JP3296121B2 - Electronic balance - Google Patents
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- JP3296121B2 JP3296121B2 JP01335395A JP1335395A JP3296121B2 JP 3296121 B2 JP3296121 B2 JP 3296121B2 JP 01335395 A JP01335395 A JP 01335395A JP 1335395 A JP1335395 A JP 1335395A JP 3296121 B2 JP3296121 B2 JP 3296121B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、荷重に対抗して天びん
機構をバランスさせる電磁力を発生する電磁力発生装置
を備えた、いわゆる電磁力平衡型の電子天びんに関し、
更に詳しくは、電磁力発生装置のフォースコイルにパル
ス電流を流す方式の電子天びんに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called electromagnetic balance type electronic balance having an electromagnetic force generator for generating an electromagnetic force for balancing a balance mechanism against a load.
More specifically, the present invention relates to an electronic balance of a type in which a pulse current flows through a force coil of an electromagnetic force generator.
【0002】[0002]
【従来の技術】電磁力平衡型の電子天びんでは、被測定
荷重が作用することによって生じる天びん機構のバラン
ス点からのずれを変位センサで検出し、その検出結果に
応じた電流を磁界中のフォースコイルに流すことによっ
て、被測定荷重に対応した電磁力を発生して天びん機構
をバランスさせるサーボ機構を備えており、天びん機構
のバランス状態でフォースコイルに流れる電流の大きさ
から、被測定荷重を求めている。2. Description of the Related Art In an electronic balance of an electromagnetic force balance type, a displacement sensor detects a deviation from a balance point of a balance mechanism caused by a load to be measured, and a current corresponding to the detection result is applied to a force in a magnetic field. It has a servo mechanism that balances the balance mechanism by generating an electromagnetic force corresponding to the load to be measured by flowing through the coil, and the load to be measured is determined based on the amount of current flowing through the force coil in the balance state of the balance mechanism. I'm asking.
【0003】このような電磁力平衡型の電子天びんにお
いて、従来、フォースコイルに流す電流を直流としたD
Cサーボ系を用いたのでは、系の安定や高い分解能を得
るには限界があるため、フォースコイルに一定周期のパ
ルス電流を流し、そのパルス電流のデューティを天びん
機構の変位検出結果に応じて変化させる、いわゆるパル
ス変調方式のものが多用されている。[0003] In such an electromagnetic force balance type electronic balance, conventionally, a DC current is applied to a force coil.
With the C servo system, there is a limit in obtaining the stability and high resolution of the system. Therefore, a pulse current with a constant period is applied to the force coil, and the duty of the pulse current is adjusted according to the displacement detection result of the balance mechanism. A so-called pulse modulation type that changes the frequency is often used.
【0004】パルス変調方式の電子天びんでは、従来、
基本的には、一定周期で電流パルスを立ち上げるととも
に、変位検出値をPID演算処理を施すことによって得
たアナログ電圧信号と、一定ののこぎり波電圧信号との
電圧値の一致検出時点で電流パルスを終わらせる一方、
その間に発生するクロックをカウントすることにより、
流れた電流のパルス幅を計測することが多用されてい
る。[0004] In the pulse modulation type electronic balance, conventionally,
Basically, a current pulse is raised at a constant period, and a current pulse is detected at the time of detecting a coincidence of a voltage value between an analog voltage signal obtained by performing a PID operation on a displacement detection value and a constant sawtooth voltage signal. While ending
By counting the clock generated during that time,
Measuring the pulse width of a flowing current is often used.
【0005】このことから、フォースコイルに流すパル
ス電流のデューティの分解能は、パルス電流の1周期に
発生するクロック数によって決まる。通常、パルス電流
の周期は1〜2ms程度で、クロック周波数を30MH
zとしても、1/30000〜1/60000程度にし
かならず、電子天びんとして要求される分解能に比べて
不足である。Thus, the resolution of the duty of the pulse current flowing through the force coil is determined by the number of clocks generated in one cycle of the pulse current. Usually, the period of the pulse current is about 1 to 2 ms, and the clock frequency is 30 MHz.
z is only about 1/30000 to 1/60000, which is insufficient compared with the resolution required for an electronic balance.
【0006】そこで、従来、電子天びんとしての分解能
をパルスデューティの分解能以上とすべく、種々の提案
がなされている。特開昭47−41772号では、変位
検出値をPID演算して得られたアナログ電圧とのこぎ
り波電圧信号との一致時点で電流パルスを終わらせず、
その一致時点後、電流パルス幅を計測するためのクロッ
クが最初に発生した時点とするとともに、一定個数、例
えば200個の電流パルスの長さの各計測結果を加算し
て荷重の測定値を得ることにより、各電流パルスの量子
化誤差を平均化によって解消している。Therefore, various proposals have conventionally been made to increase the resolution of the electronic balance to be higher than the resolution of the pulse duty. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 47-41772, the current pulse is not terminated at the time when the analog voltage obtained by performing the PID operation on the displacement detection value coincides with the sawtooth voltage signal.
