JP2005315840A - レゾルバ/デジタル変換器及びこれを用いた制御システム - Google Patents
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Abstract
レゾルバから出力される信号、あるいはレゾルバに入力される信号が遮断される等の信号波形の異常に関する故障の検出を行うことのできるレゾルバ/デジタル変換器を提供する。
【解決手段】
レゾルバ5とレゾルバ/デジタル変換部2と励磁信号生成部3を備え、励磁信号生成部3において生成した励磁信号をレゾルバ5に入力し、レゾルバ5から出力されるレゾルバ信号をレゾルバ/デジタル変換部2に入力するレゾルバ/デジタル変換器であって、励磁信号生成部3から出力される励磁信号を入力して変換トリガ信号を生成出力する変換トリガ生成部4と、変換トリガ生成部4から出力される変換トリガ信号によってレゾルバ5から出力されるレゾルバ信号をデジタル値に変換するA/D変換器11と、A/D変換器
11から出力されるデジタル値に基づいて故障状態を検出する誤り検出機能12とを設けて構成する。
【選択図】図1
Description
http://www.tamagawa-seiki.co.jp/ctl/1591n2j.pdf(非特許文献1))。本文献によるレゾルバ/デジタル変換器では回転角の推定値φにより生成されたsin(φ),cos(φ)と入力信号との演算を行った結果の残差εにより回転角の推定値φに修正を加えるというフィードバックループを形成して、回転角の推定値φを実際の回転角θに収束させる。本方式ではさらに、残差εがある値を超えると故障発生としてマイクロコンピュータに通知する機能を有している。
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レゾルバの故障を検出している。
(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
(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
しかし、特許文献2による方法は以下の点でさらに考慮の余地がある。
(i)演算の簡単さ
三角関数(sin cos)の値からθを求めるに際しての演算負荷が大きい上、θの領域の境界をまたいでの判定に工夫が求められる。例えば、一方のθの値が1°で、他方のθの値が359°である場合には両者の差は2°と判定しなければならない。
(ii)デザインダイバーシティ
冗長にθを求めるプロセスが両者とも、sin成分,cos成分の信号からθを求めるという極めて似通ったプロセスである。そのため、両者に共通の設計上の誤り、または系統的な誤差が付きまといやすい。特に安全性を重視する用途では、デザインダイバーシティ,n−バージョン化の概念の導入が望ましい。
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非特許文献1による方法が考えられる。なお、非特許文献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いる。
Ysin=k・sin(θ)・Vref
Ycos=k・cos(θ)・Vref
となる。
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。
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。
cos(θ)=Ycos/[SQRT(Ysin^2+Ycos^2)・Vref]
以上のようにして求めたsin(θ),cos(θ)と角度の推定値φに基づき演算121で求めたsin(φ),cos(φ)とを比較機能123で比較し、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。この方法によりレゾルバ/デジタル変換部の故障を検出することができる。
以上のようにして求めたtan(θ)と角度の推定値φに基づき演算125で求めたtan(φ)とを比較機能123で比較し、こ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。この方法によりレゾルバ/デジタル変換部の故障を検出することができる。
θ2=acos(cos(θ)
θ3=atan(tan(θ))
この方法によりレゾルバからの信号の合理性をチェックすることができ、レゾルバ自身の故障を検出することができる。
11に入力される。相間短絡が発生した場合でも、レゾルバ/デジタル変換部2では相間短絡の影響を受けることなくレゾルバ信号Ysin,Ycosに基づき角度の推定値φが出力される。一方、A/D変換器11への入力は相間短絡の影響を受けるため、A/D変換器
11への入力を誤り検出機能12によりモニタすることにより相間短絡の発生を検出することができる。相間短絡が発生した場合には、相間短絡の影響を受けないレゾルバ/デジタル変換部2に入力される信号波形と相間短絡の影響を受けるA/D変換器11に入力される信号波形が異なるため、信号波形に基づく三角関数の値、または角度の推定値が異なるために相間短絡を検出することができる。誤り検出機能12での検出方法は図7〜図9に示す方法がそのまま使える。
101または差動信号として入力する差動入力手段103に相当する。レゾルバ/デジタル変換部2では差動増幅器21,22で受けることによりレゾルバ信号Ysin,Ycosを差動信号として入力することができ、マイクロコンピュータ1のA/D変換器11の前段にも差動増幅器51,52を前置することによりレゾルバ信号Ysin,Ycosを差動信号として入力することができる。さらにコモンモード入力手段102を構成するR1とR2,
