專利名稱：裝有控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的控制裝置的電機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在諸如有刷DC電機(jī)，無刷電機(jī)等等電動(dòng)機(jī)中的電機(jī)控制裝置，特別是涉及一種裝有控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的控制裝置的電機(jī)控制裝置，通過把旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)與參考位置信號(hào)相比較，可以使電機(jī)的定位誤差變得最小，具有較高分辨率的位置控制和速度控制。
近年來，諸如復(fù)印機(jī)，打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備逐步朝著數(shù)字化，高分辨率和彩色的方向發(fā)展。隨著這種趨勢，對(duì)用在這些設(shè)備中的電機(jī)的要求提高了，要求電機(jī)具備高分辨率，高精度的旋轉(zhuǎn)位置控制，以及在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的高精度的速度控制。
以下參照


按照現(xiàn)有技術(shù)的一例電機(jī)控制裝置。
例如在待審查的日本專利公開(Koukoku)號(hào)昭63-10668中所述的一例現(xiàn)有技術(shù)。圖11是這種慣用的電機(jī)控制裝置的示意性框圖。
參見圖11，標(biāo)號(hào)31表示一臺(tái)電機(jī)，32表示用于產(chǎn)生代表電機(jī)31轉(zhuǎn)速的信號(hào)的一個(gè)速度發(fā)生器。33表示一個(gè)FG信號(hào)發(fā)生電路(頻率信號(hào)發(fā)生電路)，用于產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)電機(jī)31轉(zhuǎn)速的一定周期的轉(zhuǎn)速信號(hào)(FG信號(hào))。一個(gè)參考速度信號(hào)發(fā)生器100產(chǎn)生具有對(duì)應(yīng)FG信號(hào)的預(yù)定的恒定周期或頻率的參考速度信號(hào)，并且把參考速度信號(hào)輸出給速度控制電路34。速度控制電路34把上述轉(zhuǎn)速信號(hào)與來自參考速度信號(hào)發(fā)生器100的參考速度信號(hào)相比較，并且所得的速度誤差信號(hào)通過一個(gè)D/A變換器35被提供給驅(qū)動(dòng)電路36。按照這種方式把電機(jī)31的轉(zhuǎn)速控制在一個(gè)恒定值。
然而，如圖所示的慣用電機(jī)控制裝置具有以下的缺點(diǎn)。
在圖11所示的慣用電機(jī)控制裝置中，由于速度發(fā)生器32的輸出信號(hào)的頻率在低速旋轉(zhuǎn)期間下降，控制的速率就會(huì)下降，因而通常很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的速度控制。另外，在電機(jī)暫停期間也不可能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置控制。
作為一種可以控制旋轉(zhuǎn)位置的電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。正如普通技術(shù)人員所公知的那樣，特別是在步進(jìn)電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)速變化。因此，在需要對(duì)低速旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速變化進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制時(shí)，就需要另外提供具有較大慣量的飛輪。
另外，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來說，為了維持暫停的位置，有必要在驅(qū)動(dòng)線圈中保持不同于大驅(qū)動(dòng)電流的連續(xù)電流。這樣就會(huì)帶來發(fā)熱和功率消耗的問題。
因此，本發(fā)明的基本目的是要提供一種電機(jī)控制裝置，它能夠在很寬的速度范圍內(nèi)執(zhí)行高分辨率和高精度的旋轉(zhuǎn)位置控制。
本發(fā)明的另一目的是要提供一種電機(jī)控制裝置，它能夠在很寬的速度范圍內(nèi)執(zhí)行高分辨率和高精度的旋轉(zhuǎn)位置控制和速度控制。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的電機(jī)控制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于把上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)與代表上述電機(jī)的參考旋轉(zhuǎn)位置的參考位置信號(hào)相比較，從而獲得位置誤差，并且控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，使其位置誤差減至最小。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速的電機(jī)控制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；頻率信號(hào)發(fā)生裝置，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)之一產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)上述電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號(hào)；位置控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考位置的參考位置信號(hào)與上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)之間的位置誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的位置誤差的位置控制信號(hào)；
速度控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考速度的參考速度信號(hào)與上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的速度誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的速度誤差的速度控制信號(hào)；混合裝置，用于把上述位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)和上述速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)相加，并且輸出代表相加結(jié)果之和的一個(gè)和信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于根據(jù)上述混合裝置輸出的和信號(hào)控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速，使其位置誤差和速度誤差分別減至最小。
按照本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速的電機(jī)控制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；頻率信號(hào)發(fā)生裝置，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)二者產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)上述電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號(hào)；位置控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考位置的參考位置信號(hào)與上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)之間的位置誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的位置誤差的位置控制信號(hào)；速度控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考速度的參考速度信號(hào)與上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的速度誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的速度誤差的速度控制信號(hào)；混合裝置，用于把上述位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)加到上述速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)上，并且輸出代表相加結(jié)果之和的一個(gè)和信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于根據(jù)上述混合裝置輸出的和信號(hào)控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速，使其位置誤差和速度誤差分別減至最小。
按照本發(fā)明的再一方面，提供了一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速其中之一的電機(jī)控制裝置，該裝置包括
旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；頻率信號(hào)發(fā)生裝置，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)之一產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)上述電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號(hào)；位置控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考位置的參考位置信號(hào)與上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)之間的位置誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的位置誤差的位置控制信號(hào)；速度控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考速度的參考速度信號(hào)與上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的速度誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的速度誤差的速度控制信號(hào)；轉(zhuǎn)換裝置，用于在上述位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)和上述速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而按照由上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)代表的上述電機(jī)的轉(zhuǎn)速來選擇位置控制信號(hào)和速度控制信號(hào)之一，并且輸出選定的控制信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于根據(jù)從上述轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的控制信號(hào)來控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速中的認(rèn)意一個(gè)，從而分別使其位置誤差和速度誤差中的認(rèn)意一個(gè)減至最小。
按照本發(fā)明的進(jìn)一步方案，提供了一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速其中之一的電機(jī)控制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；頻率信號(hào)發(fā)生裝置，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)之一產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)上述電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號(hào)；
