JP2009089494A - 回転機の制御装置、制御システムおよび制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クロック出力回路23は、三角波に同期してクロック信号S1を出力し、同期励磁信号形成回路8は、それを低域濾波して励磁信号S2を出力する。最新データ形成部24は、レゾルバ2からの余弦信号S3と正弦信号S4から余弦データDcと正弦データDsを生成する。第1の振幅演算部25は、連続する2回のA/D変換値に対応した余弦データDcと正弦データDsに基づいて余弦振幅Lc1と正弦振幅Ls1を得る。第2の振幅演算部28は、余弦平均値Nc、正弦平均値Nsと最新の余弦データDc、正弦データDsとの差分に基づいて余弦振幅Lc2と正弦振幅Ls2を得る。選択合成部31は、低速回転時に余弦振幅Lc1、正弦振幅Ls1を選択し、高速回転時に余弦振幅Lc2、正弦振幅Ls2を選択する。
【選択図】図1
Description
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、低コストで、且つ、低速回転時のみならず高速回転時においても正確な回転角を検出して高効率運転を可能にする回転機の制御装置、制御システムおよび制御方法を提供することにある。
レゾルバから出力される余弦信号および正弦信号に基づいて回転機の回転角を検出し、前記回転機の巻線に流れる電流をPWM制御する回転機の制御装置において、PWM周期に同期した励磁基準信号を形成し前記レゾルバに供給する基準信号形成手段と、前記レゾルバから出力される余弦信号および正弦信号を前記PWM周期に同期してA/D変換するA/D変換手段と、前記A/D変換手段による2回のA/D変換値に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の振幅を得る第1の振幅演算手段と、前記A/D変換手段による過去のA/D変換値に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の各平均値を算出し、この平均値と前記A/D変換手段による最新のA/D変換値との差に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の振幅を得る第2の振幅演算手段と、前記第1および第2の振幅演算手段により得られる各振幅を選択し合成する選択合成手段と、この選択合成手段から出力される合成された振幅に基づいて前記回転角を演算する回転角演算手段とを備えていることを特徴とする。
図1は、電気的ブロックおよび機能的ブロックを組み合わせて示すモータ制御システムの構成図で、図9と同一部分には同一符号を付している。このモータ制御システム20は、例えばハイブリッド車両における駆動モータや発電機を制御するのに好適である。制御装置21は、レゾルバ2から出力される余弦信号S3および正弦信号S4に基づいてブラシレスDCモータ1(以下、モータ1と称す)の回転角θを検出し、モータ1の巻線1u、1v、1wに流れる電流Iu、Iv、IwをPWM制御するものである。
図4は、搬送波である三角波、クロック信号S1、励磁信号S2、余弦信号S3および正弦信号S4の波形図である。クロック出力回路23は、三角波に同期してこれと同一周期のクロック信号S1を出力する。同期励磁信号形成回路8は、フィルタ作用により、方形波であるクロック信号S1から高調波成分および直流成分を除去した励磁信号S2を出力する。
余弦振幅Lc1=(Dc−Dcz)×K …(1)
正弦振幅Ls1=(Ds−Dsz)×K …(2)
Dcz=Dc …(3)
Dsz=Ds …(4)
以上のステップS8とS9が、第1の振幅演算部25(第1の振幅演算ステップ)を形成する。
余弦平均値Nc=((X−1)Nc+Dc)/X …(5)
正弦平均値Ns=((X−1)Ns+Ds)/X …(6)
余弦振幅Lc2=(Dc−Nc)×2K …(7)
正弦振幅Ls2=(Ds−Ns)×2K …(8)
以上のステップS10とS11が、第2の振幅演算部28(第2の振幅演算ステップ)を形成する。
余弦振幅Lc=P1×Lc1+P2×Lc2 …(9)
正弦振幅Ls=P1×Ls1+P2×Ls2 …(10)
[パターン1]Lc≧0 且つ Ls≧0 且つ |Lc|≧|Ls|
回転角θ=arctan(Ls/Lc) …(11)
[パターン2]Lc≧0 且つ Ls≧0 且つ |Ls|≧|Lc|
回転角θ=π/2−arctan(Lc/Ls) …(12)
[パターン3]Lc<0 且つ Ls≧0 且つ |Ls|≧|Lc|
回転角θ=π/2+arctan(Lc/Ls) …(13)
[パターン4]Lc<0 且つ Ls≧0 且つ |Lc|≧|Ls|
回転角θ=π−arctan(Ls/Lc) …(14)
[パターン5]Lc<0 且つ Ls<0 且つ |Lc|≧|Ls|
回転角θ=π+arctan(Ls/Lc) …(15)
[パターン6]Lc<0 且つ Ls<0 且つ |Ls|≧|Lc|
回転角θ=−π/2−arctan(Lc/Ls) …(16)
[パターン7]Lc≧0 且つ Ls<0 且つ |Ls|≧|Lc|
回転角θ=−π/2+arctan(Lc/Ls) …(17)
[パターン8]Lc≧0 且つ Ls<0 且つ |Lc|≧|Ls|
回転角θ=−arctan(Ls/Lc) …(18)
ここで、8パターンに区別しているのは、関数arctan(アークタンジェント)の計算においてπ/2付近の計算精度が悪いために、0〜π/4の範囲のみを使用して計算を行うためである。
回転速度ω=(θ−θz)/T …(19)
Q1∝(T/2)×ω …(20)
