CN110663168A - 旋转角度检测装置及交流旋转电机控制装置 - Google Patents

旋转角度检测装置及交流旋转电机控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明所涉及的旋转角度检测装置包括：旋转角度传感器；输出旋转角度信号及异常信号的输入电路；基于在预先设定的运算定时的旋转角度检测值来运算旋转角度运算值以及转速运算值的运算处理部；以及基于旋转角度运算值及转速运算值来计算运算定时之后的旋转角度推定值的旋转角度推定处理部，运算处理部在接收到异常信号的情况下，不使用旋转角度检测值，而基于旋转角度推定值来运算旋转角度运算值以及转速运算值。

Description

旋转角度检测装置及交流旋转电机控制装置
技术领域
本发明涉及一种旋转角度检测装置及交流旋转电机控制装置，能应对检测电动机旋转角度的传感器发生接触不良等情况。
背景技术
在无刷电动机的控制中，需要根据电动机的旋转角来对电动机的线圈施加电压，因此需要旋转角度传感器。以往以来，从其简单结构所产生的可靠性、抗环境性角度考虑，旋转角度传感器广泛使用旋转变压器。
现有技术中存在基于当前检测旋转角度与上次检测旋转角度的偏差，来检测旋转角度传感器的异常的技术(例如参照专利文献1)。具体而言，该专利文献1所涉及的旋转变压器的异常时旋转角度推定装置在当前检测旋转角度与上次检测旋转角度的偏差在规定值以上的情况下，判断为AD转换异常。此外，专利文献1所涉及的旋转变压器的异常时旋转角度推定装置在判断为AD转换异常的情况下，通过对上次检测旋转角度加上基于上次旋转角度变化量的推定值，从而推定当前检测旋转角度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6005393号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在现有技术中存在如下问题。在检测旋转角度时，有时使用输出旋转角度经内部滤波处理的外部RDC(旋转变压器数字转换器)IC等。该RDC IC考虑即使在旋转变压器信号因接触不良等而无法正确读取信号的状态下时，仍对运算处理装置(以下称为微机)输出滤波处理后的旋转角度。
该情况下，外部RDC IC所具有的故障诊断功能通过通信或数字信号通知微机发生异常。然而，该异常的检测需要一定时间。因此，存在如下技术问题：在接收到异常通知后，即使微机开始推定角度，所推定的旋转角度与实际的旋转角度也有较大的偏差。
本发明为解决上述问题而得以完成，其目的在于，获得一种旋转角度检测装置及交流旋转电机控制装置，即使在旋转角度传感器发生异常的情况下，与现有装置相比，仍能更为迅速且准确地输出旋转角度推定值。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的旋转角度检测装置包括：旋转角度传感器，该旋转角度传感器检测交流旋转电机的旋转角度；输入电路，该输入电路接收来自旋转角度传感器的输出信号，输出旋转角度信号并在检测到输出信号异常时，输出异常信号；旋转角度检测处理部，该旋转角度检测处理部基于旋转角度信号，检测旋转角度；运算处理部，该运算处理部基于在预先设定的运算定时由旋转角度检测处理部所检测出的旋转角度检测值来运算交流旋转电机的控制所使用的旋转角度运算值以及转速运算值；以及旋转角度推定处理部，该旋转角度推定处理部基于旋转角度运算值及转速运算值来计算运算定时之后的旋转角度推定值，运算处理部在从输入电路接收到异常信号的情况下，不使用由旋转角度检测处理部所检测出的旋转角度检测值，而基于在未检测出输出信号异常的运算定时由旋转角度推定处理部所计算出的旋转角度推定值来运算旋转角度运算值及转速运算值。