位置控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考位置的參考位置信號(hào)與上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)之間的位置誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的位置誤差的位置控制信號(hào)；速度控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考速度的參考速度信號(hào)與上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的速度誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的速度誤差的速度控制信號(hào)；轉(zhuǎn)換裝置，用于在上述位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)和上述速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而按照由參考速度信號(hào)代表的上述電機(jī)的轉(zhuǎn)速來選擇位置控制信號(hào)和速度控制信號(hào)之一，并且輸出選定的控制信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于根據(jù)從上述轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的控制信號(hào)來控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速中的認(rèn)意一個(gè)，從而分別使其位置誤差和速度誤差中的認(rèn)意一個(gè)減至最小。
在上述的電機(jī)控制裝置中，上述位置檢測裝置最好是包括載波信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生和輸出第一和第二載波信號(hào)，其頻率高于那些第一和第二檢測信號(hào)并且具有彼此相差預(yù)定角度的不同相位；調(diào)制裝置，用于分別按照第一和第二檢測信號(hào)來調(diào)制上述載波信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第一和第二載波信號(hào)，并且輸出調(diào)制的第一和第二載波信號(hào)；加法裝置，用于把上述調(diào)制裝置輸出的調(diào)制的第一和第二載波信號(hào)相加，并且輸出相加結(jié)果的和信號(hào)；相位檢測裝置，用于把上述加法裝置輸出的和信號(hào)的相位與上述載波信號(hào)發(fā)生裝置輸出的任一第一和第二載波信號(hào)的相位進(jìn)行比較，并且檢測代表上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的相位。
在上述電機(jī)控制裝置中，上述位置檢測裝置最好是包括第一反相裝置，用于反相上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一檢測信號(hào)，并且輸出反相的第一檢測信號(hào)；第二反相裝置，用于反相上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第二檢測信號(hào)，并且輸出反相的第二檢測信號(hào)；開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置，用于分別以預(yù)定的定時(shí)產(chǎn)生第一，第二，第三和第四開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)；
包括第一和第二開關(guān)的第一轉(zhuǎn)換裝置，上述第一轉(zhuǎn)換裝置在上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一檢測信號(hào)與上述第一反相裝置輸出的反相的第一檢測信號(hào)之間切換上述第一開關(guān)，從而按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第一開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)來選擇第一檢測信號(hào)和反相的第一檢測信號(hào)中的一個(gè)，輸出選定的第一信號(hào)，切換上述第二開關(guān)，把選定的第一信號(hào)的電壓按照一定的分壓比分成N級(jí)的多個(gè)電壓并且輸出，而分壓比是按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第三開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)被改變的，從而選擇一個(gè)分壓電壓，并且輸出選定的第二信號(hào)；包括第三和第四開關(guān)的第二轉(zhuǎn)換裝置，上述第二轉(zhuǎn)換裝置在上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第二檢測信號(hào)與上述第二反相裝置輸出的反相的第二檢測信號(hào)之間切換上述第三開關(guān)，從而按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)來選擇第二檢測信號(hào)和反相的第二檢測信號(hào)中的一個(gè)，輸出選定的第三信號(hào)，切換上述第四開關(guān)，把選定的第三信號(hào)的電壓按照一定的分壓比分成N級(jí)的多個(gè)電壓并且輸出，而分壓比是按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第四開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)被改變的，從而選擇一個(gè)分壓電壓，并且輸出選定的第四信號(hào)；加法裝置，用于把上述第一轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的第二信號(hào)與上述第二轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的第四信號(hào)相加，并且輸出相加結(jié)果的和信號(hào)；以及相位檢測裝置，用于參照第一和第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)之一根據(jù)上述加法裝置輸出的和信號(hào)來檢測代表上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的相位，并且輸出代表測得的相位的相位檢測信號(hào)，其中的上述第一和第二轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)由預(yù)定的三角函數(shù)預(yù)定的分壓比來切換上述第一，第二，第三和第四開關(guān)，從而使上述加法裝置輸出的和信號(hào)與第一和第二檢測信號(hào)中任意一個(gè)之間的差別變小。
在上述電機(jī)控制裝置中，上述位置檢測裝置最好包括第一反相裝置，用于反相上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一檢測信號(hào)，并且輸出反相的第一檢測信號(hào)；第二反相裝置，用于反相上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第二檢測信號(hào)，并且輸出反相的第二檢測信號(hào)；
開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置，用于分別以預(yù)定的定時(shí)產(chǎn)生第一和第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)；包括第一開關(guān)的第一轉(zhuǎn)換裝置，上述第一轉(zhuǎn)換裝置切換上述第一開關(guān)，把處于第一檢測信號(hào)和反相的第一檢測信號(hào)之間的電壓按一定分壓比分成2N級(jí)的多個(gè)電壓并且輸出，而分壓比是按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第一開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)被改變的，從而選擇一個(gè)分壓電壓，并且輸出選定的第一信號(hào)；包括第二開關(guān)的第二轉(zhuǎn)換裝置，上述第二轉(zhuǎn)換裝置切換上述第二開關(guān)，把處于第二檢測信號(hào)和反目的第二檢測信號(hào)之間的電壓按一定分壓比分成2N級(jí)的多個(gè)電壓并且輸出，而分壓比是按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)被改變的，從而選擇一個(gè)分壓電壓，并且輸出選定的第二信號(hào)；加法裝置，用于把上述第一轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的第一信號(hào)與上述第二轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的第二信號(hào)相加，并且輸出相加結(jié)果的和信號(hào)；以及相位檢測裝置，用于參照第一和第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)之一根據(jù)上述加法裝置輸出的和信號(hào)來檢測代表上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的相位，并且輸出代表測得的相位的相位檢測信號(hào)，其中的上述第一和第二轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)由預(yù)定的三角函數(shù)預(yù)定的分壓比來切換上述第一，第二開關(guān)，從而使上述加法裝置輸出的和信號(hào)與第一和第二檢測信號(hào)中任意一個(gè)之間的差別變小。
在上述電機(jī)控制裝置中，上述電機(jī)可以是有刷的DC電機(jī)。
在上述電機(jī)控制裝置中，上述電機(jī)可以是無刷電機(jī)。
在上述電機(jī)控制裝置中，上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置最好包括磁化成多個(gè)磁極的永磁體，上述永磁體與上述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)地構(gòu)成一個(gè)整體；以及一個(gè)靠近上述永磁體設(shè)置的磁-電轉(zhuǎn)換元件，從而與上述永磁體的磁場形成電磁耦合，上述磁-電轉(zhuǎn)換元件把上述永磁體的磁場中對(duì)應(yīng)上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的變化轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的電信號(hào)。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，用上述的結(jié)構(gòu)提供了一種位置檢測裝置，它采用比旋轉(zhuǎn)檢測裝置的輸出信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，后者輸出具有對(duì)應(yīng)著電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)。然后把從位置檢測裝置獲得的信號(hào)作為旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)，并且根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)與參考位置信號(hào)之間的位置誤差來控制電機(jī)，旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)的單位是通過在每個(gè)極小的時(shí)間間隔內(nèi)把第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期分割成N級(jí)的多份而獲得的。這樣就可以實(shí)現(xiàn)高分辨率，高精度的旋轉(zhuǎn)位置控制。
另外，按照本發(fā)明的第二和第三方面，位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)和速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)彼此被混合或相加在一起，或是在二者之間切換。這樣，不僅可以實(shí)現(xiàn)高精度的暫?？刂疲€可以在包括低速旋轉(zhuǎn)的很寬的速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)速控制。
