JP2005114442A - Resolver/digital converter with failure detection function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレゾルバ/デジタル変換器にかかり、特に故障検出機能を有するレゾルバ/デジタル変換器または、レゾルバ/デジタル変換器の故障検出機能に関する。 The present invention relates to a resolver / digital converter, and more particularly to a resolver / digital converter having a failure detection function or a failure detection function of a resolver / digital converter.
サーボ制御系では回転角を検出しフィードバック制御を実施するために回転角度センサが必要である。またブラシレスモータ制御においてはモータの回転角に応じてモータのコイルに電流を通電させる必要があるために、サーボ制御系に限らず回転角度センサが必要である。回転角度センサとして従来からレゾルバが、その単純な構成に起因する堅牢さ、耐環境性から広く用いられている。 In the servo control system, a rotation angle sensor is necessary to detect the rotation angle and perform feedback control. Further, in brushless motor control, since it is necessary to energize the motor coil in accordance with the rotation angle of the motor, a rotation angle sensor is required in addition to the servo control system. Conventionally, resolvers have been widely used as rotation angle sensors because of their robustness and environmental resistance resulting from their simple structure.
また電動パワーステアリング,x-by-wire特にsteer-by-wire,fly-by-wireなどに適用するサーボ制御系では安全性,信頼性が要求されるために、故障検出機能が要求される。 In addition, a servo control system applied to electric power steering, x-by-wire, particularly steer-by-wire, fly-by-wire, etc. requires safety and reliability, and therefore requires a failure detection function.
また、レゾルバからの信号に基づき回転角に変換し、デジタルデータとしてマイクロコンピュータ等に入力するためのレゾルバ/デジタル変換器が開発されている。 Further, a resolver / digital converter has been developed for converting into a rotation angle based on a signal from a resolver and inputting it into a microcomputer or the like as digital data.
また、特許文献1によればsin(θ)^2+cos(θ)^2=1というレゾルバの出力である三角関数の性質を利用して故障を検出している。
According to
上記従来技術によれば、レゾルバからのあるいはレゾルバへの信号が断線すると、レゾルバからの信号が異常となりsin(θ),cos(θ)の間の関係が成立しなくなるため
sin(θ)^2+cos(θ)^2の値が1よりはずれるため故障として検出しマイクロコンピュータに通知することが可能となる。しかし本方式で検出できる故障はレゾルバからのあるいはレゾルバへの信号が断線したりする信号波形の異常に関する故障のみであり、θを求めるプロセスであるレゾルバデジタル変換機能自体の故障は検出の対象外である。
According to the above prior art, if the signal from the resolver or to the resolver is disconnected, the signal from the resolver becomes abnormal and the relationship between sin (θ) and cos (θ) is not established.
Since the value of sin (θ) ^ 2 + cos (θ) ^ 2 deviates from 1, it can be detected as a failure and notified to the microcomputer. However, the failure that can be detected by this method is only a failure related to the abnormal signal waveform that the signal from the resolver to or to the resolver is disconnected. is there.
また、マイクロコンピュータに通知することができる故障は以下のとおりである。 The faults that can be notified to the microcomputer are as follows.
(1)レゾルバからのあるいはレゾルバへの信号が断線したりする信号波形の異常に関 する故障
(2)故障(1)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能の故障
(3)レゾルバからの信号に基づきθを求めるプロセスであるレゾルバデジタル変換機 能自体の故障
したがって、
(4)故障(3)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能の故障
は検出されないことになりさらに考慮が必要である。
(1) Failure related to signal waveform abnormality that the signal from or to the resolver is disconnected (2) Failure of the function that detects the failure (1) and notifies it to the microcomputer (3) The signal from the resolver Failure of resolver digital conversion function itself, which is a process for obtaining θ based on
(4) The failure of the function for detecting the failure (3) and notifying the microcomputer is not detected, and further consideration is required.
本発明は故障(1)〜(4)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a function of detecting failures (1) to (4) and notifying a microcomputer.
上記目的を実現するために本発明では、レゾルバに入力する励磁信号に同期して、レゾルバからの信号をマイクロコンピュータに取り込む手段を付加し、該手段によりマイクロコンピュータに取り込んだデータを処理して故障を検出する。 In order to achieve the above object, in the present invention, means for adding a signal from the resolver to the microcomputer is added in synchronization with the excitation signal input to the resolver, and the data acquired by the microcomputer is processed by the means to cause a failure. Is detected.