After the coincidence point, the time when the clock for measuring the current pulse width is first generated is added, and the measurement result of the load is obtained by adding each measurement result of a fixed number, for example, 200 current pulse lengths. Thus, the quantization error of each current pulse is eliminated by averaging.
【0007】特公昭58−29856号では、変位検出
値のPID演算して得られたアナログ電圧信号とのこぎ
り波電圧との一致時点で電流パルスを終わらせるととも
に、その間に発生するクロックの計数結果に含まれる量
子化誤差分を、コンデンサ等に蓄えることで次のPID
演算結果に加味することにより、その誤差分を解消する
ようにしている。In Japanese Patent Publication No. 58-29856, the current pulse is terminated at the time when the analog voltage signal obtained by the PID operation of the displacement detection value coincides with the sawtooth voltage, and the counting result of the clock generated during that time is used. The next PID is stored by storing the included quantization error in a capacitor or the like.
By adding the result to the calculation result, the error is eliminated.
【0008】また、特公平5−32684号では、波高
値(電流値)の異なる複数のパルス電流を作るようにし
ておくとともに、天びん機構の変位をデジタル信号とし
て取り込み、デジタルPID演算を行って所定ビットの
データを得るとともに、そのデータのうち、例えば上位
ビットを波高値の高いパルス電流のデューティの決定
に、下位ビットを波高値の低いパルス電流のデューティ
の決定に供するように配分することで、電流値とデュー
ティの相違する複数のパルス電流をフォースコイルに流
し、各パルス電流のデューティの分解能に限界があって
も、全体として高い分解能の電子天びんを得ている。In Japanese Patent Publication No. 5-32684, a plurality of pulse currents having different peak values (current values) are generated, and the displacement of the balance mechanism is taken in as a digital signal, and a digital PID operation is performed to perform a predetermined operation. By obtaining the data of the bits, of the data, for example, by allocating the upper bits to determine the duty of the pulse current having the higher peak value and distributing the lower bits to determine the duty of the pulse current having the lower peak value, A plurality of pulse currents having different current values and duties are supplied to a force coil, and a high-resolution electronic balance is obtained as a whole, even if the duty resolution of each pulse current is limited.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、以上の各提
案のうち、特開昭47−41772号では、個々の電流
パルスの幅の計測結果に含まれる量子化誤差を、あらか
じめ設定された個数のパルスの計測結果を合計ないしは
平均化することによって少なくしようとするものである
が、その平均化すべき電流パルス数は系の物理的な状況
とは無関係にあらかじめ適当に設定されるものであっ
て、その間の量子化誤差の方向(正負)が同数である場
合に限って誤差がなくなるというものであり、正確な計
量値が得られるとは言えない。Among the above proposals, Japanese Patent Laying-Open No. 47-41772 discloses that a quantization error included in the measurement result of the width of each current pulse is determined by a predetermined number. The purpose is to reduce the number of current pulses to be averaged by summing or averaging the measurement results of the pulses, but the number of current pulses to be averaged is appropriately set in advance regardless of the physical condition of the system, The error disappears only when the direction (positive / negative) of the quantization error during the period is the same, and an accurate metric value cannot be obtained.
【0010】また、特公昭58−29856号は、PI
D演算により得られたアナログ電圧信号に、各回の量子
化誤差分を反映させる必要ための回路構成が複雑で、コ
ストが大きくアップするという欠点がある。Japanese Patent Publication No. 58-29856 describes PI
There is a disadvantage that the circuit configuration for reflecting the quantization error of each time on the analog voltage signal obtained by the D operation is complicated, and the cost is greatly increased.