按照本發(fā)明的第一到第三方面，加法裝置的輸出信號(hào)可以是近似的正弦波，從而可以減少諧波分量。這樣就可以防止因諧波分量造成的位置信息偏移，從而可以實(shí)現(xiàn)高精度的旋轉(zhuǎn)位置檢測和旋轉(zhuǎn)位置控制。
通過以下參照附圖結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的描述中可以看清本發(fā)明的上述和其他目的和特征，在所有附圖中相同的部分均用相同的標(biāo)號(hào)來表示，其中的圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的電機(jī)控制裝置的示意性框圖；圖2A是表示cosθ信號(hào)和sinθ信號(hào)的波形圖；圖2B是(ωt+θ)信號(hào)和ωt的定時(shí)圖，表示圖1所示的相位檢測器的操作；圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的電機(jī)控制裝置的示意性框圖；圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的電機(jī)控制裝置的示意性框圖；圖5是本發(fā)明電機(jī)控制裝置的插入處理電路第一實(shí)施例的電路圖；圖6是表示圖5的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)的轉(zhuǎn)換定時(shí)的定時(shí)圖；圖7是表示圖5的轉(zhuǎn)換信號(hào)″ma″，″mb″和″mc″的定時(shí)圖；圖8是本發(fā)明電機(jī)控制裝置的插入處理電路第二實(shí)施例的電路圖；圖9是本發(fā)明電機(jī)控制裝置的插入處理電路第三實(shí)施例的電路圖；圖10是表示圖9的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)的定時(shí)的定時(shí)圖；圖11是現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)控制裝置的示意性框圖；圖12是圖4所示第三實(shí)施例的電機(jī)控制裝置的一個(gè)變更例的示意性框圖；圖13是一個(gè)波形圖，表示開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)的產(chǎn)生過程；以及圖14是圖3所示第二實(shí)施例的電機(jī)控制裝置的一個(gè)變更例的示意性框圖。
以下要參照

本發(fā)明的實(shí)施例。
以下參照

了本發(fā)明第一實(shí)施例的電機(jī)控制裝置。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的電機(jī)控制裝置的示意性框圖。
參見圖1，標(biāo)號(hào)1代表電機(jī)，2代表旋轉(zhuǎn)檢測器。旋轉(zhuǎn)檢測器2輸出具有對(duì)應(yīng)著電機(jī)1旋轉(zhuǎn)角位置的兩個(gè)相位的第一和第二位置檢測信號(hào)MR1和MR2，它們彼此相差90°。在本實(shí)施例中，位置檢測信號(hào)MR1具有cosθ的相位，信號(hào)MR2具有sinθ的相位。所產(chǎn)生的位置檢測信號(hào)MR1和MR2的頻率是這樣的，例如在電機(jī)1的每轉(zhuǎn)中有512個(gè)波形。
被虛線包圍的方框3是用于輸出一轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)的位置檢測電路。位置檢測電路3包括一個(gè)插入處理電路4(被虛線4包圍)，用于把位置檢測信號(hào)MR1和MR2的一個(gè)周期分割成各自具有更精細(xì)或極小的時(shí)間間隔或周期的信號(hào)，并且產(chǎn)生和輸出代表電機(jī)1精細(xì)旋轉(zhuǎn)位置的信號(hào)。位置檢測電路3是本發(fā)明中基本的重要元件。
接著要更詳細(xì)地說明位置檢測電路3和插入處理電路4。
標(biāo)號(hào)41和42表示分別用于放大第一和第二位置檢測信號(hào)MR1和MR2的放大器。標(biāo)號(hào)43和44各自代表一個(gè)乘法器框，47代表一個(gè)用于產(chǎn)生載波信號(hào)的載波信號(hào)發(fā)生電路，其各自的頻率(例如幾十KHz到幾百KHz)比位置檢測信號(hào)MR1和MR2的頻率足夠高，并且具有兩個(gè)彼此相差90°的相位。乘法器框43和44分別把經(jīng)放大器41和42放大的位置檢測信號(hào)與來自載波信號(hào)發(fā)生電路47的載波信號(hào)相乘，從而分別按照位置檢測信號(hào)MR1和MR2調(diào)制載波信號(hào)。換句話說，載波信號(hào)發(fā)生電路47產(chǎn)生相位彼此相差90°的兩相載波信號(hào)。如果一個(gè)載波信號(hào)是+sinωt(ω角速度，t時(shí)間)另一個(gè)載波信號(hào)就是cosωt或-cosωt(這種形式只是為了說明)。
一個(gè)乘法器框43用一個(gè)載波信號(hào)(+sinωt)乘以一相的位置檢測信號(hào)MR1(cosθ)，而另一乘法器框44用另一個(gè)載波信號(hào)(+cosωt)乘以另一相的位置檢測信號(hào)MR2(sinθ)。
乘法器框43H和44各自的輸出信號(hào)(+sinωt*cosθ)和(+cosωt*sinθ)被提供給加法器50，然后，將這些輸出信號(hào)相加，就獲得了sin(ωt+θ)的結(jié)果。
從加法器50輸出的相加的信號(hào)被輸入到用于消除高頻分量的低通濾波器45，從其中除去不需要的高頻分量。經(jīng)低通濾波的信號(hào)然后被輸入到一個(gè)波形整形電路46，它把輸入信號(hào)的波形整形成矩形波，并且把波形整形電路46的輸出信號(hào)輸入到一個(gè)相位檢測器52。
相位檢測器52在波形整形電路46輸出的輸出信號(hào)sin(ωt+θ)與載波信號(hào)發(fā)生電路47輸出的輸出信號(hào)sinωt之間進(jìn)行比較，并且檢測一個(gè)相位θ。反之，相位檢測器52也可以執(zhí)行波形整形電路46輸出的輸出信號(hào)sin(ωt+θ)與載波信號(hào)發(fā)生電路47輸出的輸出信號(hào)cosωt之間的比較，并且檢測相位θ。
具體地說，如圖2A和2B所示，正弦信號(hào)sin(ωt+θ)和sinωt的波形各自被整形成具有相同峰-峰值的矩形波，信號(hào)以矩形波的形式被相互比較，其中的θ被提取作為矩形波的脈寬并通過A/D變換被變換成數(shù)字信號(hào)。接著要說明包括相位檢測器52的旋轉(zhuǎn)位置檢測電路5的細(xì)節(jié)。
旋轉(zhuǎn)位置檢測電路5執(zhí)行相位比較以及進(jìn)位和取消的處理，并且將其結(jié)果作為例如16位的旋轉(zhuǎn)位置數(shù)據(jù)輸出。
假定旋轉(zhuǎn)檢測器2在每轉(zhuǎn)中輸出512個(gè)波形的輸出信號(hào)MR1或MR2，并且進(jìn)一步把位置檢測信號(hào)MR1或MR2的一個(gè)波形分割成128份。16位位置數(shù)據(jù)的格式假定為9個(gè)高有效位被分配給位置檢測信號(hào)MR1和MR2的512個(gè)波形，而7個(gè)低有效位被分配給位置檢測信號(hào)MR1或MR2的一個(gè)波形的128份位置數(shù)據(jù)。另外，7個(gè)較低有效位中的2個(gè)最高有效位被用作進(jìn)位和取消數(shù)據(jù)。
例如，旋轉(zhuǎn)位置檢測電路5和載波信號(hào)發(fā)生電路47是用數(shù)字電路的形式構(gòu)成的。來自相位檢測器52的代表旋轉(zhuǎn)相位的7位相位數(shù)據(jù)同時(shí)被輸入一個(gè)寄存器105及進(jìn)位和取消脈沖發(fā)生器102，然后，進(jìn)位和取消脈沖發(fā)生器102根據(jù)來自相位檢測器52的7位相位數(shù)據(jù)中間的兩個(gè)較高位產(chǎn)生進(jìn)位脈沖或進(jìn)位取消脈沖(上/下脈中)，并且把上/下脈沖輸出到上/下計(jì)數(shù)器103。當(dāng)這兩個(gè)較高位從″11″變到″00″時(shí)，上脈沖就被輸入到上/下計(jì)數(shù)器103，上/下計(jì)數(shù)器103使其計(jì)數(shù)值增1。另一方面，當(dāng)這兩個(gè)較高位從″00″變到″11″時(shí)，下脈中就被輸入到上/下計(jì)數(shù)器103，上/下計(jì)數(shù)器103就使其計(jì)數(shù)值減1。上/下計(jì)數(shù)器103輸出的9位計(jì)數(shù)值被輸入到寄存器104。寄存器104和105按照周期性的同步定時(shí)寄存輸入的7個(gè)較低有效位數(shù)據(jù)和9個(gè)較高有效位數(shù)據(jù)，然后把代表電機(jī)1旋轉(zhuǎn)位置的具有16位位置數(shù)據(jù)的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)輸出給位置控制電路6。
這樣，隨著電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)，7個(gè)較低有效位例如是以0000000，0000001，0000010的方式改變，并且在7個(gè)較低有效位中的2個(gè)較高位由于溢出從11變?yōu)?0時(shí)出現(xiàn)進(jìn)位。
結(jié)果，9個(gè)高有效位中的最低有效位就從0變成1，此時(shí)處理就移到位置檢測信號(hào)MR1或MR2的下一個(gè)波形。重復(fù)這種處理方式，對(duì)應(yīng)電機(jī)1旋轉(zhuǎn)角度的每一個(gè)精細(xì)或微小的旋轉(zhuǎn)角度會(huì)使所有的16位數(shù)據(jù)發(fā)生變化。這樣，當(dāng)電機(jī)1轉(zhuǎn)完一轉(zhuǎn)時(shí)，所有的16位數(shù)據(jù)就會(huì)從全1的狀態(tài)返回全0的初始值。
另一方面，在電機(jī)1反向轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，假定在7個(gè)較低位中的2個(gè)較高位已經(jīng)從00變成11時(shí)發(fā)生進(jìn)位取消。
通過執(zhí)行上述操作，一轉(zhuǎn)之內(nèi)的位置可以被分割成16位數(shù)據(jù)，也就是65536個(gè)數(shù)據(jù)。
參考位置信號(hào)發(fā)生器101產(chǎn)生代表參考旋轉(zhuǎn)位置數(shù)據(jù)的參考位置信號(hào)，并且在電機(jī)1的一轉(zhuǎn)中每隔1/216處按照預(yù)定的恒定時(shí)間間隔使數(shù)據(jù)增1，并且把參考位置信號(hào)輸出給位置控制電路6。需要注意的是，參考位置信號(hào)應(yīng)該是足夠高分辨率的高精度信號(hào)，應(yīng)該符合高分辨率高精度位置檢測信號(hào)(它在后面的實(shí)施例中可以被用做參考速度信號(hào))所要求的發(fā)展趨勢。
位置控制電路6把來自參考位置信號(hào)發(fā)生器101的參考位置信號(hào)與位置檢測電路3輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)相比較，并且輸出對(duì)應(yīng)二者之差的結(jié)果位置誤差的位置控制信號(hào)。位置控制信號(hào)通過D/A變換器7輸入到驅(qū)動(dòng)電路8。這樣就使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置得到控制，使其最終的旋轉(zhuǎn)位置誤差盡可能地減小到接近零的程度。
在從位置控制電路6到D/A變換器7再到驅(qū)動(dòng)電路8的信號(hào)處理過程中有一些程序，沿著這些程序，位置誤差信號(hào)通過數(shù)字濾波器，放大器和D/A變換器7傳送到驅(qū)動(dòng)電路8，或是沿著這些程序使位置誤差信號(hào)通過D/A變換器7，然后以模擬的形式通過濾波器和放大器，從而輸入到驅(qū)動(dòng)電路8。
如上所述，在本發(fā)明的電機(jī)控制裝置中，插入處理電路4把旋轉(zhuǎn)檢測器2輸出信號(hào)的一個(gè)波形按照每個(gè)精細(xì)的時(shí)間間隔分割成許多相，把所得的分割信號(hào)作為旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)高分辨率，高定位精度的旋轉(zhuǎn)位置控制。
圖3是一個(gè)示意性框圖，表示了本發(fā)明第二實(shí)施例的電機(jī)控制裝置。在圖3中，與圖1實(shí)施例中相同的那些部件原則上采用相同的標(biāo)號(hào)來表示，并且省略了這部分的說明。