R3とR4それぞれによりレゾルバ信号Ysin,Ycosのコモンモード成分が加算され、ノーマルモード成分が相殺されて演算増幅器61,62からはレゾルバ信号Ysin,Ycosのコモンモード成分が出力される。
Vo=Rf/Ri(Vinp−Vinn)+Vb1
スイッチSWが閉じているとき、
Vo=Rf/Ri(Vb1−Vinn)+Vb1
従って、スイッチSWが開いているときには差動入力として動作し、スイッチSWが閉じているときにはシングルエンド入力として動作する。即ち、スイッチSWを開閉することにより、差動入力,シングルエンド入力を切り替えることができる。
また、図20のCを仮想的にショートすれば交流領域での等価回路となる。この等価回路での入出力の関係は次式のとおりとなる。
以上により交流領域では差動入力として動作し、直流領域ではシングルエンド入力として動作することがわかる。従って本実施例により図29の周波数特性を実現することができ、相間短絡検出機能とノイズ耐性とを両立させることができる。
一方、直流領域では、コンデンサCがあるため入力されたVinpは分圧されずにそのままオペアンプの+入力端子に印加され、オペアンプの−入力端子がVinpとなるように
Voが制御される。
Vinp=(Rf・Vinn+Ri・Vo)/(Ri+Rf)
直流領域ではVinp=Vinnであるため
Vo=Vinp
となる。
(バイアス電圧)が理想値(たとえば2.5V )からずれて、信号の上端下端で飽和による波形クリップが生じて最大振幅が制限されることを防ぐための実施例である。本実施例では、バイアス印加回路107でYsin,Ycos信号に異なる中心電圧(バイアス電圧)を印加する。次にバイアス補正回路108で、補正バイアスを加えて中心電圧(バイアス電圧)を理想値(たとえば2.5V )に補正した信号をレゾルバ/デジタル変換部2に前置されるノーマルモード入力手段101または差動入力手段103に入力する。従って、相間短絡が発生していない場合にはレゾルバ/デジタル変換部2へ入力されるYsin,Ycos信号は所定の異なる中心電圧(バイアス電圧)を印加された後に補正されるため、理想値(たとえば2.5V )を中心電圧(バイアス電圧)とする信号となる。相間短絡が発生した場合にはYsin,Ycos信号に印加される中心電圧(バイアス電圧)は所定の値からずれるため、レゾルバ/デジタル変換部2へ入力されるYsin,Ycos信号も理想値(たとえば2.5V )からずれた値を中心電圧(バイアス電圧)とする信号となり、相間短絡の発生を検出することができる。
104の入力電圧範囲が狭い場合には同様にしてコモンモード入力手段102またはシングルエンド入力手段104の前にバイアス補正回路108をおけばよい。
1/(2πC1・Ri)<frez<1/(2πC2・Ri)
とすると、周波数の極めて低い、即ちf≪1/(2πC1・Ri)となる周波数領域ではオペアンプの+入力側も−入力側もカットされ、
Vo=Vb2
となる。
の範囲では、オペアンプの+入力側がカットされるため
Vo=Rf・(Vb2−Vinn)/Ri+Vb2
とシングルエンド動作となる。
Vo=Rf・(Vinp−Vinn)/Ri+Vb2
と差動動作となる。
(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ならびに誤り検出機能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。
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ならびに誤り検出機能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。
410−iに基づいてクラッチ214を断続させる実施例である。ON/OFF信号410−iがONの時にはクラッチ214が締結され、モータ210を駆動することによりその出力が出力シャフトを介して出力される。ON/OFF信号410−iがOFFの時にはクラッチ214が開放され、モータ210の出力が出力されなくなる。
200−2〜4,信頼度順位判定部400−2〜4で重度の障害が発生した場合でも同様である。
Claims (20)
- レゾルバと、
前記レゾルバが出力したレゾルバ信号を受け取るレゾルバ/デジタル変換部と、
励磁信号を生成し、該励磁信号を前記レゾルバへ出力する励磁信号生成部と、
前記励磁信号から変換トリガを生成する変換トリガ生成部と、
前記変換トリガにより前記レゾルバ信号をデジタル値に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器により故障を検出する演算部とを有することを特徴とするレゾルバ/デジタル変換器。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記変換トリガ生成部は、前記励磁信号生成部から出力された前記励磁信号と基準電圧とを比較して、前記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。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記変換トリガ生成部は、前記励磁信号生成部から出力された前記励磁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に前記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。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記変換トリガ生成部は、前記励磁信号生成部から出力された前記励磁信号のピークを検出して前記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。