JP2004061157A

JP2004061157A - レゾルバの信号処理装置及び信号処理方法

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Publication number: JP2004061157A
Application number: JP2002216434A
Authority: JP
Inventors: Eiji Oya; 大矢　英詞
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】製造コストを低減できるレゾルバの信号処理装置を提供する。
【解決手段】測定対象となった回転体の回転角を２相の正弦波形信号に基づいて出力するレゾルバ１の信号処理装置であって、制御部１１が、レゾルバ１から出力される２相信号について、前記回転体が実質的に停止している間に規定される２相信号の振幅ピーク発生時刻を挟んだ所定のタイミングで各相の信号を取得し、各相の信号間のサンプリング・タイミングのずれによる誤差補正を行いつつ、サンプリングされたそれぞれの信号に基づいて角度を演算して出力する信号処理装置である。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの回転角等を検出するレゾルバの信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの回転角等を検出する装置として、従来図１０に示すように、レゾルバ１と、信号処理部２と含むものがある。レゾルバ１は、回転角の検出の対象となるモータに取り付けられており、励磁信号の入力を受けて、この励磁信号により励磁されるコイルを用いてモータの回転角の正弦値、余弦値で振幅変調された２相信号（２相の正弦波変調信号）を出力する。これら各相の信号はそれぞれＶｓｉｎ、Ｖｃｏｓと呼ばれる。信号処理部２は、各相に対応したＡ／Ｄ変換器を有し、各相の信号をそれぞれ対応するＡ／Ｄ変換器でディジタル値に変換する。そして、Ｖｓｉｎに対応する相の信号を、Ｖｃｏｓに対応する相の信号で除して、当該除した商に対して４象限逆正接演算して角度の値を得ている。
【０００３】
また、この信号処理部２は、レゾルバ１から入力される信号にノイズが乗じた場合などに発生する、一時的な異常値出力があった場合、当該異常と判断される値を出力せずに、次回のサンプリングタイミングで再度サンプリングを行って角度値の演算を行っている。
【０００４】
なお、レゾルバから出力される信号に乗じたノイズの影響を低減するため、レゾルバから入力される正弦波形のピーク位置近傍で少なくとも２度のサンプリングを行う技術が特開２００１−８２９８１号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のレゾルバの信号処理装置では、Ａ／Ｄ変換回路が各相に対応する２系統必要で、製造コストがかかってしまう。また上述のように、異常値が発生した場合、次のサンプリングタイミングで再度、角度値の演算を行うので、処理時間が長くなる。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、その目的の一つは、製造コストを低減できるレゾルバの信号処理装置を提供することである。また、これとは異なる本発明の目的の一つは、異常値が発生したときの処理時間を短縮することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様によると、測定対象となった回転体の回転角を２相の正弦波変調信号に基づいて出力するレゾルバの信号処理装置であって、前記レゾルバから出力される２相信号について、前記回転体が実質的に停止している間に規定される２相信号の振幅ピーク発生時刻を挟んだ所定のタイミングで、前記２相信号の各相の信号をそれぞれサンプリングするサンプリング手段と、前記各相の信号間のサンプリング・タイミングのずれによる誤差補正を行いつつ、サンプリングされた前記それぞれの信号に基づいて角度を演算する演算手段と、を備えることとした。ここで前記サンプリング手段は、ピークを挟んで等間隔に離れた２つの時刻を所定のタイミングとして、各相の信号をそれぞれ取り込むこととしても好ましい。また、演算した角度の値に基づき、角加速度値を演算する手段と、前記演算された角加速度値が、予め定められた角加速度値範囲外となると、演算した角度の値を所定の演算により補正する加速度補正手段と、をさらに備えても好ましい。
【０００８】
また、本発明の別の態様によると、２相の正弦波変調信号に基づいて角度を演算して出力するレゾルバの信号処理装置であって、演算した角度の値に基づき、角加速度値を演算する手段と、前記演算された角加速度値が、予め定められた角加速度値範囲外となると、演算した角度の値を所定の演算により補正する加速度補正手段と、を備えることとした。
【０００９】
さらに、本発明の別の態様では、測定対象となった回転体の回転角を２相の正弦波変調信号に基づいて出力するレゾルバの信号処理方法であって、前記レゾルバから出力される２相信号について、前記回転体が実質的に停止している間に規定される２相信号の振幅ピーク発生時刻を挟んだ所定のタイミングで、前記２相信号の各相の信号をそれぞれサンプリングする工程と、前記各相の信号間のサンプリング・タイミングのずれによる誤差補正を行いつつ、サンプリングされた前記それぞれの信号に基づいて角度を演算する工程と、を備えることとした。