【0011】更に、特公平5−32684号において
も、複数の波高値のパルス電流を発生する必要がある分
だけ、ハードウエアのコストがアップする。本発明の目
的は、ハードウエアが簡単で特にコストアップさせるこ
となく、高分解能化を図ることのできる電子天びんを提
供することにある。Furthermore, in Japanese Patent Publication No. 5-32684, the cost of hardware is increased by the need to generate pulse currents of a plurality of peak values. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electronic balance which is simple in hardware and can achieve high resolution without increasing the cost.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、図1に示す基本概念図を参照しつつ説明す
ると、本発明の電子天びんは、荷重による天びん機構1
のバランス状態からの変位を変位センサ2で検出し、そ
の変位センサ2の出力に応じてフォースコイル3に流す
電流を制御することにより、天びん機構1をバランスさ
せるサーボ系を備えるとともに、このサーボ系は、一定
周期で、かつ、変位センサ2の出力に応じて所定の分解
能のもとにデューティが変化するパルス電流を発生する
パルス電流発生手段aを含み、そのパルス電流をフォー
スコイル3に流すことによって天びん機構1をバランス
させるよう構成された天びんにおいて、パルス電流発生
手段aが発生するパルス電流のデューティの分解能不足
に起因して生じる当該パルス電流のデューティの増減の
周期に同期して、その周期内に流れた互いに異なるデュ
ーティを持つ電流パルスの数をそれぞれ計数してその比
率を算出するパルス発生率算出手段bと、そのパルス発
生率算出手段bにより算出された比率と、上記周期内に
流れた各電流パルスのいずれかのパルスデューティとか
ら、荷重の測定データを算出する測定データ決定手段c
を備えていることによって特徴づけられる。A configuration for achieving the above object will be described with reference to a basic conceptual diagram shown in FIG. 1. An electronic balance according to the present invention comprises a balance mechanism 1 using a load.
The displacement from the balance state is detected by the displacement sensor 2, and the current flowing through the force coil 3 is controlled in accordance with the output of the displacement sensor 2, thereby providing a servo system for balancing the balance mechanism 1. Includes pulse current generating means a for generating a pulse current whose duty changes at a constant period and with a predetermined resolution according to the output of the displacement sensor 2, and the pulse current is supplied to the force coil 3. In the balance configured so as to balance the balance mechanism 1 by the pulse current generation means a, the period of the pulse current is increased and decreased in synchronization with the period of increase and decrease of the duty of the pulse current. That counts the number of current pulses with different duties that flow through it and calculates the ratio Measurement data determination means for calculating load measurement data from the occurrence rate calculation means b, the ratio calculated by the pulse occurrence rate calculation means b, and one of the pulse duties of each of the current pulses flowing in the period. c
It is characterized by having.
【0013】[0013]
【作用】サーボ系が天びん機構1をバランスさせるのに
必要とする分解能よりも低い分解能しか持たないパルス
電流発生手段aからの電流を、フォースコイル3に流し
てサーボ系を動作させると、そのパルスデューティの分
解能の不足に起因して、フォースコイル3に流れるパル
ス電流のデューティは増減しながら天びん機構1をバラ
ンスさせようとする。すなわち、例えば電流パルスのデ
ューティの分解能が1/10000である場合、ある荷
重の負荷状態において天びん機構1をバランスさせるの
に必要な電流パルスのデューティに係るデータが、例え
ば“10000.73”であるとき、電流パルスのデュ
ーティは“10000”と“10001”との間で所定
の周期で増減(往復)し、その増減の周期は、天びん機
構1を主体とする系の特性によって決まる。例えばその
周期が0.1sであったとし、パルス電流の周期が1m
sである場合には、0.1s間に100個の電流パルス
が発生する中で、“10000”が27回、“1000
1”が73回だけ現れる。この周期内に現れる“100
00”と“10001”のデューティを持つ各パルス数
をそれぞれ計数し、これらの出現比率を算出するととも
に、その比率と、この周期に流れたいずれかの電流パル
スのデューティ、例えば“10000”とから、“10
000.73”という荷重の測定データを得ることがで
き、パルス電流のデューティの分解能よりも高い分解能
の測定が可能となる。When the servo system is operated by passing a current from the pulse current generating means a having a resolution lower than that required for the balance to balance the balance mechanism 1 to the force coil 3, the pulse is generated. Due to insufficient duty resolution, the balance mechanism 1 attempts to balance while increasing or decreasing the duty of the pulse current flowing through the force coil 3. That is, for example, when the resolution of the duty of the current pulse is 1/10000, the data relating to the duty of the current pulse necessary to balance the balance mechanism 1 under a certain load state is, for example, “10000.73”. At this time, the duty of the current pulse increases / decreases (reciprocates) at a predetermined cycle between “10000” and “10001”, and the cycle of the increase / decrease is determined by the characteristics of a system mainly including the balance mechanism 1. For example, if the period is 0.1 s, and the period of the pulse current is 1 m
In the case of s, “10000” is repeated 27 times and “1000” is generated while 100 current pulses are generated during 0.1 s.
"1" appears only 73 times, and "100" appears within this cycle.
The number of each pulse having a duty of “00” and “10001” is counted, and their appearance ratio is calculated, and the ratio and the duty of one of the current pulses flowing in this cycle, for example, “10000” are calculated. , "10
Thus, measurement data of a load of 000.73 "can be obtained, and measurement with a higher resolution than that of the duty of the pulse current becomes possible.