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記変換トリガ生成部は、前記励磁信号生成部から出力された前記励磁信号の移相回路で位相を遅らせた後、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に前記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。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記演算部は、前記A/D変換器の前記デジタル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。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記演算部は、前記A/D変換器の前記デジタル値に基づき正弦及び余弦または正接の値を演算し、演算された該正弦及び余弦または正接の値から対応する角度をそれぞれ演算し、該それぞれの角度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。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記レゾルバ/デジタル変換器は、前記レゾルバ信号のコモンモード成分を入力する手段と、該レゾルバ信号のノーマルモード成分を入力する手段とを有することを特徴とするレゾルバ/デジタル変換器。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記レゾルバ/デジタル変換器は、前記レゾルバ信号を差動で入力する手段と、該レゾルバ信号をシングルエンドで入力する手段とを有することを特徴とするレゾルバ/デジタル変換器。 - レゾルバと、
前記レゾルバが出力したレゾルバ信号を受け取るレゾルバ/デジタル変換部と、
励磁信号を生成し、該励磁信号を前記レゾルバへ出力する励磁信号生成部と、
前記励磁信号から変換トリガを生成する変換トリガ生成部と、
前記レゾルバ/デジタル変換部が出力した角度推定値を受け取るマイクロコンピュータと、
前記マイクロコンピュータの内部に設けられ、前記変換トリガにより前記レゾルバ信号をデジタル値に変換するA/D変換器と、
前記マイクロコンピュータの内部に設けられ、前記A/D変換器により故障を検出する演算部とを有することを特徴とするレゾルバ/デジタル変換器。 - 請求項10記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記レゾルバ/デジタル変換部は、前記マイクロコンピュータに誤り検出信号を出力することを特徴とするレゾルバ/デジタル変換器。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器において、
前記レゾルバ及び前記レゾルバ/デジタル変換部が2重化されていることを特徴とするレゾルバ/デジタル変換器。 - 請求項1記載のレゾルバ/デジタル変換器による角度の推定値に基づき、前記演算部がモータに流す電流値を演算し、該電流値に基づき該モータに電流を供給し、該モータの出力軸が制御対象と共に前記レゾルバに接続されていることを特徴とするモータ制御装置。
- 請求項13記載のモータ制御装置は、前記制御対象が操舵機構であることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 請求項13記載のモータ制御装置は、前記制御対象がステアリングコラム及びステアリング機構であることを特徴とするステアバイワイヤ制御装置。
- 請求項14記載の電動パワーステアリング装置において、
トルクセンサにより操舵トルクを検出し、該操舵トルクに応じて操舵力を補助する電動パワーステアリング装置において、
前記トルクセンサが検出した該操舵トルクがあらかじめ定められたしきい値を超えるときには操舵力補助を停止することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項16記載の電動パワーステアリング装置において、
前記トルクセンサが検出した前期操舵トルクがあらかじめ定められた時間以上前記しきい値を超えるときには操舵力補助を停止することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 請求項16記載の電動パワーステアリング装置において、
前記しきい値が車速により変化することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 少なくとも2つ以上のサブシステムを有し、
該サブシステムは制御信号と診断結果を出力する制御器と、
複数のサブシステムの制御器からの該診断結果に基づきON/OFF信号を出力する信頼度順位判定部と、
該制御信号と該ON/OFF信号に基づき、制御対象に作用を及ぼすアクチュエータから構成され、
該診断結果は制御器の障害の軽重の情報を含み、
該信頼度順位判定部は、自サブシステムの制御器の障害が他サブシステムの制御器の障害よりも軽い場合には、該アクチュエータの動作を有効にするON/OFF信号を出力し、自サブシステムの制御器の障害が他サブシステムの制御器の障害よりも重い場合には、該アクチュエータの動作を無効にするON/OFF信号を出力することを特徴とする制御器。 - 請求項19記載の第1及び第2の制御器を有し、
第1の制御器が車両の右前、及び右後のブレーキを制御し、
第2の制御器が車両の左前、及び左後ろのブレーキを制御するこことを特徴とする車両運動制御システム。
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