【００１０】
本発明のさらに別の態様では、２相の正弦波変調信号に基づいて角度出力するレゾルバの信号処理方法であって、演算した角度の値に基づき、角加速度値を演算する工程と、前記演算された角加速度値が、予め定められた角加速度値範囲外となると、演算した角度の値を所定の演算により補正する工程と、を備えることとした。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、測定対象となった回転体の回転角を２相の正弦波変調信号に基づいて出力するレゾルバの信号処理プログラムであって、コンピュータに、前記レゾルバから出力される２相信号について、前記回転体が実質的に停止している間に規定される２相信号の振幅ピーク発生時刻を挟んだ所定のタイミングで、前記２相信号の各相の信号をそれぞれサンプリングする手順と、前記各相の信号間のサンプリング・タイミングのずれによる誤差補正を行いつつ、サンプリングされた前記それぞれの信号に基づいて角度を演算する手順と、を実行させることとした。
【００１２】
本発明のさらに別の態様によれば、２相の正弦波変調信号に基づいて角度出力するレゾルバの信号処理プログラムであって、コンピュータに、演算した角度の値に基づき、角加速度値を演算する手順と、前記演算された角加速度値が、予め定められた角加速度値範囲外となると、演算した角度の値を所定の演算により補正する手順と、を実行させることとした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るレゾルバの信号処理装置は、図１に示すように、２相信号を出力するレゾルバ１に接続され、制御部１１と、ＲＯＭ１２と、フィルタ１３と、第１及び第２のバッファ１４ａ，１４ｂと、Ａ／Ｄ変換器１５とを含んで構成されている。
【００１４】
レゾルバ１は、測定対象となった回転体に取り付けられ、回転体の回転角に応じて変化する２相信号を出力している。制御部１１は、電流制御周期に同期した矩形波電圧信号を出力している。また、この制御部１１は、ＲＯＭ１２に格納されたプログラムに従って動作しており、バッファ１４を介してレゾルバ１から入力される２相信号に基づいて角度値を演算して出力する。この制御部１１の具体的な処理の内容については後に詳しく述べる。
【００１５】
ＲＯＭ１２は、制御部１１によって実行されるプログラムを格納したコンピュータ可読な記録媒体である。フィルタ１３は、制御部１１から矩形波電圧信号の入力を受けてこれをフィルタリングし、正弦波形の励磁信号を生成してレゾルバ１に出力する。バッファ１４は、レゾルバ１が出力する２相信号の各相に対応して設けられており、第１のバッファ１４ａは、レゾルバ１からＶｓｉｎの信号の入力を受けて、これを制御部１１に伝達する。また第２のバッファ１４ｂは、レゾルバ１から入力されるＶｃｏｓの信号を制御部１１に伝達する。Ａ／Ｄ変換器１５は、例えば制御部１１に内蔵されており、Ｖｓｉｎ及びＶｃｏｓの信号のピーク位置との関係で定められる、互いに異なる所定のタイミングで、Ｖｓｉｎと、Ｖｃｏｓとの信号をそれぞれＡ／Ｄ変換して、それぞれに対応するディジタル値を生成し、その結果を出力する。
【００１６】
ここで制御部１１の処理について説明する。制御部１１は、測定対象となっている回転体が実質的に停止しているときに規定される２相信号の振幅ピーク（以下、単にピークと呼ぶ）の発生時刻を挟んだ所定のタイミング（振幅ピーク発生時刻の前後）で、Ａ／Ｄ変換の結果として得られた、Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓのそれぞれをサンプリングする。そして、これらＶｓｉｎ，Ｖｃｏｓのそれぞれに対応するディジタル値を用いてＶｓｉｎ／Ｖｃｏｓを演算し、さらにその４象限逆正接値θ０を演算する。そしてこの４象限逆正接値θ０に対してサンプリングタイミングがＶｓｉｎとＶｃｏｓとで異なることによる補正（サンプリング補正）を行って、補正後の値θを演算した角度値として出力し、処理を終了する。なお、ＶｓｉｎとＶｃｏｓとをＡ／Ｄ変換のためにサンプリングするタイミングは、Ｖｓｉｎ（又はＶｃｏｓ）のピークの発生時刻を挟んで等間隔に離れた２つの時点であることが好ましい。例えばＡ／Ｄ変換の処理を連続して行うための最短の時間がΔｔであるとすると、ピークの発生時刻のΔｔ／２だけ前の時点と、ピークの発生時刻のΔｔ／２だけ後の時点とでそれぞれＶｓｉｎ又はＶｃｏｓのいずれかをサンプリングする。
【００１７】
ここで、回転体が実質的に停止しているとは、例えば電源投入時など、回転体が停止しているときや、極低速回転中などをいう。
【００１８】
［サンプリング補正］
次に、サンプリング補正の詳しい内容について数式を用いて説明する。レゾルバの電圧変換式は、励磁信号Ｖｒｅｆ、励磁信号の電圧振幅Ｅ０、励磁信号と２相信号との変圧比Ｋ、レゾルバの回転角度をθ、レゾルバの回転の電気角速度をα、励磁信号の電気角速度をω、励磁信号と２相信号との位相ずれ量をφとして、次のように記述できる。
【数１】