參見圖3，標(biāo)號(hào)9代表FG信號(hào)發(fā)生電路，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號(hào)(FG信號(hào))，其頻率對(duì)應(yīng)著轉(zhuǎn)速，它是根據(jù)兩相位置檢測信號(hào)(在以下稱為兩相信號(hào))MR1和MR2之間的異或計(jì)算結(jié)果得到的，MR1和MR2的相位相對(duì)于電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)位置彼此相差90°。FG信號(hào)發(fā)生電路9根據(jù)兩相信號(hào)MR1和MR2中的任意一個(gè)可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)速信號(hào)或FG信號(hào)。
參考速度信號(hào)發(fā)生器100產(chǎn)生參考速度信號(hào)，其具有對(duì)應(yīng)FG信號(hào)的預(yù)定的恒定周期或頻率，并且把參考速度信號(hào)輸出到速度控制電路12和積分器10。積分器10對(duì)來自參考信號(hào)發(fā)生器100的參考速度信號(hào)按時(shí)間進(jìn)行積分，然后向位置控制裝置11輸出積分的信號(hào)，也就是參考位置信號(hào)。
速度控制電路12把來自參考速度信號(hào)發(fā)生器100的參考速度信號(hào)和來自FG信號(hào)發(fā)生電路9的FG信號(hào)相互比較，從而產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)二者間所得的速度之差即速度誤差的控制信號(hào)。
另一方面，位置控制電路11的結(jié)構(gòu)類似于圖1，它把通過積分器10從參考速度信號(hào)獲得的參考位置信號(hào)與位置檢測電路3輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)相比較，并且產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)二者間所得的位置之差即位置誤差的控制信號(hào)。加法器的混合電路13將對(duì)應(yīng)速度誤差的速度控制信號(hào)和對(duì)應(yīng)位置誤差的位置控制信號(hào)混合，使二者相加在一起?；旌想娐?3的輸出信號(hào)通過D/A變換器7輸入到驅(qū)動(dòng)電路8。這樣就可以控制電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速，從而使其位置誤差和速度誤差各自減小到盡量接近零的程度。
如上所述，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，把對(duì)應(yīng)速度誤差的速度控制信號(hào)和對(duì)應(yīng)位置誤差的位置控制信號(hào)相加，利用由此獲得的控制信號(hào)，不僅可以控制暫停的位置，還可以在一定的恒定轉(zhuǎn)速上提高轉(zhuǎn)速的精度。
如果位置檢測電路3利用上述的插入檢測來檢測旋轉(zhuǎn)位置，在低速轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍內(nèi)也能實(shí)現(xiàn)較高的分辨率，這樣就足以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制。另外，在電機(jī)1達(dá)到較高的轉(zhuǎn)速時(shí)，插入檢測的頻率也較高，并且需要高速的處理。然而，由于處理的速度終歸是有限的，仍會(huì)有出現(xiàn)誤差的可能性。
在圖3的第二實(shí)施例中，速度控制電路12可以改成速度和相位控制電路，在其中可以分別把參考速度信號(hào)的頻率和相位分量與FG信號(hào)的頻率和相位分量進(jìn)行比較，從而可以把速度誤差和相位誤差的信號(hào)輸出到混合電路13。
圖14表示圖3的電機(jī)控制裝置第二實(shí)施例的一種變更的實(shí)施例。以下要說明圖3和圖14所示兩個(gè)實(shí)施例之間的區(qū)別。
參見圖14，變更的第二實(shí)施例的電機(jī)控制裝置進(jìn)一步包括另一速度控制電路17，開關(guān)18及轉(zhuǎn)換控制器19。速度控制電路17對(duì)位置檢測電路3輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)微分，獲得轉(zhuǎn)速信號(hào)，把來自參考速度信號(hào)發(fā)生器100的參考速度信號(hào)與通過微分獲得的轉(zhuǎn)速信號(hào)相比較，產(chǎn)生一個(gè)代表二者之差的速度誤差的控制信號(hào)，然后通過開關(guān)18把控制信號(hào)輸出到混合電路13。
另一方面，速度控制電路12通過開關(guān)18向混合電路13輸出控制信號(hào)。轉(zhuǎn)換電路19按照由參考速度信號(hào)代表的速度來控制開關(guān)18的轉(zhuǎn)換操作。
當(dāng)參考速度信號(hào)的速度等于或是低于一個(gè)預(yù)定的門限速度時(shí)，轉(zhuǎn)換控制電路19控制開關(guān)18，使來自速度控制電路17的控制信號(hào)通過開關(guān)18輸出到混合電路13。另一方面，當(dāng)參考速度信號(hào)的速度高于預(yù)定的門限速度時(shí)，轉(zhuǎn)換控制電路19控制開關(guān)18，使來自速度控制電路12的控制信號(hào)通過開關(guān)18輸出到混合電路13。
這樣，在電機(jī)1的低轉(zhuǎn)速條件下，也就是說，即使在FG信號(hào)發(fā)生電路9輸出的FG信號(hào)具有低頻的情況下，按照與本發(fā)明第一實(shí)施例類似的方法，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)位置的控制和暫停位置的控制。另外，在較高的轉(zhuǎn)速下，由于來自速度控制電路12的控制信號(hào)中的噪聲分量比來自速度控制電路17的控制信號(hào)中的噪聲分量要小，針對(duì)轉(zhuǎn)速變化的精度可以得到改善。
圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例的電機(jī)控制裝置的示意性框圖，在其中可以避免出現(xiàn)對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)范圍的檢測限制速度。在圖4中，與圖1和3的實(shí)施例中相同的那些部件原則上采用相同的標(biāo)號(hào)來表示，并且省略了這部分的說明。
參見圖4，標(biāo)號(hào)15表示速度和相位控制電路，它把FG信號(hào)發(fā)生電路9輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)與參考速度信號(hào)發(fā)生器100輸出的參考速度信號(hào)相比較，然后產(chǎn)生對(duì)應(yīng)二者頻率之差的頻率誤差和二者相位之差的相位誤差的控制信號(hào)。另一方面，標(biāo)號(hào)14表示一個(gè)位置控制電路，它類似于在圖1和3中分別用標(biāo)號(hào)6和11表示的位置控制電路，它把來自參考位置信號(hào)發(fā)生器101的參考位置信號(hào)與位置檢測電路3輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)相互比較，然后產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)二者之差所得的位置誤差的控制信號(hào)。
標(biāo)號(hào)16表示一個(gè)控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，它根據(jù)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)或是轉(zhuǎn)速在位置控制電路14輸出的控制信號(hào)與速度和相位控制電路15輸出的控制信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換控制器200按照FG信號(hào)發(fā)生電路9輸出的FG信號(hào)控制轉(zhuǎn)換電路16的轉(zhuǎn)換操作。上述的轉(zhuǎn)換操作原則上是通過自動(dòng)轉(zhuǎn)換操作來實(shí)現(xiàn)的，但是也可以通過人工轉(zhuǎn)換操作來實(shí)現(xiàn)。
轉(zhuǎn)換電路16的輸出信號(hào)通過D/A變換器7輸入到驅(qū)動(dòng)電路8，然后按照從驅(qū)動(dòng)電路8輸出的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)來控制電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置或是轉(zhuǎn)速。
以下說明具有上述結(jié)構(gòu)的電機(jī)控制裝置的工作方式。
在從起動(dòng)到轉(zhuǎn)速達(dá)到一個(gè)預(yù)定的參考轉(zhuǎn)速的低轉(zhuǎn)速階段中，轉(zhuǎn)換電路16被切換到從位置控制電路14得到的控制信號(hào)，在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)數(shù)的上升是隨著從起動(dòng)時(shí)開始的連續(xù)的插入檢測而實(shí)行的高分辨率位置檢測而實(shí)現(xiàn)的。這樣，即使在達(dá)到了預(yù)定的參考轉(zhuǎn)數(shù)或是預(yù)定的參考轉(zhuǎn)速時(shí)，通過高分辨率的旋轉(zhuǎn)位置控制仍可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電機(jī)控制。
為了獲得中間的轉(zhuǎn)速，與低轉(zhuǎn)速時(shí)的情況相似，轉(zhuǎn)換電路16在起動(dòng)時(shí)被切換到從位置控制電路14得到的控制信號(hào)，在這種狀態(tài)下，轉(zhuǎn)數(shù)的上升是靠插入檢測所實(shí)行的高分辨率位置檢測而實(shí)現(xiàn)的。然后，在達(dá)到了預(yù)定的參考轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)換電路16被切換到從速度和相位控制電路15得到的控制信號(hào)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速控制。
另外，為了獲得高轉(zhuǎn)速，與低轉(zhuǎn)速時(shí)的情況相似，轉(zhuǎn)數(shù)的上升是隨著從起動(dòng)時(shí)開始的插入檢測而實(shí)行的高分辨率位置檢測而實(shí)現(xiàn)的。隨著轉(zhuǎn)速的上升，插入檢測變成了一種高頻范圍的處理，直到插入檢測進(jìn)入了達(dá)到檢測限制速度的高頻范圍時(shí)，轉(zhuǎn)換電路16就被切換到從速度和相位控制電路15得到的控制信號(hào)，然后就可以避免由于檢測限制造成的任何檢測錯(cuò)誤，并且可以維持轉(zhuǎn)速。此外，由于電機(jī)1在從起動(dòng)時(shí)開始的加速階段期間是通過旋轉(zhuǎn)位置控制來控制的，還可以維持旋轉(zhuǎn)位置的精度。
如上所述，在本發(fā)明的第三實(shí)施例中可以對(duì)速度誤差信號(hào)，相位誤差信號(hào)及位置誤差信號(hào)中間的切換操作進(jìn)行控制，取決于哪個(gè)信號(hào)適合提高電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置精度或是轉(zhuǎn)速精度，具體地說，取決于電機(jī)1的轉(zhuǎn)速。這樣就可以在較寬的速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高精度的穩(wěn)定的電機(jī)控制。
圖12是對(duì)圖4的變更，表示了電機(jī)控制裝置第三實(shí)施例的一種變更。如圖12中所示，根據(jù)受控的電機(jī)1的轉(zhuǎn)速，可以由轉(zhuǎn)換控制器200按照參考速度信號(hào)發(fā)生器輸出的參考速度信號(hào)來控制轉(zhuǎn)換電路16的轉(zhuǎn)換操作。
根據(jù)條件可以把第二實(shí)施例的電機(jī)控制裝置和第三實(shí)施例的電機(jī)控制裝置組合在一起，其中的(A)用于執(zhí)行位置控制和速度及相位控制的混合電機(jī)控制系統(tǒng)，以及(B)在位置控制和速度及相位控制之間執(zhí)行轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)二者被結(jié)合地使用，從而可以有選擇地切換這兩種系統(tǒng)，從而就有可能在以下三種控制類型中間進(jìn)行切換，這其中包括(A)位置控制，(B)速度控制(或速度及相位控制)，以及(C)位置控制和速度控制(或速度及相位控制)的混合控制。按照這種結(jié)構(gòu)，根據(jù)控制的類型和受控的電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，可以執(zhí)行各種類型的控制。
以下要詳細(xì)說明包括在圖1，3和4的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的位置控制電路3中的插入處理電路4的最佳實(shí)施例。