本発明により、レゾルバデジタル変換器と比べて簡単な回路により
(1)レゾルバからのあるいはレゾルバへの信号が断線したりする信号波形の異常に関 する故障
(2)故障(1)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能の故障
(3)レゾルバからの信号に基づきθを求めるプロセスであるレゾルバデジタル変換機 能自体の故障
に加えて
(4)故障(3)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能の故障
を検出することができる。
According to the present invention, a simple circuit compared to a resolver digital converter (1) Fault related to abnormal signal waveform, such as signal disconnection from or to resolver (2) Fault (1) is detected and detected Failure of the function to notify the computer (3) In addition to the failure of the resolver digital conversion function itself, which is a process for obtaining θ based on the signal from the resolver, (4) Function of detecting the failure (3) and notifying the microcomputer A failure can be detected.
以下図に従って本発明の実施例について説明を加える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の基本的な実施例である。 FIG. 1 shows a basic embodiment of the present invention.
励磁信号生成部3で生成された励磁信号f(t)はレゾルバ5に入力される。励磁信号
f(t)は一般にA・sin(ωt)などの三角関数が用いられることが多い。ただしAは振幅、ωは角速度で、周波数をfとするとω=2πfで表される。レゾルバ5からはレゾルバ信号Ysin,Ycosが出力される。レゾルバ信号Ysin,Ycosはレゾルバの回転角をθとするとそれぞれ
Ysin=k・sin(θ)・f(t)
Ycos=k・cos(θ)・f(t)
ただしk:ゲイン
で表される。レゾルバデジタル変換部2ではレゾルバ信号Ysin,Ycosに基づき角度の推定値φが出力される。また誤り検出信号も角度の推定値φとともにレゾルバデジタル変換部2からマイクロコンピュータ1に入力される。なおレゾルバデジタル変換部2は様々な実施例が考えられるが、代表的なものとして文献1による方法が考えられる。なお、文献1によるものはレゾルバデジタル変換部2と励磁信号生成部3とが同一チップに内蔵されてる。
The excitation signal f (t) generated by the
Ycos = k · cos (θ) · f (t)
However, k is represented by gain. The resolver
以上は従来技術によるレゾルバデジタル変換部と同一であるが、本発明による実施例ではさらに、変換トリガ生成部で励磁信号f(t)に基づいて変換トリガが生成され、該変換トリガによりA/D変換器11によりレゾルバ信号Ysin,Ycosがデジタル信号に変換され、誤り検出機能12により故障による誤りを検出する。
The above is the same as the conventional resolver digital conversion unit. However, in the embodiment according to the present invention, the conversion trigger generation unit further generates a conversion trigger based on the excitation signal f (t), and the conversion trigger generates an A / D signal. The resolver signals Ysin and Ycos are converted into digital signals by the
変換トリガ生成部4は様々な実施例が考えられる。例えば図2は電圧比較器41で励磁信号f(t) を基準電圧(Vref)42と比較する変換トリガ生成部4の実施例である。本実施例によれば励磁信号f(t)がにレゾルバ信号Ysin,YcosがA/D変換されるため、f(t)=Vrefとすると変換時点でのレゾルバ信号Ysin,Ycosはそれぞれ
Ysin=k・sin(θ)・VrefVrefとなった時刻
Ycos=k・cos(θ)・Vref
となる。したがって、sin(θ),cos(θ)は次式により求められる。
Various embodiments of the conversion
It becomes. Accordingly, sin (θ) and cos (θ) are obtained by the following equations.
sin(θ)=Ysin/[SQRT(Ysin^2+Ycos^2)・Vref]
cos(θ)=Ycos/[SQRT(Ysin^2+Ycos^2)・Vref]
以上のようにしていられたsin(θ),cos(θ)と角度の推定値φに基づくsin(φ),
cos(φ)との差が許容範囲内であれば正常とみなし、許容範囲外であれば故障と判定できる。
sin (θ) = Ysin / [SQRT (Ysin ^ 2 + Ycos ^ 2) · Vref]
cos (θ) = Ycos / [SQRT (Ysin ^ 2 + Ycos ^ 2) · Vref]
Sin (φ) based on sin (θ), cos (θ) and estimated angle φ
If the difference from cos (φ) is within the allowable range, it is considered normal, and if it is out of the allowable range, it can be determined as a failure.