いま、レゾルバの回転角の初期値をθ０とし、Ｋ・Ｅ０＝１ととると、レゾルバの２相信号は、次のように記述できる。
【数２】

２相信号の励磁信号周波数成分の振幅ピーク発生時刻ｔは、
【数３】

と表せるので、θ＝αｔ＋θ０とすると、（１），（２）式は、それぞれ
【数４】

となるので、これらからｔａｎθ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθを作ることができ、ｔａｎθの４象限逆正接としてθを求めることができる。
【００１９】
さてここで（１），（２）式の２相信号をそれぞれ次の（４）式のタイミングでサンプリングする。
【数５】

ｔ１、ｔ２は、２相信号の励磁信号周波数成分の振幅ピークの発生時刻ｔ０の近傍の時刻なので、ｔ０近傍での２相信号の角度変化について考察すると次のようになる。
【００２０】
まず、（３）式の時刻近傍での２相信号の合成ベクトル（リサージュ図）の角速度を求める。最初に、（１）式の時間微分から、ｔ＝ｔ０のときのＶｓｉｎの微係数を求めると、次のようになる。
【数６】

ここで、θｅ０＝αｔ０＋θ０である。
【００２１】
同様に、（２）式に対する時間微分から、（４）式で示された時刻におけるＶｃｏｓの微係数を求めると、次のようになる。
【数７】

これら（５）、（６）式に対応する合成ベクトルは、（１）、（２）式に（４）式を代入して、次の（７）、（８）式のようになる。
【数８】

この（７）、（８）式の合成ベクトルは、互いに直交し、その大きさは２αとなる。
【００２２】
つまり、（４）式で示された時刻近傍でのレゾルバの２相信号の合成ベクトルは、実際の回転の２倍の速度で変化している。つまり、（４）式で示した時刻からΔｔ／２だけ遅れた時刻で得られる２相信号Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓの値を元に４象限逆正接変換して得られた角度は、α・Δｔ／２だけ実際の角度より進みすぎた値となっていることが分かる。従って、
【数９】

の時点で得られた２相信号Ｖｓｉｎ、Ｖｃｏｓを元にして４象限逆正接変換して得られた角度については、−α・Δｔ／２の値を加えたものが実際の角度を表す。
【００２３】
図２（ａ）に角速度αで回転しているときのレゾルバ２相信号のリサージュ図を示す。図２（ａ）において点Ａから点Ｂへのベクトルが速度ベクトルであり、２αの大きさとなる。次に、図２（ｂ）に示す単位円（半径１の円）を用いて、この円の中心Ｏと、ｘ軸とのなす角を求める角として考える。
【数１０】

のｔ１の時刻の２相信号のベクトルはＯＡ、（９）式のｔ２の時刻の２相信号のベクトルはＯＢとなる。ｔ２の時刻の角度は角ＸＯＢで表され、この角度をθｅとする。また、ｔ１からｔ２の時刻の間に２相信号が進む角度をΔθｅとする。すると、Δθｅは、図２（ｂ）の弧ＡＢの大きさに等しく、Δｔの間に進む２相信号の角度は、（４）式で示した時刻近傍では、実際の速度の２倍で変化するので、２α・Δｔに等しくなる。
【００２４】
ｔ１の時刻でサンプリングされるＶｓｉｎと、ｔ２の時刻でサンプリングされるＶｃｏｓとは、それぞれ、
【数１１】

従って、これらから得られる４象限逆正接演算の結果と、ｔ２の時刻の２相信号の角度θｅとの誤差θｅｒｒは、
【数１２】

となる。よって補正項として、（１１）式の結果を加算すれば、
【数１３】

となる。さらにθｅは、（４）式で示した時刻からΔｔ／２だけ遅れた時刻ｔ２（（９）式）の時点でのサンプリング値であるので、既に説明したように、−α・Δｔ／２の値を加えて実際の角度θｒｅａｌを得る：
【数１４】

【００２５】
すなわち、制御部１１は、各タイミングで得られたＶｓｉｎ及びＶｃｏｓを用いて、（１３）式の演算を行って、角度値θをθ＝θｒｅａｌとして演算する。
【００２６】
なお、電気角速度αが微小で、補正による項（（１３）式の、第２項、第３項目）が無視できる程度にそれぞれ所定の値より小さくなる場合（低速回転時）には、このサンプリング補正を行わずに、Ｖｓｉｎ／Ｖｃｏｓに対する４象限逆正接の演算結果を以て角度値θとしても構わない。
【００２７】
［加速度制限］
さらに、本実施の形態においては、レゾルバ１から入力される信号にノイズが乗じた場合などに発生する、一時的な異常値出力があった場合に配慮して、演算された角度値から角加速度値を演算し、この角加速度値が予め定めた値の範囲にない場合に所定の処理（加速度制限処理）を行う。すなわち、レゾルバ１が取り付けられているモータについて、物理学的に不可能な加速度が生じているかのように演算される場合、当該値は異常値であると判断し、例えば出力する角度値を特定の値に設定する。
【００２８】
この加速度制限処理は制御部１１の処理として実現され、その一例としては図３に示すように、まず角度値θ０を演算し、少なくとも前回及び前々回に演算した角度値を記憶しておき、今回と前回との間の差分により、今回の角速度値ｄθ０を求め、さらに今回の角速度値と前回の角速度値との差分により角加速度値Ａｃｃ０を求める（Ｓ１１）。そして、この角加速度値の絶対値が予め定めた値ＡｃｃＬＩＭ１より小さいか否かを判断し（Ｓ１３；これにより、±ＡｃｃＬＩＭ１の範囲に角加速度値が入っているか否かが判断される）、小さいならば（Ｙｅｓならば）、処理Ｓ１１で求めた角度値θ０と、角速度値ｄθ０と、角加速度値Ａｃｃ０とを、それぞれ出力する角度値θ１、角速度値ｄθ１と、角加速度値Ａｃｃ１とする（Ｓ１４）。次にこれらの値について、ＶｓｉｎとＶｃｏｓとのサンプリング・タイミングがずれていることによる補正（第１補正）を補正前の角速度ｄθ１を使って行い、補正後の角度値θ２、角速度値ｄθ２を求め（Ｓ１５）、さらに補正後の角速度ｄθ２を使ってサンプリング・タイミングがずれていることによる補正（第２補正）を行って補正後の角度値θ３、角速度値ｄθ３、角加速度値Ａｃｃ３を求める（Ｓ１６）。これら、第１補正及び第２補正の内容は、既に説明したサンプリング補正に相当するものである。すなわち、これらの補正のうち第１補正は、次の（１４），（１５）式によって行われ、第２補正は、次の（１６）から（１８）式によって行われる。なお、ＶｓｉｎとＶｃｏｓとのサンプリング・タイミングのずれをΔｔ、これらを１度サンプリングしてから、次にこれらをサンプリングするまでの時間をΔＴとしている。
【００２９】
【数１５】