【0014】[0014]
【実施例】図2は本発明実施例の構成を示すブロック図
である。被測定荷重を負荷するための皿1aを支承する
天びん機構1のバランス点からの変位は、変位センサ2
によって検出される。天びん機構1には、永久磁石31
aを主体とする磁気回路31が作る磁界中に可動状態で
置かれたフォースコイル3が取り付けられている。フォ
ースコイル3には、後述するパルス電流が流され、それ
によって発生する電磁力は、天びん機構1に対して被測
定荷重によるバランス点からの変位を補償する向きに作
用する。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. The displacement from the balance point of the balance mechanism 1 supporting the plate 1a for applying the load to be measured is measured by a displacement sensor 2
Is detected by The balance mechanism 1 includes a permanent magnet 31
A force coil 3 movably placed in a magnetic field created by a magnetic circuit 31 mainly composed of a is attached. A pulse current described later is passed through the force coil 3, and the electromagnetic force generated thereby acts on the balance mechanism 1 in a direction to compensate for displacement from a balance point due to a load to be measured.
【0015】前記した変位センサ2による変位検出信号
はプリアンプ11を介してPID演算回路12に入力さ
れ、PID(比例・積分・微分)演算処理される。その
PID演算結果はパルス幅変換回路13に供給されると
ともに、コンピュータ20に取り込まれる。The displacement detection signal from the displacement sensor 2 is input to a PID calculation circuit 12 via a preamplifier 11 and subjected to PID (proportional / integral / differential) calculation processing. The result of the PID calculation is supplied to the pulse width conversion circuit 13 and is also taken into the computer 20.
【0016】パルス幅変換回路13は、後述するよう
に、入力したPID演算結果の大きさに応じたパルス幅
を持つ、一定周期の矩形波状の電圧信号を発生し、電子
スイッチ14を駆動する。この電子スイッチ14は、定
電流源15からの一定の直流電流を、パルス幅変換回路
13からの矩形波電圧信号が例えばHレベルのときには
フォースコイル3に、Lレベルのときにはグランドに流
すように動作する。これにより、フォースコイル3に
は、一定周期で、かつ、PID演算結果の大きさに応じ
たデューティを持つ一定波高値のパルス電流が流れるこ
とになる。As will be described later, the pulse width conversion circuit 13 generates a rectangular wave voltage signal having a pulse width corresponding to the magnitude of the input PID operation and having a constant period, and drives the electronic switch 14. The electronic switch 14 operates to flow a constant DC current from the constant current source 15 to the force coil 3 when the rectangular wave voltage signal from the pulse width conversion circuit 13 is, for example, H level, and to the ground when the rectangular wave voltage signal is at L level. I do. Thus, a pulse current having a constant peak value and a constant peak value having a duty corresponding to the magnitude of the PID calculation result flows through the force coil 3.
【0017】なお、電子スイッチ14とフォースコイル
3との間に設けられているフィルタ16は、パルス電流
による天びん機構1の振動を減少させるべく、パルス電
流を直流化するためのものである。また、図2において
は、温度補償などの本発明の特徴とは関係のない要素は
図示を省略している。The filter 16 provided between the electronic switch 14 and the force coil 3 converts the pulse current into a direct current in order to reduce the vibration of the balance mechanism 1 due to the pulse current. In FIG. 2, elements that are not related to the features of the present invention, such as temperature compensation, are not shown.
【0018】図3にパルス幅変換回路13の具体的回路
構成例を示す。この例においては、PID演算回路12
からのアナログ電圧信号はサンプルホールド回路13a
でホールドされ、その値はA−D変換器13bでデジタ
ル化される。このA−D変換器13bでデジタル化され
たPID演算結果は、パルス電流のデューティを決める
PWMデータとして、ラッチ回路13cによってラッチ
され、コンピュータ20に採取されると同時に、ダウン
カウンタ13dにプリセット値として供給される。ダウ
ンカウンタ13dは、別途供給される10MHz程度の
高周波のクロック信号CLをダウンカウントし、その内
容が0になった時点でフリップフロップ13eにリセッ
ト信号を供給する。クロック信号CLは同時にカウンタ
13fにも供給されており、このカウンタ13fはクロ
ック信号CLをカウントして、そのカウント値が一定値
に達する一定周期Tごとに、フリップフロップ13eに
セット信号を、ダウンカウンタ13dにプリセット値の
ロード信号をそれぞれ供給する。FIG. 3 shows a specific circuit configuration example of the pulse width conversion circuit 13. In this example, the PID operation circuit 12
Analog voltage signal from the sample and hold circuit 13a
, And the value is digitized by the AD converter 13b. The result of the PID operation digitized by the A / D converter 13b is latched by the latch circuit 13c as PWM data for determining the duty of the pulse current, is sampled by the computer 20, and is simultaneously stored as a preset value in the down counter 13d. Supplied. The down counter 13d counts down a separately supplied high frequency clock signal CL of about 10 MHz, and supplies a reset signal to the flip-flop 13e when the content becomes zero. The clock signal CL is also supplied to the counter 13f at the same time, and the counter 13f counts the clock signal CL, and sets the set signal to the flip-flop 13e at every fixed period T when the count value reaches a fixed value, and the down-counter A load signal of a preset value is supplied to 13d.