在日本專利公開號(hào)平2-148816中公開了一例慣用的插入處理電壓路。然而，按照這種結(jié)構(gòu)，從混合器輸出的信號(hào)有時(shí)會(huì)包含大量不必要的高頻分量，并且這些沒有被濾波器除掉的不必要的分量會(huì)使位置信息變劣，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn)以便獲得高精度的位置控制。
圖5是按照本發(fā)明的電機(jī)控制裝置中的插入處理電路4的一個(gè)實(shí)施例的電路圖，它更適合在實(shí)際應(yīng)用中改善這些問題。
參見圖5，標(biāo)號(hào)301表示一個(gè)旋轉(zhuǎn)檢測器，它輸出兩相信號(hào)MR1和MR2，其兩個(gè)相位對(duì)應(yīng)著電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置并且彼此相差90°。標(biāo)號(hào)302和303分別代表用于放大來自旋轉(zhuǎn)檢測器301的兩相信號(hào)MR1和MR2的放大器。
標(biāo)號(hào)304和305分別代表第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路，用于在各個(gè)預(yù)定的定時(shí)把來自旋轉(zhuǎn)檢測器301的經(jīng)過放大器302和303的輸出信號(hào)MR1和MR2的電壓分割成符合各個(gè)預(yù)定分壓比的電壓。分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305按照從開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生電路110產(chǎn)生和輸出的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa，Sb，Sc，和Sd分別把從旋轉(zhuǎn)檢測器301輸出之后由放大器302和303放大的各個(gè)輸出信號(hào)MR1和MR2的電壓或反相的電壓(由各個(gè)反相緩沖器121和125反相)分壓成N階的多個(gè)電壓(其中N是等于或大于2的整數(shù)，在本實(shí)施例中的N＝8)。
轉(zhuǎn)換操作是按每一分鐘或每一精細(xì)的時(shí)間間隔執(zhí)行的，其做法是把圖1所示的載波信號(hào)的一個(gè)周期分成N個(gè)許多精細(xì)的時(shí)間周期，例如其中的N＝16。以下要參照?qǐng)D6加以說明。
第一分壓比轉(zhuǎn)換電路304包括非反相緩沖器120，反相緩沖器121，用于選擇兩個(gè)緩沖器120和121的輸出信號(hào)之一的二觸點(diǎn)型模擬開關(guān)122，以及具有電阻分壓器的四觸點(diǎn)型模擬開關(guān)123，用于分壓比的四級(jí)轉(zhuǎn)換。開關(guān)123具有用于把電壓分成四級(jí)的分壓電阻R1至R4，電阻的電阻值是這樣選擇的，使得開關(guān)122的輸出信號(hào)的電壓根據(jù)下述的一種三角函數(shù)按照預(yù)定的比例被分割。第一分壓比轉(zhuǎn)換電路304對(duì)分壓比的轉(zhuǎn)換操作是按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa和Sc來執(zhí)行的。
第二分壓比轉(zhuǎn)換電路305包括非反相緩沖器124，反相緩沖器125，用于選擇兩個(gè)緩沖器124和125的輸出信號(hào)之一的二觸點(diǎn)型模擬開關(guān)126，以及具有電阻分壓器的四觸點(diǎn)型模擬開關(guān)127，用于分壓比的四級(jí)轉(zhuǎn)換。開關(guān)127具有用于把電壓分成四級(jí)的分壓電阻R1至R4，電阻的電阻值是這樣選擇的，使得開關(guān)127的輸出信號(hào)的電壓根據(jù)下述的一種三角函數(shù)按照預(yù)定的比例被分割。第二分壓比轉(zhuǎn)換電路305對(duì)分壓比的轉(zhuǎn)換操作是按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sb和Sd來執(zhí)行的。
標(biāo)號(hào)106所指的是一個(gè)加法電路，用于把第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305通過電阻R和R輸出的輸出信號(hào)相加。
標(biāo)號(hào)107所指的是一個(gè)低通濾波器，用于從加法電路106輸出的輸出信號(hào)中除掉高頻分量。標(biāo)號(hào)108表示一個(gè)波形整形電路，用于把已通過低通濾波器107除去了不必要分量的信號(hào)整形成矩形波。標(biāo)號(hào)109表示相位檢測器，它通過在波形整形電路108輸出的信號(hào)和開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生電路110輸出的信號(hào)Sa(或是在另一實(shí)施例中的Sb)之間的相位比較來檢測相位θ，然后向圖1中所示的寄存器105及進(jìn)位和取消脈中發(fā)生器102輸出表示測得的相位θ的數(shù)據(jù)。以下要說明圖5所示的這種插入處理電路4的操作。
旋轉(zhuǎn)檢測器301輸出兩相信號(hào)MR1MR2，其相位對(duì)應(yīng)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置并且彼此相差90°。放大器302和303分別放大這些兩相信號(hào)。放大器302的輸出信號(hào)用Acosθ表示，而放大器303的輸出信號(hào)用Asinθ表示，其中的A是從旋轉(zhuǎn)檢測器301通過放大器302和303放大的輸出信號(hào)MR1和MR2各自的幅值，而θ是其相位。
符號(hào)Sa，Sb，Sc，和Sd分別代表第一，第二，第三和第四開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)。圖6中所示的開關(guān)轉(zhuǎn)換定時(shí)是由這些開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa，Sb，Sc，和Sd確定的。
圖6表示由第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305執(zhí)行的轉(zhuǎn)換定時(shí)。
在圖6中所示的開關(guān)122，123，126和127在其高周期中被連接到圖5的開關(guān)端子a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k和l。圖6中的水平軸表示時(shí)間，圖6中從T0到T16的時(shí)間間隔表示一個(gè)周期，而T0的時(shí)刻被作為相位比較的參考定時(shí)。
圖7(A)表示一種狀態(tài)，其中的第一分壓比轉(zhuǎn)換電路304按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa和Sc把四級(jí)的分壓比轉(zhuǎn)換到來自非反相緩沖器120或是反相緩沖器121的一個(gè)輸出信號(hào)上，并且圖7(A)表示了分壓比轉(zhuǎn)換電路304的分壓比在一個(gè)周期中使分壓的輸出信號(hào)″ma″產(chǎn)生的變化。圖5中所示的R1，R2，R3和R4的電阻值是預(yù)先確定的，從而按照預(yù)先根據(jù)一個(gè)三角函數(shù)確定的預(yù)定比例把來自旋轉(zhuǎn)檢測器301的放大的輸出信號(hào)MR1分成四級(jí)電壓。
圖7(A)中所示的以預(yù)定的分壓比分壓的變化波形對(duì)應(yīng)著按預(yù)定的微小或精細(xì)的時(shí)間間隔在時(shí)間上對(duì)一個(gè)載波信號(hào)sinωt進(jìn)行數(shù)字化(或是對(duì)同一載波信號(hào)進(jìn)行采樣和保持)所得的階梯形波形，上述時(shí)間間隔是對(duì)載波信號(hào)的一個(gè)周期進(jìn)行精細(xì)的分割。因此，來自旋轉(zhuǎn)檢測器301的放大的輸出信號(hào)MR1＝Acosθ在本實(shí)施例中按照上述的分壓比被分成了八級(jí)電壓，這樣就形成了來自第一分壓比轉(zhuǎn)換電路304的輸出信號(hào)″ma″。換句話說，來自第一分壓比轉(zhuǎn)換電路304的輸出信號(hào)″ma″是這樣一種處理的結(jié)果，即使用電阻R1至R4按照?qǐng)D5所示的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa和Sc用根據(jù)三角函數(shù)預(yù)定的比例把旋轉(zhuǎn)檢測器301輸出的一個(gè)檢測信號(hào)MR1的電壓分成八級(jí)電壓。輸出信號(hào)″ma″接近于由以下的公式(1)表示的波形ma＝Acosθ*sinωt…(1)在圖6中，如果從T0到T16的周期是一個(gè)循環(huán)，ω就是角頻率，而T是時(shí)間。在圖7(A)中，盡管″ma″的波形由于cosθ的變化而與sinωt不同，但是所示的″ma″的波形是按照根據(jù)sinωt預(yù)定的分壓比變化的，這個(gè)例子有助于理解分壓比的變化。另外，在圖7(A)中沒有表示在一個(gè)循環(huán)周期中由于cosθ的變化造成的輸出信號(hào)″ma″的變化。
順便要指出，電阻R1，R2，R3和R4的分壓比是預(yù)先確定的，從而在sinωt的波形被數(shù)字化成從0到90度的一個(gè)周期中的各占22.5度的四個(gè)時(shí)間間隔時(shí)與其電壓比例相等，并且接近圖13中所示的階梯形波形，這樣，sinωt(或是在另一實(shí)施例中的cosωt)的波形與階梯形波形之間的區(qū)別或是差別就可以變得盡量地小。具體地說，例如圖13中所示，從22.5到45度相位范圍的階梯形波形的信號(hào)電平是這樣確定的，即從右上角朝左下角畫陰影的sinθ波形的區(qū)域A500等于從左上角朝右下角畫陰影的階梯形波形的區(qū)域A501。在另一個(gè)實(shí)施例中，從22.5到45度相位范圍的階梯形波形的信號(hào)電平是這樣確定的，即使其等于sinθ波形的時(shí)間平均值。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，從22.5到45度相位范圍的階梯形波形的信號(hào)電平是這樣確定的，即使其等于sinθ波形的最大和最小電平之和的一半。
另外，圖7(B)還示出了當(dāng)來自旋轉(zhuǎn)檢測器301的另一檢測信號(hào)MR2被分成八級(jí)電壓時(shí)用分壓比轉(zhuǎn)換電路305的分壓比形成的分壓的輸出信號(hào)″mb″的變化，從而象圖7(A)一樣使其接近于將另一載波信號(hào)cosωt數(shù)字化所得的階梯形波形。
換句話說，第二分壓比轉(zhuǎn)換電路305的輸出信號(hào)″mb″是這樣的一種處理結(jié)果，即按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sb和Sd根據(jù)由一個(gè)三角函數(shù)(cosωt)確定的比例用四個(gè)電阻R1至R4分割旋轉(zhuǎn)檢測器301輸出信號(hào)MR2＝sinθ的電壓。輸出信號(hào)″mb″接近于由以下的公式(2)表示的波形ma＝Asinθ*cosωt…(2)同樣，在這種情況下，盡管輸出信號(hào)″mb″的波形與cosωt相差了sinθ的變化，與圖7(A)中所述的道理一樣，圖7(B)表示了分壓的輸出信號(hào)″mb″按照cosωt的分壓比的變化。
如上所述，第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305的工作是分別處理第一和第二載波信號(hào)sinωt和cosωt，它們將其一個(gè)周期分割并且數(shù)字化(或是采樣和保持)成一種預(yù)定的微小或精細(xì)時(shí)間間隔的單位，然后分別用檢測輸出信號(hào)MR1＝cosθ和MR2＝sinθ乘以數(shù)字化的第一和第二載波信號(hào)。
加法電路106把第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305的輸出信號(hào)″ma″和″mb″相加。
圖7(C)表示了加法電路106相加之后的輸出信號(hào)″mc″。來自加法電路106的輸出信號(hào)″mc″可以用公式(3)表示，在其中包含了相位信息mc＝1/2*(．ma+mb)＝1/2*Asin(ωt +θ)…(3)標(biāo)號(hào)107所示的是一個(gè)低通濾波器，用于除掉加法電路106輸出信號(hào)中的高頻分量。標(biāo)號(hào)108表示一個(gè)波形整形電路，用于把已用低通濾波器107除掉了不必要分量的信號(hào)整形成矩形波。
相位檢測器109在包含相位信息并且從波形整形電路108輸出的信號(hào)和開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生電路110輸出的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa之間進(jìn)行相位比較，從而檢測出相位θ。