【数１６】

【００３０】
次に、角加速度値Ａｃｃ３の絶対値が予め補正後の角速度値の限界として規定されているＡｃｃＬＩＭより小さいか否かを判断し（Ｓ１７；これにより、±ＡｃｃＬＩＭの範囲に角加速度値が入っているか否かが判断される）、小さいならば（Ｙｅｓならば）、処理Ｓ１６で求めた角度値θ３、角速度値ｄθ３、角加速度値Ａｃｃ３をそれぞれ出力する角度値θ、角速度値ｄθ、角加速度値Ａｃｃとして定め（Ｓ１８）、さらに角度値θを、処理Ｓ１８で定めた値からｄθ×Δｔ／ΔＴ×１／２を差し引いた値として補正し（Ｓ１９）、処理を終了する。なお、ここでΔｔは、Ｖｓｉｎのサンプリング・タイミングとＶｃｏｓのサンプリング・タイミングとの時間差であり、ΔＴは、サンプリング間隔（Ｖｓｉｎをサンプリングしてから次にＶｓｉｎをサンプリングするまでの時間）である。
【００３１】
また、処理Ｓ１３において、角加速度値Ａｃｃ０の絶対値が、ＡｃｃＬＩＭ１以上ならば（Ｎｏならば）、角加速度値はＡｃｃＬＩＭ１であったとして、角度値θ１、角速度値ｄθ１と、角加速度値Ａｃｃ１とを過去の角度値等を用いて次のように定め（Ｓ２０）、処理Ｓ１５に移行する。
【数１７】
ｄθ１＝ｄθ１ｏｌｄ＋ＡｃｃＬＩＭ１
θ１＝θ１ｏｌｄ＋ｄθ１
Ａｃｃ１＝ＡｃｃＬＩＭ１
ここで、ｄθ１ｏｌｄは、前回のｄθ１の値である。
【００３２】
同様に処理Ｓ１７において、角加速度値Ａｃｃ３の絶対値がＡｃｃＬＩＭ以上ならば（Ｎｏならば）、角加速度値はＡｃｃＬＩＭであったとして、出力する角度値θ、角速度値ｄθ、角加速度値Ａｃｃを過去の角度値等を用いて次のように定め（Ｓ２１）、処理をＳ１９に移行する。
【数１８】
ｄθ＝ｄθｏｌｄ＋ＡｃｃＬＩＭ
θ＝θｏｌｄ＋ｄθ
Ａｃｃ＝ＡｃｃＬＩＭ
ここでｄθｏｌｄは、前回のｄθの値である。
【００３３】
なお、既に述べたようにθ１ｏｌｄは、前回のθ１の値、ｄθ１ｏｌｄは、前回のｄθ１の値、θｏｌｄは、前回のθの値、ｄθｏｌｄは、前回のｄθの値であるが、これらは、それぞれ記憶しておく。
【００３４】
［サンプリング・タイミングの調整］
本実施の形態では、サンプリング・タイミングは、レゾルバ１に入力する励磁信号の位相を利用して決定できるが、励磁信号の位相と２相信号の位相との間には、レゾルバごとに固有の位相ずれがある。従って、このようなレゾルバごとの位相ずれの個体差を予め調べておき、レゾルバごとの固有の個体差も利用してサンプリング・タイミングを規定することが好ましい。
【００３５】
本実施の形態の信号処理回路の電源が投入されたとき、そのときにはレゾルバ１が取り付けられているモータは停止した状態にあると考えられる。そこで制御部１１は、電源投入時に、次の図４に示す処理を開始し、まずＶｓｉｎの値をＡ／Ｄ変換して取得する（Ｓ３１）。次に予め定められた間隔（励磁信号の周期）ΔＴでＶｃｏｓ値をＡ／Ｄ変換して取得する（Ｓ３２）。次に処理Ｓ３１，Ｓ３２でそれぞれ得られたＶｓｉｎの絶対値と、Ｖｃｏｓの絶対値とを比較し、その大きい方の値を選択する（Ｓ３３）。そして選択した方の信号を所定回数だけ等時間間隔でサンプリングし（Ｓ３４）、最小二乗法によって位相ずれを求めて（Ｓ３５）、処理を終了する。
【００３６】
この処理Ｓ３５における最小二乗法による位相ずれを求める処理は、原信号をＥ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ）＝ｙｉとすると（ここでφが位相ずれに相当する）、Ｖｓｉｎφ＝−Σ（ｓｉｎ・ｙｉ）／Σｓｉｎ＾２、Ｖｃｏｓφ＝Σ（ｃｏｓ・ｙｉ）／Σｃｏｓ＾２、とし、φ＝ｔａｎ＾−１（Ｖｓｉｎφ／Ｖｃｏｓφ）として位相ずれを求める。この場合の逆正接演算は−π／２からπ／２までの値をとる通常の逆正接演算を行う。具体的な例として、１周期を８分割する場合（例えば１００μ秒（μｓ）を８分割する場合）、
Ｖ０：０μｓ
Ｖ１：１×１００／８μｓ
Ｖ２：２×１００／８μｓ
Ｖ３：３×１００／８μｓ
Ｖ４：４×１００／８μｓ
Ｖ５：５×１００／８μｓ
Ｖ６：６×１００／８μｓ
Ｖ７：７×１００／８μｓ
Ｖ８：８×１００／８μｓ
のタイミングでＡ／Ｄサンプリングし、
【数１９】

