은 것을 큰 것으로 나눈 몫을 x라 하면 x는 항상 1-≤x≤1을 만족한다.Herein, the digital signal processing unit 29 divides four angles in which the digitally processed Vo'sinθ and Vo'cosθ are A, B, C, and D, as shown in FIG. 4 according to the magnitude comparison and sign of the absolute value. The corresponding section is determined. If x is the quotient of Vo'sinθ and Vo'cosθ divided by the smallest absolute value, x always satisfies 1-≤x≤1.

한편 θ의 한분할내의 각도를 얻기 위하여 arctan(x)를 근사다항식으로 표현하면On the other hand, arctan (x) is expressed as an approximate polynomial to obtain an angle within one division of θ.

단 b1=651.334, b2=-208.955, b3=91.513, b4=-24.938로 되는데, 여기서 x를 대입하여 arctan(x), 즉 θ의 한분할 구간내의 각도를 얻게 된다. 이와 같이 하여 최종적으로 다음식에 의해 절대위치 θ를 얻게 된다.However, b1 = 651.334, b2 = -208.955, b3 = 91.513, and b4 = -24.938, where x is substituted to obtain an angle within the arctan (x), i. In this way, the absolute position θ is finally obtained by the following equation.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 측정가능한 최대 회전수가 대폭 커졌으므로 고속형 전동기에서 위치검출이 가능해졌으며, 가감속에 따른 오차증가가 전혀 없으므로 동특성을 중시하는 서보모터제어계의 적용이 유리하게 되는 이점이 있다.As described in detail above, the present invention enables the detection of a position in a high-speed motor since the maximum measurable rotational speed is greatly increased, and there is no error increase due to acceleration and deceleration. Therefore, it is advantageous to apply a servo motor control system that emphasizes dynamic characteristics. .

특히 모터제어계와 디지탈신호 프로세서를 공유할 경우 리졸버 변환기가 낮은 가격으로 설치될 수 있으며, 간단한 샘플회로의 추가만으로 다수의 리졸버의 동시변환이 가능하게 될 수 있는 이점이 있다.In particular, when the digital control processor and the motor control system are shared, the resolver converter can be installed at a low price, and there is an advantage that the simultaneous conversion of a plurality of resolvers can be performed by adding a simple sample circuit.

Claims

기준파형발생기(21)의 정현파 출력으로 기준권선(L1), 사인권선(L3), 코사인권선(L2)으로된 리졸버(22)를 구동하여 위치신호를 받아 디지탈값으로 변환하는 리졸버/디지탈변환장치에 있어서, 상기 사인권선(L3), 코사인권선(L2)의 위치신호가 각각의 차동증폭기(23)(24)를 통해 검출된 후 샘플호올더(25)(26)에 입력되며, 상기 기준파형발생기(21)의 정현파 출력이 비교기(30)를 통해 기준전압과 비교되어 샘플신호를 발생하고, 상기 샘플호올더(25)(26)를 제어하여 2개의 위치신호출력을 샘플함과 아울러 디지탈신호 처리부(29)를 인터럽트 제어하여 아날로그멀티플렉서(27)를 통해 상기 2개의 위치신호를 수용한 후 A/D변환기(28)를 통해 디지탈변환하며, 상기 디지탈신호 처리부(29)를 통해 상기 A/D변환기(28)의 출력을 디지탈 연산하여 디지탈 절대위치를 산출하게 구성하여 된 것을 특징으로 하는 디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치.A resolver / digital conversion device for driving a resolver 22 consisting of a reference winding L1, a sinusoidal winding L3, and a cosine winding L2 using a sinusoidal output of the reference waveform generator 21 to receive a position signal and convert it into a digital value. The signal signals of the sinusoidal winding (L3) and the cosine winding (L2) are detected through respective differential amplifiers (23) and (24), and are then input to the sample holders (25) and (26). The sine wave output of the generator 21 is compared with the reference voltage through the comparator 30 to generate a sample signal, and the sample holders 25 and 26 are controlled to sample two position signal outputs as well as a digital signal. Interrupt control of the processing unit 29 to receive the two position signals through the analog multiplexer 27, and then digitally convert through the A / D converter 28, the digital signal processing unit 29 through the A / D Digital calculation of the output of the transducer 28 to calculate the digital absolute position The resolver of the digital system / digital converter, characterized in that the W.

제1항에 있어서, 2개의 디지탈 위치 데이타로부터 절대값의 크기 비교와 부호에 따라 4개의 각도분할구간(A,B,C,D)중 해당구간을 결정한 후, 절대값이 작은 것을 큰 것으로 나눈 몫을 변수(x)로 계산하고, 상기 변수(x)로 근사다항식 arctan(x)=b1x+b2x³+b3x⁵+b4x⁷를 설정하여 arctan(x)를 계산하고, 상기 4개의 각도분할구간(A,B,C,D)에 따라The method according to claim 1, wherein the corresponding one of the four angle division sections (A, B, C, D) is determined according to the magnitude comparison and the sign of the absolute value from the two digital position data, and the smaller absolute value is divided by the larger one. The quotient is calculated by the variable (x), and the arctan (x) is calculated by setting the approximate polynomial arctan (x) = b1x + b2x ³ + b3x ⁵ + b4x ⁷ as the variable (x), and the four angle division intervals. According to (A, B, C, D)

를 적용하여 디지탈 절대위치(θ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 디지탈방식의 리졸버/디지탈변환장치.A digital resolver / digital converting apparatus, characterized by calculating a digital absolute position θ.