另外，本发明所涉及的交流旋转电机控制装置包括：本发明的旋转角度检测装置、以及基于由运算处理部所运算出的旋转角度运算值及转速运算值来控制交流旋转电机的驱动电路。
发明效果
根据本发明具有如下结构：在使用外部RDC IC等情况下，由于旋转角度传感器的信号线的接触不良等，从而导致输入电路无法正确读取旋转角度传感器的信号的异常状态，即使在外部RDC IC在一定时间后通知微机该异常状态的情况下，仍能在检测到异常状态的时刻使用以预先确定的过去时刻为正常状态时的旋转角度及转速为起点来推定的旋转角度。其结果是，能获得一种旋转角度检测装置及交流旋转电机控制装置，即使在发生旋转角度传感器异常的情况下，与现有装置相比，仍能更为迅速且准确地输出旋转角度推定值。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的交流旋转电机的车载用电子控制装置的结构例的电路框图。
图2是表示了本发明的实施方式1中的旋转角度推定处理部14的一系列处理的流程图。
图3是表示了用于说明本发明的实施方式1中的电子控制装置1的作用、效果的时序图的图。
具体实施方式
下面，利用附图对本发明的旋转角度检测装置及交流旋转电机控制装置的优选实施方式进行说明。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1的交流旋转电机的车载用电子控制装置的结构例的电路框图。图1所示的电子控制装置1基于旋转角度传感器3的检测结果来控制交流旋转电机2的转速。
电子控制装置构成为，连接有直流电源4，具备运算处理装置10、驱动电路20以及输入电路30。另外，运算处理装置10包含旋转角度检测处理部11、异常检测处理部12、运算处理部13、旋转角度推定处理部14以及控制处理部15而构成。
此处，具备运算处理装置10及输入电路30的结构相当于旋转角度检测装置。另外，以交流旋转电机2为控制对象的电子控制装置1相当于交流旋转电机控制装置。
图1所示的本实施方式1中的电子控制装置1尤其在设有以下结构这点上具备特征。
·基于由输入电路30输出的旋转角度SG1，以预先确定的周期进行旋转角度推定的旋转角度推定处理部14。
·基于从输入电路30输出的异常信号，检测输入电路30的异常的异常检测处理部12。
·正常时将旋转角度检测处理部11的运算结果用作为用于电动机控制的旋转角度信号，异常时将旋转角度推定处理部14的运算结果用作为用于电动机控制的旋转角度信号的运算处理部13。
通过上述结构，本实施方式1所涉及的电子控制装置1即使在从旋转变压器信号发生异常起经过规定时间后检测出输入电路30的异常的情况下，也能使用旋转角度推定处理部14在异常发生前推定出的信号来运算旋转角度。因此，本实施方式1所涉及的电子控制装置1即使在旋转变压器信号发生了异常的情况下，仍能迅速地切换为高精度的旋转角度推定值。
接下来，根据图1的框图，详细说明本实施方式1中的电子控制装置的具体动作。图1所示的电子控制装置1搭载于电动汽车或混合动力汽车这样的电动车辆，对作为驱动源及发电机进行工作的交流旋转电机2进行控制。
电子控制装置1设有运算处理装置10及驱动电路20，将运算处理装置10生成的PWM信号通过驱动电路20转换成3相交流电压，施加至交流旋转电机2。
电子控制装置1连接有用于检测交流旋转电机2的角度的旋转角度传感器3。输入电路30根据旋转变压器信号生成数字旋转角度信号SG1。该输入电路30例如相当于外部RDCIC。由输入电路30所生成的数字旋转角度信号SG1被输入至运算处理装置10内的旋转角度检测处理部11。
另外，输入电路30通过自身具有的异常检测处理功能，在旋转变压器信号发生了异常的情况下，生成异常信号SG2。输入电路30的异常检测处理在从发生异常后到检测到异常为止需要几ms～几十ms的时间(例如20ms)。输入电路30所生成的异常信号SG2被输入至运算处理装置10内的异常检测处理部12。