として位相ずれ量φを演算する。この位相ずれ量φに基づき、Ａ／Ｄ起動時刻を正規の位置にずらす。また、Ａ／Ｄ起動時刻を正規の位置にずらす代わりに、励磁信号の位相をずらしてもよい。
【００３７】
また、本実施の形態における別のサンプリング・タイミングの調整法としては、制御部１１が、電源投入時に、連続して２度（間隔Δｔだけ時間をあけて）Ｖｓｉｎのサンプリングを行い、次にＶｓｉｎを最初にサンプリングしたタイミングから予め定められた間隔（励磁信号の周期）ΔＴだけ待って再度連続して２度（間隔Δｔだけ時間をあけて）Ｖｃｏｓのサンプリングを行う。ここで、Ｖｓｉｎのうち、先にサンプリングされたものをＶｓｉｎＮ、後にサンプリングされたものをＶｓｉｎＰとし、同様にＶｃｏｓについて先にサンプリングされたものをＶｃｏｓＮ、後にサンプリングされたものをＶｃｏｓＰとする。
【００３８】
制御部１１は、
【数２０】

を演算する。このとき、それぞれ連続して行った２度のサンプリングのタイミングがピークを挟んでそれぞれピークから等しい時間だけずれていれば、図５（ａ）に示すように、ＶｓｉｎＮとＶｓｉｎＰとが等しくなり、ＶｃｏｓＮとＶｃｏｓＰとも等しくなる（図５（ａ）で「Ｘ」で示したタイミング）から、（２０）式で演算されるＤは、「０」となるはずである。そこで、制御部１１は、このＤの絶対値が予め定めたしきい値Ｄｓｈよりも小さくなるまで、励磁信号の位相をずらすよう制御する。この方法を用いると、励磁電圧が正弦波から歪んでいる場合にも精度を向上できる。
【００３９】
具体的には、図６に示すように、ＶｓｉｎＮ及びＶｓｉｎＰの値を取り込むようＡ／Ｄ変換器１５を設定して（Ｓ４１）、ＶｓｉｎＮ及びＶｓｉｎＰの値を取り込み（Ｓ４２）、次に、ＶｃｏｓＮ及びＶｃｏｓＰの値を取り込むようＡ／Ｄ変換器１５を設定して（Ｓ４３）、ＶｃｏｓＮ及びＶｃｏｓＰの値を取り込む（Ｓ４４）。そして、（２０）式によってＤを演算し（Ｓ４５）、このＤの絶対値がＤｓｈより小さいか否かを判断する（Ｓ４６）。
【００４０】
そしてＤの絶対値がＤｓｈより大きい場合（Ｎｏの場合）、Ｄ＞０であるか否かを判断し（Ｓ４７）、Ｄ＞０であれば（Ｙｅｓならば）、励磁電圧の位相を予め定めたステップ値だけ進ませる処理を行う（Ｓ４８〜Ｓ５０）。また、処理Ｓ４７において、Ｄ＞０でなければ（Ｎｏならば）、励磁電圧の位相を予め定めたステップ値だけ遅らせる処理を行う（Ｓ５１〜Ｓ５３）。なお、図６に示した例では、測定には誤差があることにも配慮して、例えばＮ回（図６では１０回としている）繰り返してＶｓｉｎＮ，ＶｓｉｎＰ，ＶｃｏｓＮ，ＶｃｏｓＰの取得と、Ｄの演算と、ＤとＤｓｈとの比較とを行うこととし、一定回数以上連続してＤの絶対値がＤｓｈより大きい場合に、励磁電圧の位相調整を行ってもよい（Ｓ４８〜Ｓ５０，並びにＳ５１〜Ｓ５３）。これは例えばＤの絶対値がＤｓｈより大であり、かつＤ＞０のときに当初０にリセットしておいた変数ＣＮＴ＿Ｐをインクリメントし、繰り返し回数をカウントするＣＮＴ＿０とＤ≦０が連続していた場合の回数を表すＣＮＴ＿Ｎとを０にリセットする（処理Ｓ４８）。そしてＣＮＴ＿Ｐが予め定めた回数より大となったときに（処理Ｓ４９）、励磁電圧の位相を予め定めたステップ値だけ進ませる（処理Ｓ５０）。また、Ｄの絶対値がＤｓｈより大であり、かつＤ＞０でないとき（Ｄ≦０のとき）も、当初０にリセットしておいた変数ＣＮＴ＿Ｎをインクリメントし、ＣＮＴ＿０とＤ＞０が連続していた場合の回数を表すＣＮＴ＿Ｐとを０にリセットする（処理Ｓ５１）。そしてＣＮＴ＿Ｎが予め定めた回数より大となったときに（処理Ｓ５２）、励磁電圧の位相を予め定めたステップ値だけ遅らせる（処理Ｓ５３）こととしてもよい。