また次式tan(θ)を求め、角度の推定値φに基づくtan(φ)との差が許容範囲内であれば正常とみなし、許容範囲外であれば故障と判定できる。 Further, the following equation tan (θ) is obtained, and if the difference from tan (φ) based on the estimated angle φ is within the allowable range, it is regarded as normal, and if it is out of the allowable range, it can be determined as a failure.
tan(θ)=sin(θ)/cos(θ)
図3は電圧比較器41で励磁信号f(t)を0Vと比較しゼロクロス点を検出し、tdelay遅らせる遅延回路43で遅延させる実施例である。励磁信号をf(t)=A・sin(ωtdelay)とすると変換時点でのレゾルバ信号Ysin,Ycosはそれぞれ
Ysin=k・sin(θ)・A・sin(ωtdelay)
Ycos=k・cos(θ)・A・sin(ωtdelay)
となり、図2の実施例と同様にsin(θ),cos(θ),tan(θ)が求められ、角度の推定値φに基づくsin(φ),cos(φ),tan(φ) との差が許容範囲内であれば正常とみなし、許容範囲外であれば故障と判定できる。なおレゾルバ信号Ysin,Ycosを最も大きくしてS/N比を向上させる見地からωtdelay=π/2即ちtdelay=π/2ωとするのが好ましい。なお、本実施例ではtdelay遅らせる遅延回路43をマイクロプロセッサ内のタイマで実現することも可能であり、外付け部品を大幅に削減することができる。
tan (θ) = sin (θ) / cos (θ)
FIG. 3 shows an embodiment in which the
Ycos = k ・ cos (θ) ・ A ・ sin (ωtdelay)
As in the embodiment of FIG. 2, sin (θ), cos (θ), tan (θ) are obtained, and sin (φ), cos (φ), tan (φ) based on the estimated angle φ If the difference is within the allowable range, it is regarded as normal, and if it is outside the allowable range, it can be determined as a failure. Note that it is preferable to set ωtdelay = π / 2, that is, tdelay = π / 2ω from the viewpoint of increasing the resolver signals Ysin and Ycos to maximize the S / N ratio. In this embodiment, the delay circuit 43 for delaying tdelay can be realized by a timer in the microprocessor, and the number of external components can be greatly reduced.
図4は変換トリガ生成部4をピーク検出回路44とした実施例である。ピーク検出回路44の実現手段としては、励磁信号f(t)を微分してセロとなる時刻を求める方法、順次ピークを更新しながらホールドしてゆき、現在値がピークホールド値以下となった時刻をピークの時刻とする方法などが上げられる。
FIG. 4 shows an embodiment in which the conversion
本実施例によれば変換時点でのレゾルバ信号Ysin,Ycosはそれぞれ
Ysin=k・sin(θ)・A
Ycos=k・cos(θ)・A
となり、図2,図3の実施例と同様にsin(θ),cos(θ),tan(θ) が求められ、角度の推定値φに基づくsin(φ),cos(φ),tan(φ) との差が許容範囲内であれば正常とみなし、許容範囲外であれば故障と判定できる。
According to this embodiment, the resolver signals Ysin and Ycos at the time of conversion are respectively Ysin = k · sin (θ) · A
Ycos = k ・ cos (θ) ・ A
2, sin (θ), cos (θ), tan (θ) are obtained in the same manner as in the embodiments of FIGS. 2 and 3, and sin (φ), cos (φ), tan ( If the difference from φ) is within the allowable range, it is considered normal, and if it is outside the allowable range, it can be determined as a failure.