运算处理装置10内的旋转角度检测处理部11基于数字旋转角度信号SG1，周期性地、例如每100微秒地检测交流旋转电机2的旋转角度。另外，运算处理部13根据由旋转角度检测处理部11所检测出的角度的时间变化，运算交流旋转电机2的转速ω。
运算处理装置10内的异常检测处理部12从输入电路30获取异常信号SG2，检测旋转角度传感器3的异常。异常检测处理部12的异常检测处理在从发生异常后到检测到异常为止需要几ms～几十ms的时间(例如20ms)。
运算处理装置10内的旋转角度推定处理部14利用由运算处理部13计算出的过去的旋转角度，推定当前的旋转角度。
图2是表示本发明的实施方式1中的旋转角度推定处理部14的一系列处理的流程图。首先，在步骤S101，旋转角度推定处理部14判断是否为推定处理开始定时。然后，在判断为是推定处理开始定时的情况下，旋转角度推定处理部14前进至步骤S102的处理，在判断为非推定处理开始定时的情况下，前进至步骤S104的处理。
在前进至步骤S102的情况下，旋转角度推定处理部14将由运算处理部13所运算出的旋转角度获取为推定旋转角度θe。此外，在步骤S103中，旋转角度推定处理部14将由运算处理部13所运算出的转速获取为转速Δθ。
另一方面，在并非开始定时而前进至步骤S104的情况下，旋转角度推定处理部14利用在开始定时由S102获取到的旋转角度以及由步骤S103获取到的转速，来推定旋转角度。
此处，在将旋转角度推定处理部14的运算周期设为T，将运算次数为第n次的推定旋转角度设为θen时，θen能通过下式推定。
θen＝Mod(θen-1+ΔθT、2π)[rad]
此处，Mod(Modulo)是取模运算。
运算处理装置10内的运算处理部13根据旋转角度检测处理部11检测出的旋转角度，通过滤波器，运算旋转角速度。
运算处理部13作为滤波器例如具有PLL滤波器。PLL滤波器通过调整增益Kp、Ki，能对旋转角度传感器3的输出信号上产生的瞬时噪声进行滤波。
运算处理部13由于旋转角度传感器3断线等而由异常检测处理部12通知有异常的情况下，将旋转角度推定处理部14的旋转角度推定值θe用于转速ω的运算。
例如，在由于旋转角度传感器3断线等而在旋转角度传感器3的输出信号中产生振荡性噪声的情况下，运算处理部13将旋转角度推定值θe用于旋转角速度的运算，从而能使旋转角速度收敛于预测值。
运算处理装置10内的控制处理部15利用从运算处理部13输出的旋转角度、转速，来控制交流旋转电机2。
此外，此处说明的开始定时在异常检测处理部12通知有异常的情况下是上一过去时刻，且在旋转角度传感器3为正常状态的时刻，能执行步骤S102及步骤S103即可。因此，开始定时能将在旋转角度传感器3的输出信号实际发生异常之后到由输入电路30输出异常信号为止的延迟时间考虑在内，以恰当的周期进行设定。
接下来，对如上述那样构成的本实施方式1的电子控制装置1的作用及效果进行说明。图3是表示了用于说明本发明的实施方式1中的电子控制装置1的作用、效果的时序图的图。图3示出交流旋转电机2的转速为一定的状态下，旋转角度传感器3的输出信号发生了断线时的时序图。
该图3中，从上至下的顺序示出了以下(a)～(g)这七个信号状态的时间变化。
(a)交流旋转电机实际旋转角度
(b)旋转变压器信号异常发生状态
(c)旋转变压器异常检测信号
(d)RDC IC的输出角度
(e)旋转角度推定值
(f)PLL输出角度
(g)转速
图3的时刻t11相当于在前的图2中示出的流程图中的旋转角度推定处理的开始定时。因此，时刻t11之后的旋转角度推定值基于在时刻t11运算出的旋转角度及转速来推定。