なお、このように一定回数以上Ｄの絶対値がＤｓｈより大きい場合に、励磁電圧の位相調整を行うときには、処理Ｓ４６において、Ｄの絶対値がＤｓｈより小さい場合（Ｙｅｓの場合）、カウンタＣＮＴ＿０をインクリメントし、ＣＮＴ＿ＰとＣＮＴ＿Ｎとを０にリセットして（Ｓ５４）、ＣＮＴ＿０が予め定めた回数（ここでは５０回）よりも大きいか否かを判断し（Ｓ５５）、大きい場合は（Ｙｅｓならば）、処理を終了する。また、処理Ｓ５５において、ＣＮＴ＿０が予め定めた回数以下であれば（Ｎｏならば）、処理Ｓ４１に戻って処理を続ける。
【００４１】
これらの方法により起動時にサンプリング・タイミングを調整した後は、制御部１１は、レゾルバ１の信号を処理し、角度値を演算して出力する動作に戻って処理を続ける。
【００４２】
［動作中のサンプリング・タイミングの調整］
なお、サンプリング・タイミングの調整は、好ましくは動作中にも行うべき（例えば周囲温度の影響によりレゾルバ本体の位相ずれ量やフィルタ１３の位相遅れ量が変化することがある）であるが、モータが回転しているときには、調整が困難であることに鑑み、モータが停止しているか否かを制御部１１にて検出し、モータが停止しているときには、サンプリング・タイミング調整モードに移行して、上述のサンプリング・タイミングの調整処理を行い、調整後、レゾルバ１の信号を処理し、角度値を演算して出力する動作に戻って処理を続ける。なお、この場合はＤの演算等を繰り返して行わず、１度だけとすることも好ましい。すなわち、この場合の処理も図６に示した処理と同様の処理であるが、図７に示すように、停止中にのみ処理を実行し（処理Ｓ４０にて停止中でなければ処理をそのまま終了する）、またＣＮＴ＿０を用いずに、ＣＮＴ＿Ｐ及びＣＮＴ＿Ｎのみについて処理する（図７の処理Ｓ４８′、Ｓ５１′、Ｓ５４′）。また、図６の処理Ｓ５５に対応する処理（５０回繰り返して処理するまで終了しないようにする処理）は、行わない。
【００４３】
尤も、レゾルバ１の信号を処理し、角度値を演算して出力する動作を停止せずにサンプリング・タイミングを調整してもよい。以下、この方法について説明する。この場合の制御部１１は、モータが停止しているか否かを検出し、モータが停止しているときに、図５（ｂ）に示すように、通常通り、ΔＴごとに、Δｔの間隔で連続してＶｓｉｎとＶｃｏｓとを取得する処理を続けながら（図５（ｂ）の「Ｏ」で示した点でのサンプリング）、これと反対のピーク位置近傍で（１３）式を用いたサンプリング・タイミング調整のためのＶｓｉｎ又はＶｃｏｓ測定を行う（図５（ｂ）の「Ｘ」で示した点でのサンプリング）。これにより、角度値の演算の処理を中断することなく、サンプリング・タイミングの調整が実現される。
【００４４】
［動作］
本実施の形態のレゾルバの信号処理装置の各部は、以上の動作を行い、従って全体として次のように動作する。まず、信号処理装置に電源が投入されたとき、サンプリング・タイミングの調整の処理が行われ、これによりレゾルバ１ごとの個体差に伴う励磁電圧と２相信号との間の位相ずれ量が検出される。制御部１１は、この位相ずれ量を用いてサンプリング・タイミングを決定する。
【００４５】
制御部１１は、サンプリング・タイミングとして例えば、連続してＡ／Ｄ変換可能な最短の時間Δｔをピークの前後に等分して、ピーク前Δｔ／２の時点でＶｓｉｎの値をＡ／Ｄ変換して取得する。また、ピーク後Δｔ／２の時点でＶｃｏｓの値をＡ／Ｄ変換して取得する。
【００４６】
次に、Ｖｓｉｎ／Ｖｃｏｓの値を求め、さらにこれの４象限逆正接、
【数２１】