図5は図2〜図4の各実施例によるレゾルバ信号Ysin,Ycosの変換タイミングを示した図である。横軸は時刻、縦軸はレゾルバ信号Ysin,Ycos、励磁信号f(t)の振幅である。図2の実施例によれば、励磁信号f(t)がVref となった時刻、即ち点Aでレゾルバ信号Ysin,Ycosが変換される。図3の実施例では励磁信号f(t)のゼロクロス点から
tdelay経った時刻即ちB点で変換される。tdelay=π/(4ω)とすると信号のピークで変換されるためS/N比を向上させる見地から最適である。図4の実施例によれば、励磁信号f(t)がピークとなった時刻にYsin,Ycosが変換される。
FIG. 5 is a diagram showing the conversion timing of the resolver signals Ysin and Ycos according to the respective embodiments of FIGS. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the resolver signals Ysin and Ycos and the amplitude of the excitation signal f (t). According to the embodiment of FIG. 2, the resolver signals Ysin and Ycos are converted at the time when the excitation signal f (t) becomes Vref, that is, at the point A. In the embodiment of FIG. 3, from the zero cross point of the excitation signal f (t).
Conversion is performed at the time tdelay, that is, at point B. When tdelay = π / (4ω), the signal is converted at the peak of the signal, which is optimal from the viewpoint of improving the S / N ratio. According to the embodiment of FIG. 4, Ysin and Ycos are converted at the time when the excitation signal f (t) reaches its peak.
以上述べた実施例によれば図6に示すように、
(1)レゾルバからのあるいはレゾルバへの信号が断線したりする信号波形の異常に関 する故障
はレゾルバデジタル変換部2に備えられた故障検出機能に加えて本発明の提供する誤り検出機能12により検出できる。また、故障(1)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能はレゾルバデジタル変換部2ならびに検出機能12に冗長に備わっているため、
(2)故障(1)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能の故障
も、一方が故障しても他方の機能により検出することができる。
According to the embodiment described above, as shown in FIG.
(1) A fault related to a signal waveform abnormality that a signal from or to the resolver is disconnected is detected by an
(2) The failure of the function for detecting the failure (1) and notifying the microcomputer can be detected by the other function even if one fails.
(3)レゾルバからの信号に基づきθを求めるプロセスであるレゾルバデジタル変換機能自体の故障
はレゾルバデジタル変換部2に備えられた故障検出機能に加えて本発明の提供する誤り検出機能12により検出できる。また、故障(3)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能はレゾルバデジタル変換部2ならびに検出機能12に冗長に備わっているため、
(4)故障(3)を検出しマイクロコンピュータに通知する機能の故障
も、一方が故障しても他方の機能により検出することができる。
(3) A failure in the resolver digital conversion function itself, which is a process for obtaining θ based on a signal from the resolver, can be detected by the
(4) The failure of the function for detecting the failure (3) and notifying the microcomputer can be detected by the other function even if one of them fails.
以上のべた実施例によればレゾルバ及びレゾルバデジタル変換器の故障を検出でき、電動パワーステアリングなどの用途には故障が検出された場合には電動アシストを停止する処置をとることによりフェールセーフな動作を確保することができる。またx-by-wire 特にsteer-by-wire,fly-by-wireではシステムの動作停止が許されないため故障が発生しても操作を継続できるフォールトトレランスが要求される。そこで図7のようにレゾルバ5−1,5−2及びレゾルバデジタル変換部2−1,2−2を2重化し、誤り検出機能12と組み合わせれば実質的に3重化システムとなりフォールトトレランスが実現できる。2重化したレゾルバ5−1,5−2及びレゾルバデジタル変換部2−1,2−2のうち一方に故障が発生した場合には、レゾルバデジタル変換部2−1,2−2に備えられている故障検出機能に加えて、誤り検出機能12により検出でき、故障した部位が特定できる。続いて2重化したレゾルバ5−1,5−2及びレゾルバデジタル変換部2−1,2−2のうち故障が発生していない側を用いて動作を継続することができる。またマイクロコンピュータ1も多重化すればさらに望ましい。
According to the above embodiments, the failure of the resolver and the resolver digital converter can be detected, and for applications such as electric power steering, when the failure is detected, the operation is stopped by stopping the electric assist. Can be secured. Also, x-by-wire, especially steer-by-wire and fly-by-wire, does not allow the system to stop operating, so fault tolerance is required to continue operation even if a failure occurs. Therefore, as shown in FIG. 7, the resolvers 5-1 and 5-2 and the resolver digital conversion units 2-1 and 2-2 are duplicated and combined with the
図8は本発明が提供するモータ制御系の実施例である。マイクロコンピュータ1はレゾルバデジタル変換部2からの角度の推定値φに基づきモータへの駆動指令をPWM信号を生成するタイマ6に出力する。タイマ6ではマイクロコンピュータ1からの指令に基づき、所定のデューティサイクルのPWM信号を生成し、その波形に従ってモータドライバ7によりモータ8をドライブする。モータ8の出力軸は制御対象9に接続され制御対象9を動かすとともにレゾルバ5に接続され回転角度が計測され、マイクロコンピュータ1に入力される。
FIG. 8 shows an embodiment of a motor control system provided by the present invention. The
なお電動パワーステアリング制御装置では、制御対象9がステアリング系全体となる。またステアバイワイヤ制御装置では制御対象9がステアリングコラム及びステアリング機構(舵取り機構)となる。 In the electric power steering control device, the control target 9 is the entire steering system. In the steer-by-wire control device, the control target 9 is a steering column and a steering mechanism (steering mechanism).