如上所示，本實(shí)施例的插入處理電路4可以接近正弦波，對(duì)于開關(guān)122和123或是126和127的每次轉(zhuǎn)換以及從第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305輸出的信號(hào)，加法電路106的輸出信號(hào)是八級(jí)分壓的輸出信號(hào)″ma″和″mb″相加的結(jié)果。
另外，通過增加分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305的分壓級(jí)數(shù)，加法電路106的輸出信號(hào)″mc″可以進(jìn)一步接近正弦波，并且可以減少高頻分量。低通濾波器107的相位特性由此可以得到改善，從而可以執(zhí)行高精度的旋轉(zhuǎn)位置檢測。
圖8是本發(fā)明電機(jī)控制裝置的插入處理電路4的第二實(shí)施例的電路圖。
參見圖8，標(biāo)號(hào)401表示旋轉(zhuǎn)檢測器，它產(chǎn)生和輸出具有對(duì)應(yīng)電機(jī)1旋轉(zhuǎn)位置并且彼此相差90°的兩個(gè)相位的兩相信號(hào)MR1和MR2。標(biāo)號(hào)402和403表示用于放大旋轉(zhuǎn)檢測器401輸出信號(hào)MR1和MR2的放大器。標(biāo)號(hào)404和405分別代表第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路，它們把從旋轉(zhuǎn)檢測器401輸出之后經(jīng)放大器402和403放大的輸出信號(hào)MR1和MR2或是其反相信號(hào)的電壓按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生電路410輸出的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa到Sd分割成N級(jí)的多個(gè)電壓(在本實(shí)施例中N＝8)，然后按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa到Sd切換輸出信號(hào)MR1和MR2或是其反相的信號(hào)。
標(biāo)號(hào)406所指的是一個(gè)加法電路，用于執(zhí)行第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路404和405的輸出信號(hào)的相加。標(biāo)號(hào)407所指的是一個(gè)低通濾波器，用于除掉加法電路406輸出信號(hào)中的高頻分量。標(biāo)號(hào)408所指的是一個(gè)波形整形電路，用于把已用低通濾波器407除掉了不必要分量的信號(hào)整形成矩形波。標(biāo)號(hào)409表示一個(gè)相位檢測器，它在從波形整形電路408輸出的信號(hào)和開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生電路410輸出的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa(在另一實(shí)施例中是Sb)之間進(jìn)行相位比較，從而檢測出相位θ，然后把表示測得的相位θ的數(shù)據(jù)輸出到圖1中所示的寄存器105及進(jìn)位和取消脈沖發(fā)生器102。
參見圖8，第一分壓比轉(zhuǎn)換電路404包括四觸點(diǎn)型模擬開關(guān)420，非反相緩沖器421，反相緩沖器422，以及二觸點(diǎn)型模擬開關(guān)423。按照與第一分壓比轉(zhuǎn)換電路404類似的方式，第二分壓比轉(zhuǎn)換電路405包括四觸點(diǎn)型模擬開關(guān)424，非反相緩中器425，反相緩沖器426，以及二觸點(diǎn)型模擬開關(guān)427。
開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa，Sb，Sc和Sd的定時(shí)與第一實(shí)施例的插入處理電路4的信號(hào)定時(shí)相同。第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路404和405的輸出信號(hào)″ma″和″mb″以及加法電路406的輸出信號(hào)″mc″與插入處理電路4第一實(shí)施例中的那些信號(hào)相同。如上所述，在本實(shí)施例中可以按照與插入處理電路4第一實(shí)施例的相同方式用較高的精度檢測旋轉(zhuǎn)位置。然而，如圖8所示，非反相緩沖器421和425以及反相緩沖器422和426被設(shè)在用電阻R1至R4執(zhí)行電壓分割的四觸點(diǎn)型模擬開關(guān)420和424后面，其中的二觸點(diǎn)型模擬開關(guān)423和427按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa和Sb執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作。
因此，在圖5所示的插入處理電路4的第一實(shí)施例中，當(dāng)二觸點(diǎn)型模擬開關(guān)122和126的導(dǎo)通電阻被改變時(shí)，在第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305各自的輸出信號(hào)之間就會(huì)出現(xiàn)量值的差別。這樣就有可能使旋轉(zhuǎn)位置的檢測精度出現(xiàn)惡化。
與此相反，圖8所示的插入處理電路4的第二實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生這樣的效果，通過增加加法電路406的電阻R的電阻值就可以減少模擬開關(guān)423和427的導(dǎo)通電阻值的變化造成的影響。
圖9是本發(fā)明電機(jī)控制裝置的插入處理電路4的第三實(shí)施例的電路圖。
參見圖9，標(biāo)號(hào)501表示旋轉(zhuǎn)檢測器，它輸出具有對(duì)應(yīng)包機(jī)1旋轉(zhuǎn)位置并且彼此相差90°的相位的兩相信號(hào)。標(biāo)號(hào)502和503表示用于放大旋轉(zhuǎn)檢測器501輸出信號(hào)的放大器。標(biāo)號(hào)504和505分別代表第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路，它們把從旋轉(zhuǎn)檢測器501輸出之后經(jīng)放大器502和503放大的輸出信號(hào)的電壓或是其反相的電壓按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生電路510輸出的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa和Sb分割成2N級(jí)的多個(gè)電壓(在本實(shí)施例中2N＝8)，按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa和Sb切換開關(guān)522和525，并且輸出轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)″ma″和″mb″。標(biāo)號(hào)506是一個(gè)加法電路，用于執(zhí)行第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路504和505的輸出信號(hào)″ma″和″mb″的相加。標(biāo)號(hào)507表示一個(gè)低通濾波器，用于除掉加法電路506輸出信號(hào)中的高頻分量。標(biāo)號(hào)508所指的是一個(gè)波形整形電路，用于把已用低通濾波器507除掉了不必要的高頻分量的信號(hào)整形成矩形波。
標(biāo)號(hào)509表示一個(gè)檢測相位θ的相位檢測器，參見圖5所示，它在從波形整形電路508輸出的信號(hào)和開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生電路510輸出的開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa(在另一實(shí)施例中是Sb)之間進(jìn)行相位比較，從而檢測出相位θ，然后把表示測得的相位θ的數(shù)據(jù)輸出到圖1中所示的寄存器105及進(jìn)位和取消脈沖發(fā)生器102。
參見圖9，第一分壓比轉(zhuǎn)換電路504包括非反相緩沖器520，反相緩沖器521，以及八觸點(diǎn)型模擬開關(guān)522。
按照與第一分壓比轉(zhuǎn)換電路504類似的方式，第二分壓比轉(zhuǎn)換電路505包括非反相緩沖器523，反相緩沖器524，以及八觸點(diǎn)型模擬開關(guān)525。
圖10表示圖9所示結(jié)構(gòu)的定時(shí)圖，第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路504和505按照開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)Sa和Sb根據(jù)這種定時(shí)執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作。
在圖10中表示了開關(guān)522和525在其高周期中被連接到圖9中的開關(guān)端子a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，l，M，N，O和P。圖10中的水平軸表示時(shí)間，而圖10中從T0到T16的時(shí)間間隔表示一個(gè)周期，而T0的時(shí)刻被作為相位比較的參考定時(shí)。
對(duì)于圖9中所示的電阻R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7來說，其電阻分壓比是這樣確定的，即在旋轉(zhuǎn)檢測器501的放大的輸出信號(hào)與其逆變的信號(hào)之間的電壓上采用八級(jí)電壓，從而使其接近正弦波。不僅是來自第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路504和505的輸出信號(hào)″ma″和″mb″，而且來自加法電路506的輸出信號(hào)″mc″均與插入處理電路4第一實(shí)施例中的那些信號(hào)相同。
在圖9所示的插入處理電路4的第三實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)中，與圖5所示的第一實(shí)施例相比，沒有使用圖5中所示的分壓比轉(zhuǎn)換電路304和305中的二觸點(diǎn)型模擬開關(guān)122和126，從而消除了由于它們的導(dǎo)通電阻的變化造成的檢測精度惡化的可能性。因此，第三實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)優(yōu)于第一實(shí)施例。
這里要對(duì)圖1，3和4所示的本發(fā)明實(shí)施例的受控的電機(jī)1和旋轉(zhuǎn)檢測器2做進(jìn)一步的說明。
對(duì)于受控的電機(jī)1來說，適合使用有刷的DC電機(jī)或無刷電機(jī)。具體地說，在使用有刷的DC電機(jī)或無刷電機(jī)時(shí)，電路在暫停位置控制的操作中使其位置誤差減小到盡量接近零的程度，在這種情況下，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流對(duì)應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的磁通。這意味著所需的對(duì)應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流很小，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流對(duì)應(yīng)著負(fù)載轉(zhuǎn)矩的磁通。
也就是說，與慣用的步進(jìn)電機(jī)不同，為了維持暫停位置不需要流過大的驅(qū)動(dòng)電流。這一點(diǎn)對(duì)于發(fā)熱和電力消耗非常有利。在電路的操作中形成了一種反饋環(huán)，從而可以避免慣用的步進(jìn)電機(jī)中可能出現(xiàn)的所謂失步現(xiàn)象。
另外，為了控制轉(zhuǎn)速，可以在低速變頻較小的條件下實(shí)現(xiàn)高精度的速度控制。這樣就省去了步進(jìn)電機(jī)所需的大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪。
此外，可以用相對(duì)簡單的結(jié)構(gòu)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)檢測器2，即采用磁化成具有多個(gè)磁極并且與電機(jī)1整體轉(zhuǎn)動(dòng)的永磁體制成旋轉(zhuǎn)檢測器，并且用一個(gè)靠近永磁體的磁-電轉(zhuǎn)換元件與永磁體的磁場實(shí)現(xiàn)電磁耦合，將永磁體的磁場或磁力的變化轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)電機(jī)1旋轉(zhuǎn)位置的電信號(hào)。