を演算して、仮の角度値θ０を得る。そしてこれに対して（１３）式の演算（サンプリング補正）を行って、補正後の角度値θを求める。
【００４７】
この後、制御部１１は、好ましくは図３に示した加速度制限処理を実行し、この処理後に得られた角度値θを取得して、これを出力する。
【００４８】
［変形例］
ここまでの説明では、Ｖｓｉｎ，Ｖｃｏｓの２ｎπ（ｎ＝０，１，２…）の位相でのピーク前後でそれぞれサンプリングを行い、角度値を演算してサンプリング補正する例について説明したが、このピークだけでなく、（２ｎ＋１）π（ｎ＝０，１，２…）の位相でのピーク前後でもＶｓｉｎ，Ｖｃｏｓのそれぞれをサンプリングして角度値に「π」を加えてサンプリング補正を行い、角度値として出力するようにすれば、レゾルバ角度の演算周期を２倍にできる。
【００４９】
また、２ｎπでサンプリングした２相信号をそれぞれＶｓｉｎ１，Ｖｃｏｓ１とし、（２ｎ＋１）πでサンプリングした２相信号をそれぞれＶｓｉｎ２，Ｖｃｏｓ２として、Ｖｓｉｎ１とＶｓｉｎ２との平均と、Ｖｃｏｓ１とＶｃｏｓ２との平均とを演算して、それぞれをＶｓｉｎ，Ｖｃｏｓとし、角度値の演算とサンプリング補正とを行った後、励磁電圧の周期Ｔと、上述のαとを用いて、サンプリング補正後の角度値にα・Ｔ／４を加えて、補正後の角度値を得て出力するようにしてもよい。この場合、サンプリング・タイミングの調整として（１３）式を用いる演算を２ｎπでサンプリングしたＶｓｉｎ，Ｖｃｏｓと（２ｎ＋１）πでサンプリングしたＶｓｉｎ，Ｖｃｏｓとの双方で行うこととしてもよい。これにより、サンプリング・タイミングの調整精度を高めることができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
ここまでの説明では、Ａ／Ｄ変換が１系統のみであっても構わない場合について説明したが、サンプリング補正や、加速度制限、サンプリング・タイミングの調整といった処理は、Ａ／Ｄ変換が２系統以上あってＶｓｉｎとＶｃｏｓとの処理を並列的に扱う場合にも、角度値の演算精度を向上できるものである。
【００５１】
本発明の第２の実施の形態に係るレゾルバの信号処理装置は、図８に示すように、２相信号を出力するレゾルバ１に接続され、制御部１１と、ＲＯＭ１２と、フィルタ１３と、第１及び第２のバッファ１４ａ，１４ｂと、第１及び第２のＡ／Ｄ変換器１５ａ，１５ｂとを含んで構成されている。なお、第１の実施の形態と同様の構成をとる部分については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。ただし本実施の形態においては、制御部１１の動作（すなわちＲＯＭ１２内に格納されているプログラム）が第１の実施の形態に係るものとは少々異なるので、後に詳しく述べる。第１，第２のＡ／Ｄ変換器１５ａ，１５ｂは、それぞれ第１，第２のバッファ１４ａ，１４ｂに対応して設けられ、対応するバッファ１４から入力される信号をディジタル値に変換して制御部１１に出力する。
【００５２】
制御部１１は、入力されるＶｓｉｎ、Ｖｃｏｓのそれぞれに対応するディジタル値に基づき、Ｖｓｉｎ／Ｖｃｏｓを演算し、さらにこれの４象限逆正接を演算して角度値として出力する。またここで制御部１１は、サンプリング・タイミングがピーク位置からずれた場合に配慮して、サンプリング・タイミングとピーク位置とのずれ時間Δτを演算乃至測定しておき、角度値にα・Δτを加算する、サンプリング補正をおこなう。ここでαは、レゾルバの回転の電気角速度である。
【００５３】
また、制御部１１は、加速度制限処理をさらに行うのも好ましい。この場合は図９に示すような処理を実行し、Ａ／Ｄ値を取り込んで（Ｓ６１）、θ０を４象限逆正接の演算結果（又はサンプリング補正後の値）としておき、例えば前回の加速度制限処理後の角度値θを、θｏｌｄとして記憶して、速度ｄθ０＝θ０−θｏｌｄを求め、また、前回の加速度制限処理後の角速度値ｄθｏｌｄも記憶しておいて、加速度Ａｃｃ０＝ｄθ０−ｄθｏｌｄを求める（Ｓ６２）。
【００５４】
そしてＡｃｃ０の絶対値が予め定めた加速度範囲の値ＡｃｃＬＩＭより小さいか否かを判断し（Ｓ６３）、小さいならば（Ｙｅｓならば）、角度値θ０、角速度値ｄθ０、加速度値Ａｃｃ０を、そのまま出力対象となる角度値θ、角速度値ｄθ、加速度値Ａｃｃとして（Ｓ６４）、処理を終了する。また、処理Ｓ６３において、Ａｃｃ０の絶対値が予め定めた加速度範囲の値ＡｃｃＬＩＭ以上の場合（Ｎｏの場合）は、
【数２２】
ｄθ＝ｄθｏｌｄ＋ＡｃｃＬＩＭ
θ＝θｏｌｄ＋ｄθ
Ａｃｃ＝ＡｃｃＬＩＭ
として設定し（Ｓ６５）、処理を終了する。そして制御部１１は、これら設定した角度値θ、角速度値ｄθ、加速度値Ａｃｃを出力する。
【００５５】
さらに制御部１１は、サンプリング・タイミングの調整処理を行ってもよい。例えば制御部１１は、電源投入時に、図４に示したのと同様の処理を行ってサンプリング・タイミングの調整を行う。なお、本実施の形態では、ＶｓｉｎとＶｃｏｓとを並列的に処理できるので、これらを同じタイミングで一斉に取得し（ΔＴだけまたずに）処理を行う。モータ動作時には、モータが停止したことを検出して、この処理を行うようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレゾルバの信号処理装置の構成ブロック図である。
【図２】サンプリング補正処理の原理を説明するための図である。
【図３】加速度制限処理の一例を表すフローチャート図である。
【図４】サンプリング・タイミングの調整処理の一例を表すフローチャート図である。
【図５】サンプリング・タイミングの調整処理の別の例での動作状況を説明するための図である。
【図６】サンプリング・タイミングの調整処理の一例を表すフローチャート図である。
【図７】動作中のサンプリング・タイミングの調整処理の一例を表すフローチャート図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るレゾルバの信号処理装置の構成ブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るレゾルバの信号処理装置における加速度制限処理の一例を表すフローチャート図である。
【図１０】従来のレゾルバの信号処理装置の構成ブロック図である。
【符号の説明】
１　レゾルバ、１１　制御部、１２　ＲＯＭ、１３　フィルタ、１４　バッファ、１５　Ａ／Ｄ変換器。