【0019】このような構成により、フリップフロップ
13eからは、周期がカウンタ13fからの出力信号の
周期Tと一致し、かつ、デューティがPWMデータの大
きさに比例した矩形波信号が得られる。このパルス幅変
換回路13の特徴は、出力する矩形波信号のデューティ
が、コンピュータ20に取り込まれるPWMデータに基
づき、クロック信号CLをカウントすることによって決
まるデジタル量であって、従ってその矩形波信号により
動作する電子スイッチ14によってパルス化されてフォ
ースコイル3に流れるパルス電流も、コンピュータ20
に取り込まれたPWMデータに対応したデジタル量とな
る。With such a configuration, a rectangular wave signal whose cycle matches the cycle T of the output signal from the counter 13f and whose duty is proportional to the size of the PWM data is obtained from the flip-flop 13e. The pulse width conversion circuit 13 is characterized in that the duty of the rectangular wave signal to be output is a digital amount determined by counting the clock signal CL based on the PWM data taken into the computer 20. The pulse current which is pulsed by the operating electronic switch 14 and flows through the force coil 3 is
Is a digital amount corresponding to the PWM data taken in.
【0020】そして、その矩形波信号のデューティの分
解能、つまりフォースコイル3に流れるパルス電流のデ
ューティの分解能は、周期T内に発生するクロック信号
CLの数によって決まる。例えばクロック信号CLの周
波数を10MHz、周期Tを1msとすると、パルス電
流のデューティの分解能は1/10000となる。The resolution of the duty of the rectangular wave signal, that is, the resolution of the duty of the pulse current flowing through the force coil 3 is determined by the number of clock signals CL generated in the cycle T. For example, if the frequency of the clock signal CL is 10 MHz and the period T is 1 ms, the duty resolution of the pulse current is 1/10000.
【0021】コンピュータ20では、以下に示すプログ
ラムによって、PWMデータ用いて1/10000より
も高い分解能のもとに、天びん機構1の皿1aに作用す
る荷重の測定データを得て、表示器21に表示すべき計
量値を決定する。The computer 20 obtains measurement data of the load acting on the plate 1a of the balance mechanism 1 with a resolution higher than 1/10000 using the PWM data by a program shown below, and displays it on the display 21. Determine the weighing value to be displayed.
【0022】図4はコンピュータ20に書き込まれたプ
ログラムの内容を示すフローチャートで、以下、この図
を参照しつつ本発明実施例の作用を述べる。コンピュー
タ20は、ラッチ回路13cを介して周期TのもとにP
WMデータを取り込む(ST1)。最初に取り込んだP
WMデータをPWMLとしたとき、次に取り込んだデー
タがこれと等しいか否かを判別する(ST2)。データ
が元のデータPWMLと等しい場合には、B0 カウンタ
を1カウントアップする(ST3)。また、等しくない
場合には、PWMLよりも1カウントだけ大きい、つま
りパルス電流のデューティの分解能で規制されたPWM
Lに次いで大きいデータPWMHであるか否かを判別す
る(ST11)。そして、データがPWMHである場合
には、A0 カウンタを1カウントアップする(ST1
2)。これらのカウンタA0 およびB0 は、それぞれ他
方のカウンタB0 またはA0 が1となった時点で、その
内容AないしBが読み取られると同時に、0にクリアさ
れる(ST4,ST5、およびST13,ST14)。FIG. 4 is a flowchart showing the contents of the program written in the computer 20, and the operation of the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The computer 20 outputs P through a latch circuit 13c under a period T.
The WM data is taken in (ST1). The first P
When the WM data is PWML, it is determined whether or not the next fetched data is equal to this (ST2). Data within equal to the original data PWML is a B 0 counter 1 counts up (ST3). If they are not equal, PWM is one count larger than PWML, that is, PWM regulated by the duty resolution of the pulse current.
It is determined whether the data is the next largest data PWMH after L (ST11). Then, data in the case of PWMH is counted up by 1 A 0 counter (ST1
2). These counters A 0 and B 0 are cleared to 0 at the same time that the contents A and B are read when the other counter B 0 or A 0 becomes 1, respectively (ST4, ST5 and ST13). , ST14).