如上所述，本發(fā)明可以產(chǎn)生以下的有利效果。
(A)本發(fā)明的電機(jī)控制裝置設(shè)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)檢測器，它輸出相位對(duì)應(yīng)電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置并且彼此不同的第一和第二信號(hào)，并且上述位置檢測電路包括插入處理電路，它采用比第一和第二信號(hào)的一個(gè)周期更精細(xì)的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置。在這種結(jié)構(gòu)中，參考位置信號(hào)與位置檢測電路輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)被相互比較，并且采用反饋使其所得的位置誤差減小到盡量接近零的程度。由于電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置是按照這樣的方式受到控制的，可以實(shí)現(xiàn)高分辨率和高定位精度的旋轉(zhuǎn)位置控制。
(B)本發(fā)明的電機(jī)控制裝置設(shè)有混合電路或加法電路，它把位置控制電路輸出的位置控制信號(hào)與速度控制電路輸出的速度控制信號(hào)混合或是相加。按照這種結(jié)構(gòu)，通過混合電路的輸出信號(hào)提供反饋，使其所得的定位誤差和速度誤差減小到盡量接近零的程度從而使電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速得到控制。這樣就不僅可以實(shí)現(xiàn)暫停位置的控制，還可以提高恒定轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)精度。
(C)本發(fā)明的電機(jī)控制裝置設(shè)有位置控制電路和速度控制電路。按照這種結(jié)構(gòu)，從這些電路輸出的位置控制信號(hào)和速度控制信號(hào)按照電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)或轉(zhuǎn)速被轉(zhuǎn)換，并且采用反饋使其所得的定位誤差和速度誤差減小到盡量接近零的程度，從而使電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速得到控制。這樣，即使在達(dá)到了插入處理電路4的檢測限制的高速范圍時(shí)，仍可以維持沒有誤差的穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)精度。另外，通過轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換選擇還可以增強(qiáng)對(duì)旋轉(zhuǎn)位置精度或是轉(zhuǎn)速精度的控制。
(D)本發(fā)明的電機(jī)控制裝置設(shè)有第一和第二分壓比轉(zhuǎn)換電路，用于把旋轉(zhuǎn)檢測器輸出信號(hào)的電壓或是其反相的電壓分割成N級(jí)的多個(gè)電壓，同時(shí)改變分壓比。在這種情況下，檢測系統(tǒng)的類型是檢測兩個(gè)轉(zhuǎn)換電路輸出信號(hào)的和信號(hào)的相位。在這種結(jié)構(gòu)中，加法電路的輸出信號(hào)可以接近一個(gè)正弦波，從而可以改善低通濾波器特性，并且可以減少有害的分量。這樣就可以防止任何由于高頻分量造成的檢測位置信息的偏移，從而提高旋轉(zhuǎn)位置的檢測精度。另外，從旋轉(zhuǎn)檢測器輸出的第一輸出信號(hào)或是其反相輸出信號(hào)的電壓以及第二輸出信號(hào)或是其反相輸出信號(hào)的電壓按照根據(jù)一個(gè)三角函數(shù)預(yù)定的比例被分割成N級(jí)的多個(gè)電壓。這樣就可以進(jìn)一步改善低通濾波器特性，從而可以實(shí)現(xiàn)更高的旋轉(zhuǎn)位置檢測精度。
盡管以上結(jié)合附圖詳細(xì)地說明了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然還可以實(shí)現(xiàn)各種變更和修改。這種變更和修改均被認(rèn)為是包括在附加的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)，沒有脫離其保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的電機(jī)空制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于把上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)與代表上述電機(jī)的參考旋轉(zhuǎn)位置的參考位置信號(hào)相比較，從而獲得位置誤差，并且控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，使其位置誤差減至最小。
2.一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速的電機(jī)控制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；頻率信號(hào)發(fā)生裝置，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)之一產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)上述電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號(hào)；位置控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考位置的參考位置信號(hào)與上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)之間的位置誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的位置誤差的位置控制信號(hào)；速度控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考速度的參考速度信號(hào)與上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的速度誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的速度誤差的速度控制信號(hào)；混合裝置，用于把上述位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)和上述速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)相加，并且輸出代表相加結(jié)果之和的一個(gè)和信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于根據(jù)上述混合裝置輸出的和信號(hào)控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速，使其位置誤差和速度誤差分別減至最小。
3.一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速的電機(jī)控制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；頻率信號(hào)發(fā)生裝置，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)二者產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)上述電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號(hào)；位置控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考位置的參考位置信號(hào)與上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)之間的位置誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的位置誤差的位置控制信號(hào)；速度控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考速度的參考速度信號(hào)與上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的速度誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的速度誤差的速度控制信號(hào)；混合裝置，用于把上述位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)加到上述速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)上，并且輸出代表相加結(jié)果之和的一個(gè)和信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于根據(jù)上述混合裝置輸出的和信號(hào)控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速，使其位置誤差和速度誤差分別減至最小。
4.一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速其中之一的電機(jī)控制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；頻率信號(hào)發(fā)生裝置，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)之一產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)上述電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號(hào)；位置控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考位置的參考位置信號(hào)與上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)之間的位置誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的位置誤差的位置控制信號(hào)；速度控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考速度的參考速度信號(hào)與上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的速度誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的速度誤差的速度控制信號(hào)；轉(zhuǎn)換裝置，用于在上述位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)和上述速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而按照由上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)代表的上述電機(jī)的轉(zhuǎn)速來選擇位置控制信號(hào)和速度控制信號(hào)之一，并且輸出選定的控制信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于根據(jù)從上述轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的控制信號(hào)來控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速中的認(rèn)意一個(gè)，從而分別使其位置誤差和速度誤差中的認(rèn)意一個(gè)減至最小。