在时刻t12中旋转角度传感器3的输出信号中产生异常的情况下，如(d)所示，旋转角度中产生振荡性的噪声。由于该影响，使得(f)中示出的运算处理部13内的PLL输出角度与(e)的旋转角度推定值偏离。此外，如(f)所示，PLL输出角度如虚线那样有较大偏离，转速也无法保持恒定，如(g)所示的虚线那样，与推定值偏离。
在时刻t13，由异常检测处理部12检测出旋转角度传感器3的输出信号的异常的情况下，运算处理装置10将运算处理部13内的PLL滤波器的输入信号从(d)的RDC IC的输出角度切换成时刻t11之后运算出的(e)的旋转角度推定值。
由此，(f)中示出的PLL输出角度近似于由旋转角度推定处理部14推定出的(e)的旋转角度推定值。此外，运算处理部13通过使用基于由旋转角度推定处理部14所推定出的旋转角度推定值来计算出的转速，从而也能抑制转速变动。
如上所述，即使在由于断线等而导致旋转角度传感器3的输出信号发生异常的情况下，通过以异常发生前预先确定的过去时刻下的旋转角度、转速为起点来对旋转角度及转速进行推定运算，从而能迅速地切换成高精度推定出的转速。
此外，如上实施方式中，以单相交流旋转电机为控制对象的情况进行了示例，本发明并不限于上述实施方式。作为，交流旋转电机，也可以对具有更多相的交流旋转电机适用本发明的旋转角度检测装置及交流旋转电机控制装置。
标号说明
1电子控制装置、2交流旋转电机、3旋转角度传感器、4直流电源、10运算处理装置、11旋转角度检测处理部、12异常检测处理部、13运算处理部、14旋转角度推定处理部、15控制处理部、20驱动电路、30输入电路。

Claims (5)

1.一种旋转角度检测装置，其特征在于，包括：
旋转角度传感器，该旋转角度传感器检测交流旋转电机的旋转角度；
输入电路，该输入电路接收来自所述旋转角度传感器的输出信号，输出旋转角度信号并在检测到所述输出信号异常时，输出异常信号；
旋转角度检测处理部，该旋转角度检测处理部基于所述旋转角度信号，检测旋转角度；
运算处理部，该运算处理部基于在预先设定的运算定时由所述旋转角度检测处理部所检测出的旋转角度检测值来运算所述交流旋转电机的控制所使用的旋转角度运算值以及转速运算值；以及
旋转角度推定处理部，该旋转角度推定处理部基于所述旋转角度运算值及所述转速运算值来计算所述运算定时之后的旋转角度推定值，
所述运算处理部在从所述输入电路接收到所述异常信号的情况下，不使用由所述旋转角度检测处理部所检测出的旋转角度检测值，而基于在未检测出所述输出信号异常的运算定时由所述旋转角度推定处理部所计算出的旋转角度推定值来运算所述旋转角度运算值及所述转速运算值。
2.如权利要求1所述的旋转角度检测装置，其特征在于，
基于从所述输出信号实际发生异常后到由所述输入电路输出所述异常信号为止的延迟时间，来设定所述运算定时。
3.如权利要求1或2所述的旋转角度检测装置，其特征在于，
所述运算处理部具有对来自所述旋转角度传感器的输出信号所包含的噪声进行滤波处理的滤波器，在对所述旋转角度检测值执行所述滤波处理之后，对所述旋转角度运算值及所述转速运算值进行运算。
4.如权利要求3所述的旋转角度检测装置，其特征在于，
所述运算处理部在从所述输入电路接收到所述异常信号的情况下，对所述旋转角度推定处理部所计算出的所述旋转角度推定值执行所述滤波处理后，运算所述旋转角度运算值及所述转速运算值。
5.一种交流旋转电机控制，其特征在于，包括：
如权利要求1至4中任一项所述的旋转角度检测装置；以及
驱动电路，该驱动电路基于由所述运算处理部所运算出的所述旋转角度运算值及所述转速运算值，来控制所述交流旋转电机。
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