【0023】取り込んだPWMデータが、元のPWML
およびそれよりも1カウント大きいPWMHのいずれで
もない場合、そのデータがPWMHよりも大きいか否か
を判別し(ST21)、大きい場合にはそのPWMデー
タよりも1カウント小さい値を新たに基準となるPWM
Lとして記憶し、小さい場合にはそのPWMデータをそ
のまま新たなPWMLとして記憶する(ST22,ST
24)。また、このような基準となるPWMLの更新時
には、カウンタA0 およびB0 のいずれをもクリアする
(ST23,ST25)。The acquired PWM data is converted to the original PWML.
If it is not any of the PWMHs larger than one count larger than that, it is determined whether or not the data is larger than the PWMH (ST21). If it is larger, a value smaller than the PWM data by one count becomes a new reference. PWM
L, and if smaller, the PWM data is stored as it is as a new PWML (ST22, ST22).
24). When updating the reference PWML, both counters A 0 and B 0 are cleared (ST23, ST25).
【0024】また、カウンタA0 が1になるごとに、基
準となっているPWMLの値と、その直前に読み込まれ
たカウンタA0 の内容AおよびカウンタB0 の内容Bと
を用いて、荷重の測定データDが D=PWML+A/(A+B) ・・(1) によって算出され、このデータDに基づいて表示器21
の計量表示値が決定される。Each time the counter A 0 becomes 1, the load is calculated using the value of the reference PWML and the content A of the counter A 0 and the content B of the counter B 0 read immediately before. Is calculated by the following equation: D = PWML + A / (A + B) (1), and based on this data D, the display 21
Is determined.
【0025】さて、例えばある荷重の負荷状態におい
て、天びん機構1をバランスさせるため必要な電磁力を
発生するためにフォースコイル3に流すべき電流値に対
応するPWMデータが10000.73であったと仮定
すると、サーボ系はフォースコイル3にそのような電流
を流すべく動作しようとするが、前記したように、フォ
ースコイル3に流れるパルス電流のデューティ、つまり
PWMデータは1/10000の分解能しか持たないた
め、PWMデータは10000と10001のいずれか
の値を取る。今、最初のPWMデータが10000であ
ったとすると、そのデータをPWMLとすれば、図5に
示すように、PWMデータはPWMLの値が何回か続い
た後、やがてそれよりも1カウント大きいPWMHの値
に変わる。また、PWMHの値が何回か続いた後には、
再びPWMLの値に変わる。このようなPWMデータの
増減の周期τは、天びん機構1を主体とする系の特性に
よって決まる。このデータ値の増減の周期τが、例えば
パルス電流の周期Tの100倍(0.1s)であったと
すると、この期間τ内に、上記した例では10000
(PWML)が27回、10001(PWMH)が73
回だけ現れる。この場合には、 10000+73/(27+73)=10000.73 ・・(2) によって、天びん機構1をバランスさせるために必要な
実際のPWMデータの値を知ることができる。Now, it is assumed that the PWM data corresponding to the current value to be passed through the force coil 3 in order to generate an electromagnetic force necessary to balance the balance mechanism 1 under a certain load state is 10000.73. Then, the servo system operates to supply such a current to the force coil 3. However, as described above, the duty of the pulse current flowing through the force coil 3, that is, the PWM data has only a resolution of 1/10000. , And PWM data take one of the values 10000 and 10001. Assuming that the first PWM data is 10,000, and if the data is PWML, as shown in FIG. 5, after the PWM value continues several times, the PWM data eventually becomes one count larger than the PWML value. To the value of. Also, after the value of PWMH continues several times,
It changes to the value of PWML again. Such an increase / decrease cycle τ of the PWM data is determined by the characteristics of a system mainly including the balance mechanism 1. Assuming that the cycle τ of the increase or decrease of the data value is, for example, 100 times (0.1 s) the cycle T of the pulse current, the period τ is 10000 in the above example.
(PWML) 27 times, 10001 (PWMH) 73
Appears only once. In this case, the value of the actual PWM data required to balance the balance mechanism 1 can be known from the following equation: 10,000 + 73 / (27 + 73) = 10000.73 (2)
【0026】図4のフローチャートにおいて、ST4に
おいてB0 カウンタの内容が1となるタイミングは、図
5におけるτbの時点であり、同じくST13において
A0カウンタが1となるタイミングは同じく図5におけ
るτaの時点である。従って、例えば2つのτa間、つ
まりA0 カウンタが1となった時点から次に1になった
時点までの間の周期は、データ値の増減の周期τと一致
する。そして、A0 およびB0 の各カウンタは、それぞ
れ他方のカウンタが1になるごとにその内容が読み込ま
れた後にクリアされるから、A0 カウンタおよびB0 カ
ウンタの読み込み内容AおよびBは、それぞれデータ値
の増減周期τ内に出現したPWMHとPWMLの回数を
表すことになる。In the flowchart of FIG. 4, the timing when the content of the B 0 counter becomes 1 in ST4 is the time of τb in FIG. 5, and the timing when the A 0 counter becomes 1 in ST13 is also the timing of τa in FIG. It is time. Therefore, the period of until the time of for example between two .tau.a, i.e. A 0 counter reaches the next 1 from the time when a 1 is consistent with the period τ of the increase or decrease of the data values. The counters A 0 and B 0 are cleared after their contents are read each time the other counter becomes 1, so that the read contents A and B of the A 0 counter and the B 0 counter are respectively It represents the number of PWMHs and PWMLs that appear within the data value increase / decrease cycle τ.