5.一種用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速其中之一的電機(jī)控制裝置，該裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測裝置，用于檢測上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)；位置檢測裝置，用于根據(jù)上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)；頻率信號(hào)發(fā)生裝置，用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一和第二檢測信號(hào)之一產(chǎn)生和輸出對(duì)應(yīng)上述電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號(hào)；位置控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考位置的參考位置信號(hào)與上述位置檢測裝置輸出的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)之間的位置誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的位置誤差的位置控制信號(hào)；速度控制裝置，用于檢測代表上述電機(jī)的參考速度的參考速度信號(hào)與上述頻率信號(hào)發(fā)生裝置輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)之間的速度誤差，并且產(chǎn)生和輸出代表測得的速度誤差的速度控制信號(hào)；轉(zhuǎn)換裝置，用于在上述位置控制裝置輸出的位置控制信號(hào)和上述速度控制裝置輸出的速度控制信號(hào)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而按照由參考速度信號(hào)代表的上述電機(jī)的轉(zhuǎn)速來選擇位置控制信號(hào)和速度控制信號(hào)之一，并且輸出選定的控制信號(hào)；以及電機(jī)控制裝置，用于根據(jù)從上述轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的控制信號(hào)來控制上述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和轉(zhuǎn)速中的認(rèn)意一個(gè)，從而分別使其位置誤差和速度誤差中的認(rèn)意一個(gè)減至最小。
6.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的電機(jī)控制裝置，其特征是上述位置檢測裝置包括載波信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生和輸出第一和第二載波信號(hào)，其頻率高于那些第一和第二檢測信號(hào)并且具有彼此相差預(yù)定角度的不同相位；調(diào)制裝置，用于分別按照第一和第二檢測信號(hào)來調(diào)制上述載波信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第一和第二載波信號(hào)，并且輸出調(diào)制的第一和第二載波信號(hào)；加法裝置，用于把上述調(diào)制裝置輸出的調(diào)制的第一和第二載波信號(hào)相加，并且輸出相加結(jié)果的和信號(hào)；相位檢測裝置，用于把上述加法裝置輸出的和信號(hào)的相位與上述載波信號(hào)發(fā)生裝置輸出的任一第一和第二載波信號(hào)的相位進(jìn)行比較，并且檢測代表上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的相位。
7.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的電機(jī)控制裝置，其特征是上述位置檢測裝置包括第一反相裝置，用于反相上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一檢測信號(hào)，并且輸出反相的第一檢測信號(hào)；第二反相裝置，用于反相上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第二檢測信號(hào)，并且輸出反相的第二檢測信號(hào)；開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置，用于分別以預(yù)定的定時(shí)產(chǎn)生第一，第二，第三和第四開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)；包括第一和第二開關(guān)的第一轉(zhuǎn)換裝置，上述第一轉(zhuǎn)換裝置在上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一檢測信號(hào)與上述第一反相裝置輸出的反相的第一檢測信號(hào)之間切換上述第一開關(guān)，從而按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第一開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)來選擇第一檢測信號(hào)和反相的第一檢測信號(hào)中的一個(gè)，輸出選定的第一信號(hào)，切換上述第二開關(guān)，把選定的第一信號(hào)的電壓按照一定的分壓比分成N級(jí)的多個(gè)電壓并且輸出，而分壓比是按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第三開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)被改變的，從而選擇一個(gè)分壓電壓，并且輸出選定的第二信號(hào)；包括第三和第四開關(guān)的第二轉(zhuǎn)換裝置，上述第二轉(zhuǎn)換裝置在上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第二檢測信號(hào)與上述第二反相裝置輸出的反相的第二檢測信號(hào)之間切換上述第三開關(guān)，從而按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)來選擇第二檢測信號(hào)和反相的第二檢測信號(hào)中的一個(gè)，輸出選定的第三信號(hào)，切換上述第四開關(guān)，把選定的第三信號(hào)的電壓按照一定的分壓比分成N級(jí)的多個(gè)電壓并且輸出，而分壓比是按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第四開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)被改變的，從而選擇一個(gè)分壓電壓，并且輸出選定的第四信號(hào)；加法裝置，用于把上述第一轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的第二信號(hào)與上述第二轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的第四信號(hào)相加，并且輸出相加結(jié)果的和信號(hào)；以及相位檢測裝置，用于參照第一和第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)之一根據(jù)上述加法裝置輸出的和信號(hào)來檢測代表上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的相位，并且輸出代表測得的相位的相位檢測信號(hào)，其中的上述第一和第二轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)由預(yù)定的三角函數(shù)預(yù)定的分壓比來切換上述第一，第二，第三和第四開關(guān)，從而使上述加法裝置輸出的和信號(hào)與第一和第二檢測信號(hào)中任意一個(gè)之間的差別變小。
8.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的電機(jī)控制裝置，其特征是上述位置檢測裝置包括第一反相裝置，用于反相上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第一檢測信號(hào)，并且輸出反相的第一檢測信號(hào)；第二反相裝置，用于反相上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置輸出的第二檢測信號(hào)，并且輸出反相的第二檢測信號(hào)；開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置，用于分別以預(yù)定的定時(shí)產(chǎn)生第一和第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)；包括第一開關(guān)的第一轉(zhuǎn)換裝置，上述第一轉(zhuǎn)換裝置切換上述第一開關(guān)，把處于第一檢測信號(hào)和反相的第一檢測信號(hào)之間的電壓按一定分壓比分成2N級(jí)的多個(gè)電壓并且輸出，而分壓比是按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第一開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)被改變的，從而選擇一個(gè)分壓電壓，并且輸出選定的第一信號(hào)；包括第二開關(guān)的第二轉(zhuǎn)換裝置，上述第二轉(zhuǎn)換裝置切換上述第二開關(guān)，把處于第二檢測信號(hào)和反相的第二檢測信號(hào)之間的電壓按一定分壓比分成2N級(jí)的多個(gè)電壓并且輸出，而分壓比是按照上述開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)發(fā)生裝置輸出的第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)被改變的，從而選擇一個(gè)分壓電壓，并且輸出選定的第二信號(hào)；加法裝置，用于把上述第一轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的第一信號(hào)與上述第二轉(zhuǎn)換裝置輸出的選定的第二信號(hào)相加，并且輸出相加結(jié)果的和信號(hào)；以及相位檢測裝置，用于參照第一和第二開關(guān)轉(zhuǎn)換信號(hào)之一根據(jù)上述加法裝置輸出的和信號(hào)來檢測代表上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的相位，并且輸出代表測得的相位的相位檢測信號(hào)，其中的上述第一和第二轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)由預(yù)定的三角函數(shù)預(yù)定的分壓比來切換上述第一，第二開關(guān)，從而使上述加法裝置輸出的和信號(hào)與第一和第二檢測信號(hào)中任意一個(gè)之間的差別變小。
9.按照權(quán)利要求1至8的電機(jī)控制裝置，其特征是上述電機(jī)是有刷的DC電機(jī)。
10.按照權(quán)利要求1至8的電機(jī)控制裝置，其特征是上述電機(jī)是無刷電機(jī)。
11.按照權(quán)利要求1至8的電機(jī)控制裝置，其特征是上述旋轉(zhuǎn)檢測裝置包括磁化成多個(gè)磁極的永磁體，上述永磁體與上述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)地構(gòu)成一個(gè)整體；以及一個(gè)靠近上述永磁體設(shè)置的磁-電轉(zhuǎn)換元件，從而與上述永磁體的磁場形成電磁耦合，上述磁-電轉(zhuǎn)換元件把上述永磁體的磁場中對(duì)應(yīng)上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的變化轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)上述電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的電信號(hào)。
全文摘要
在用于控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的一個(gè)電機(jī)控制裝置中，旋轉(zhuǎn)檢測器檢測電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出具有對(duì)應(yīng)著測得的電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的相位，而且彼此不同的第一和第二檢測信號(hào)，一個(gè)位置檢測裝置根據(jù)第一和第二檢測信號(hào)采用比第一和第二檢測信號(hào)的一個(gè)周期更精密的單位來檢測旋轉(zhuǎn)位置，并且輸出代表測得的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)，一個(gè)電機(jī)控制裝置把旋轉(zhuǎn)位置信號(hào)與代表電機(jī)的參考旋轉(zhuǎn)位置的參考位置信號(hào)相比較，獲得位置誤差，并且控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置，使其位置誤差減至最小。
文檔編號(hào)H02P23/00GK1150353SQ96112300
公開日1997年5月21日 申請(qǐng)日期1996年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月31日
發(fā)明者中野博充, 岸本憲一, 井上智寬 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社