Claims

測定対象となった回転体の回転角を２相の正弦波変調信号に基づいて出力するレゾルバの信号処理装置であって、
前記レゾルバから出力される２相信号について、前記回転体が実質的に停止している間に規定される２相信号の振幅ピーク発生時刻を挟んだ所定のタイミングで、前記２相信号の各相の信号をそれぞれサンプリングするサンプリング手段と、
前記各相の信号間のサンプリング・タイミングのずれによる誤差補正を行いつつ、サンプリングされた前記それぞれの信号に基づいて角度を演算する演算手段と、
を備えた信号処理装置。
請求項１に記載の信号処理装置において、
前記サンプリング手段は、前記振幅ピーク発生時刻を挟んで等間隔に離れた２つの時刻を所定のタイミングとして、各相の信号をそれぞれ取り込む信号処理装置。
請求項１又は２に記載の信号処理装置において、
演算した角度の値に基づき、角加速度値を演算する手段と、
前記演算された角加速度値が、予め定められた角加速度値範囲外となると、演算した角度の値を所定の演算により補正する加速度補正手段と、
を備えた信号処理装置。
２相の正弦波変調信号に基づいて角度を演算して出力するレゾルバの信号処理装置であって、
演算した角度の値に基づき、角加速度値を演算する手段と、
前記演算された角加速度値が、予め定められた角加速度値範囲外となると、演算した角度の値を所定の演算により補正する加速度補正手段と、
を備えた信号処理装置。
測定対象となった回転体の回転角を２相の正弦波変調信号に基づいて出力するレゾルバの信号処理方法であって、
前記レゾルバから出力される２相信号について、前記回転体が実質的に停止している間に規定される２相信号の振幅ピーク発生時刻を挟んだ所定のタイミングで、前記２相信号の各相の信号をそれぞれサンプリングする工程と、
前記各相の信号間のサンプリング・タイミングのずれによる誤差補正を行いつつ、サンプリングされた前記それぞれの信号に基づいて角度を演算する工程と、
を備えた信号処理方法。
２相の正弦波変調信号に基づいて角度出力するレゾルバの信号処理方法であって、
演算した角度の値に基づき、角加速度値を演算する工程と、
前記演算された角加速度値が、予め定められた角加速度値範囲外となると、演算した角度の値を所定の演算により補正する工程と、
を備えた信号処理方法。
測定対象となった回転体の回転角を２相の正弦波変調信号に基づいて出力するレゾルバの信号処理プログラムであって、コンピュータに、
前記レゾルバから出力される２相信号について、前記回転体が実質的に停止している間に規定される２相信号の振幅ピーク発生時刻を挟んだ所定のタイミングで、前記２相信号の各相の信号をそれぞれサンプリングする手順と、
前記各相の信号間のサンプリング・タイミングのずれによる誤差補正を行いつつ、サンプリングされた前記それぞれの信号に基づいて角度を演算する手順と、
を実行させる信号処理プログラム。
２相の正弦波変調信号に基づいて角度出力するレゾルバの信号処理プログラムであって、コンピュータに、
演算した角度の値に基づき、角加速度値を演算する手順と、
前記演算された角加速度値が、予め定められた角加速度値範囲外となると、演算した角度の値を所定の演算により補正する手順と、
を実行させる信号処理プログラム。