【0027】従って、ST31およびST32におい
て、A0 カウンタが1になるごとに演算される前記した
(1)式は、上述の(2)式を演算していることにな
り、パルスデューティの分解能よりも2桁高い分解能の
もとに荷重の測定データDを得ることができる。[0027] Accordingly, in ST31 and ST32, and the A 0 counter is calculated each time becomes 1 (1) will become that calculates the above equation (2), than the resolution of the pulse duty Can obtain the load measurement data D with a resolution two orders of magnitude higher.
【0028】なお、(1)式の演算は、上記のようにA
0 カウンタが1になるタイミングのほか、B0 カウンタ
が1になるタイミングでもよく、この場合、図6に示す
期間が測定の1周期となり、この場合でも同様の測定デ
ータを得ることができる。Incidentally, the calculation of the expression (1) is based on A
In addition to the timing when the 0 counter becomes 1, the timing when the B 0 counter becomes 1 may be used. In this case, the period shown in FIG. 6 is one cycle of the measurement, and in this case, the same measurement data can be obtained.
【0029】また、(1)式ではPWMLを基準とし
て、その値に各データの出現比率を加算して測定値Dを
得たが、これに代えて、PWMHを基準とした演算 D=PWMH−B/(A+B) ・・(3) としても、全く同様な測定データが得られることは勿論
である。In the equation (1), the measured value D is obtained by adding the appearance ratio of each data to the value based on the PWML. Instead, the calculation D = PWMH- B / (A + B) (3) Needless to say, exactly the same measurement data can be obtained.
【0030】更に、以上の実施例では、変位センサ2に
よるアナログ変位検出信号をアナログのPID演算回路
12によって処理したのち、デジタル化した例を示した
が、変位センサ2の出力をデジタル化した後、デジタル
演算によってPID演算を行ってもよいことは言うまで
もない。Further, in the above embodiment, an example is shown in which the analog displacement detection signal from the displacement sensor 2 is processed by the analog PID operation circuit 12 and then digitized, but after the output of the displacement sensor 2 is digitized. Needless to say, the PID operation may be performed by digital operation.
【0031】そして、以上の各例において、もし、天び
ん機構1の特性に起因して、PWMデータの増減の周期
τが長くなるようであれば、PID演算回路12の出力
に適当なディザーを注入すればよい。すなわち、PID
出力にディザーを注入することにより、ディザーの周期
にほぼ同期してPWMLとPWMHの切替えが行われる
ようになる。このディザーの周期を適当に選択して周期
τを所望の周期とすることにより、荷重測定データの出
力周期を短縮化することができてその応答性を向上させ
ることができ、データの平均化処理の点において有利と
なる。In each of the above examples, if the period τ of the increase or decrease of the PWM data becomes longer due to the characteristics of the balance mechanism 1, an appropriate dither is injected into the output of the PID operation circuit 12. do it. That is, PID
By injecting dither into the output, switching between PWML and PWMH is performed almost in synchronization with the cycle of dither. By appropriately selecting the dither cycle and setting the cycle τ to a desired cycle, the output cycle of the load measurement data can be shortened, the response can be improved, and the data averaging process can be performed. It is advantageous in the point.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フォースコイルにパルス電流を流すパルス変調方式のサ
ーボ機構を採用した電子天びんにおいて、サーボ機構の
動作時に、パルス電流のデューティの分解能不足に起因
して生じる、そのパルス電流のデューティの増減の周期
に同期して、その周期内に流れた互いに異なるデューテ
ィを持つ電流パルスの数をそれぞれ計数してその比率を
算出するとともに、その比率と、同周期内に流れた各パ
ルス電流のいずれかのパルスデューティとから、荷重の
測定データを算出するように構成しているから、ハード
ウエアとして特別なものを追加することなく、簡単な構
成のもとに、パルスデューティの分解能よりも高い分解
能の測定値を得ることができ、安価で高分解能の電子天
びんを得ることができる。しかも、測定データの演算
は、デューティの分解能不足によって生じるパルス電流
のデューティの増減の周期と同期して行うため、単に適
当な時間に流れたパルス電流のデューティの平均値を算
出する場合に比して、大幅に有効(正確)な測定データ
を得ることができる。As described above, according to the present invention,
In electronic balances that employ a pulse modulation type servo mechanism that applies a pulse current to the force coil, the operation of the servo mechanism is synchronized with the pulse current duty increase / decrease cycle caused by insufficient resolution of the pulse current duty. Then, while counting the number of current pulses having different duties flowing in the cycle and calculating the ratio, the ratio and any one of the pulse duty of each pulse current flowing in the same cycle are calculated. Because it is configured to calculate the load measurement data from, the measurement value with higher resolution than the pulse duty resolution can be obtained with a simple configuration without adding any special hardware. It is possible to obtain an inexpensive and high-resolution electronic balance. Moreover, since the calculation of the measurement data is performed in synchronization with the cycle of the increase and decrease of the duty of the pulse current caused by the lack of the resolution of the duty, compared with the case of simply calculating the average value of the duty of the pulse current flowing at an appropriate time. Thus, significantly effective (accurate) measurement data can be obtained.