1…マイクロコンピュータ、2…レゾルバデジタル変換部、3…励磁信号生成部、4…変換トリガ生成部、5…レゾルバ、11…A/D変換器、12…誤り検出機能。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該励磁信号生成部が生成した励磁信号を該レゾルバに入力し、
該レゾルバから出力されたレゾルバ信号を該レゾルバデジタル変換部に入力するレゾルバデジタル変換器であって
変換トリガ生成部とA/D変換器と演算手段を有し、
該変換トリガ生成部は該励磁信号から変換トリガを生成し、該変換トリガによりA/D変換器はレゾルバ信号をデジタル値に変換し、演算手段において該A/D変換値により故障を検出することを特徴とするレゾルバデジタル変換器。 A resolver, a resolver digital converter, and an excitation signal generator;
The excitation signal generated by the excitation signal generator is input to the resolver,
A resolver digital converter for inputting a resolver signal output from the resolver to the resolver digital conversion unit, comprising a conversion trigger generation unit, an A / D converter, and an arithmetic means.
The conversion trigger generation unit generates a conversion trigger from the excitation signal, and the A / D converter converts the resolver signal into a digital value by the conversion trigger, and a failure is detected by the A / D conversion value in the arithmetic means. Resolver digital converter characterized by
前記該変換トリガ生成部は入力されたレゾルバ信号と基準電圧とを比較して変換トリガを生成することを特徴とするレゾルバデジタル変換器。 The resolver digital converter according to claim 1,
The conversion trigger generator generates a conversion trigger by comparing an input resolver signal with a reference voltage.
前記該変換トリガ生成部は入力されたレゾルバ信号のゼロクロスを検出し、該ゼロクロスより所定の遅延時間後を変換トリガとすることを特徴とするレゾルバデジタル変換器。 The resolver digital converter according to claim 1,
The resolver digital converter, wherein the conversion trigger generation unit detects a zero cross of an input resolver signal and uses a conversion delay after a predetermined delay time from the zero cross.
前記該変換トリガ生成部は入力されたレゾルバ信号のピークを検出し、変換トリガとすることを特徴とするレゾルバデジタル変換器。 The resolver digital converter according to claim 1,
The resolver digital converter characterized in that the conversion trigger generation unit detects a peak of an input resolver signal and uses it as a conversion trigger.
前記演算手段では前記A/D変換値に基づき正弦及び余弦または正接の値を演算し、前記レゾルバデジタル変換部により得られた角度の推定値の正弦及び余弦または正接の値との差が所定の値を超える場合に故障と判定することを特徴とするレゾルバデジタル変換器。 The resolver digital converter according to claim 1,
The calculation means calculates sine and cosine or tangent values based on the A / D conversion values, and the difference between the estimated sine and cosine or tangent values obtained by the resolver digital converter is a predetermined value. A resolver digital converter characterized by determining a failure when exceeding a value.
前記レゾルバ及び善意レゾルバデジタル変換部を2重化して有することを特徴とするレゾルバデジタル変換器。 The resolver digital converter according to claim 1,
A resolver digital converter comprising the resolver and a bona fide resolver digital conversion unit in a duplex manner.
The motor control device according to claim 7, wherein the control target is a steering column and a steering mechanism (steering mechanism).
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