【図1】本発明の構成を示す基本概念図FIG. 1 is a basic conceptual diagram showing a configuration of the present invention.
【図2】本発明実施例の構成を示すブロック図FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
【図3】そのパルス幅変換回路13の具体的構成例を示
すブロック図FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration example of the pulse width conversion circuit 13;
【図4】本発明実施例のコンピュータ20に書き込まれ
たプログラムの内容を示すフローチャートFIG. 4 is a flowchart showing the contents of a program written in a computer 20 according to the embodiment of the present invention.
【図5】本発明実施例の作用説明図FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the embodiment of the present invention.
【図6】本発明実施例の他の動作方法の例の説明図FIG. 6 is an explanatory diagram of an example of another operation method according to the embodiment of the present invention.
1 天びん機構 2 変位センサ 3 フォースコイル 31 磁気回路 12 A−D変換器 13 パルス幅変換回路 13a サンプルホールド回路 13b A−D変換回路 13c ラッチ回路 13d ダウンカウンタ 13e フリップフロップ 13f カウンタ 14 電子スイッチ 15 定電流源 20 コンピュータ 21 表示器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Balance mechanism 2 Displacement sensor 3 Force coil 31 Magnetic circuit 12 A / D converter 13 Pulse width conversion circuit 13a Sample hold circuit 13b A / D conversion circuit 13c Latch circuit 13d Down counter 13e Flip-flop 13f Counter 14 Electronic switch 15 Constant current Source 20 Computer 21 Indicator
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01G 7/02,23/37 G01L 1/08 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01G 7 / 02,23 / 37 G01L 1/08
Claims (1)
らの変位を変位センサで検出し、その変位センサの出力
に応じてフォースコイルに流す電流を制御することによ
り、上記天びん機構をバランスさせるサーボ系を備える
とともに、このサーボ系は、一定周期で、かつ、上記変
位センサの出力に応じて所定の分解能のもとにデューテ
ィが変化するパルス電流を発生するパルス電流発生手段
を含み、そのパルス電流を上記フォースコイルに流すこ
とによって天びん機構をバランスさせるよう構成された
天びんにおいて、上記パルス電流発生手段が発生するパ
ルス電流のデューティの分解能不足に起因して生じる当
該パルス電流のデューティの増減の周期に同期して、そ
の周期内に流れた互いに異なるデューティを持つ電流パ
ルスの数をそれぞれ計数してその比率を算出するパルス
発生率算出手段と、そのパルス発生率算出手段により算
出された上記比率と、上記周期内に流れた各電流パルス
のいずれかのパルスデューティとから、荷重の測定デー
タを算出する測定データ決定手段を備えていることを特
徴とする電子天びん。1. A servo system that balances the balance mechanism by detecting a displacement from a balance state of the balance mechanism due to a load with a displacement sensor and controlling a current flowing through a force coil according to an output of the displacement sensor. In addition to the above, the servo system includes pulse current generating means for generating a pulse current whose duty is changed at a constant cycle and with a predetermined resolution according to the output of the displacement sensor, and the pulse current is In a balance configured to balance a balance mechanism by flowing the force through a force coil, the balance is synchronized with a cycle of increasing or decreasing the duty of the pulse current generated due to insufficient resolution of the duty of the pulse current generated by the pulse current generating means. And the number of current pulses with different duties that flow in that cycle A pulse generation rate calculating means for counting and calculating the ratio, a load measurement is performed from the ratio calculated by the pulse generation rate calculation means, and a pulse duty of each current pulse flowing in the cycle. An electronic balance comprising a measurement data determination unit for calculating data.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01335395A JP3296121B2 (en) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | Electronic balance |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH08201148A JPH08201148A (en) | 1996-08-09 |
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