次に、本発明の第2の実施形態について図8を参照しながら説明する。
図8(a)、(b)は、それぞれ図7(a)、(b)に相当する図である。選択合成部31は、第1の実施形態と同様に低速回転時に余弦振幅Lc1、正弦振幅Ls1を選択する。そして、合成係数P1、P2は、選択回転速度ωp以上の速度領域で、選択合成された余弦振幅Lcおよび正弦振幅Lsを用いた場合の回転角θの演算誤差が検出許容値に等しくなるように定められている。その結果、合成係数P1は、選択回転速度ωp以下の速度領域で1となり、選択回転速度ωp以上の速度領域で徐々に減少する。また、合成係数P2は、選択回転速度ωp以下の速度領域で0となり、選択回転速度ωp以上の速度領域で徐々に増加する。
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
上記各実施形態では、回転角演算周期TをPWM周期の1/2としたが、PWM周期のn倍(nは自然数)としてもよい。
クロック信号S1は、PWM周期に同期していれば、搬送波である三角波と同一周期である必要はない。例えば、クロック信号S1を、PWM周期のn倍(nは自然数)の周期とし、それに対して余弦信号S3および正弦信号S4をA/D変換する周期を、PWM周期のn/2倍とすればよい。また、クロック信号S1を、電流制御周期を基準としてそのn倍(nは自然数)の周期にする場合、A/D変換周期は電流制御周期のn/2倍とすればよい。
第1の振幅演算部25は、今回の値と前々回(2回前)の値のように非連続の2回のA/D変換値に対応した余弦データDcおよび正弦データDsに基づいて余弦振幅Lc1および正弦振幅Ls1を演算してもよい。
回転機は発電機であってもよい。また、ブラシレスDCモータ以外のモータであってもよい。
Claims (6)
- レゾルバから出力される余弦信号および正弦信号に基づいて回転機の回転角を検出し、前記回転機の巻線に流れる電流をPWM制御する回転機の制御装置において、
PWM周期に同期した励磁基準信号を形成し前記レゾルバに供給する基準信号形成手段と、
前記レゾルバから出力される余弦信号および正弦信号を前記PWM周期に同期してA/D変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換手段による2回のA/D変換値に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の振幅を得る第1の振幅演算手段と、
前記A/D変換手段による過去のA/D変換値に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の各平均値を算出し、この平均値と前記A/D変換手段による最新のA/D変換値との差に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の振幅を得る第2の振幅演算手段と、
前記第1および第2の振幅演算手段により得られる各振幅を選択し合成する選択合成手段と、
この選択合成手段から出力される合成された振幅に基づいて前記回転角を演算する回転角演算手段とを備えていることを特徴とする回転機の制御装置。 - 前記選択合成手段は、前記回転機の回転速度に基づいた合成比により、前記第1および第2の振幅演算手段により得られる各振幅を合成することを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。
- 前記選択合成手段は、前記励磁基準信号の形成周期と前記回転機の回転速度とに基づいた合成比により、前記第1および第2の振幅演算手段により得られる各振幅を合成することを特徴とする請求項1記載の回転機の制御装置。
- 前記選択合成手段は、低速回転時に前記第1の振幅演算手段により得られる振幅を選択し、高速回転時は前記第2の振幅演算手段により得られる振幅を選択して合成することを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の回転機の制御装置。
- 回転機と、レゾルバと、このレゾルバから出力される余弦信号および正弦信号に基づいて前記回転機の回転角を検出し前記回転機の巻線に流れる電流をPWM制御する制御装置とを備えた回転機の制御システムにおいて、
前記制御装置は、
PWM周期に同期した励磁基準信号を形成し前記レゾルバに供給する基準信号形成手段と、
前記レゾルバから出力される余弦信号および正弦信号を前記PWM周期に同期してA/D変換するA/D変換手段と、
前記A/D変換手段による2回のA/D変換値に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の振幅を得る第1の振幅演算手段と、
前記A/D変換手段による過去のA/D変換値に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の各平均値を算出し、この平均値と前記A/D変換手段による最新のA/D変換値との差に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の振幅を得る第2の振幅演算手段と、
前記第1および第2の振幅演算手段により得られる各振幅を選択し合成する選択合成手段と、
この選択合成手段から出力される合成された振幅に基づいて前記回転角を演算する回転角演算手段とを備えていることを特徴とする回転機の制御システム。 - レゾルバから出力される余弦信号および正弦信号に基づいて回転機の回転角を検出し、前記回転機の巻線に流れる電流をPWM制御する回転機の制御方法において、
前記回転角の検出ステップは、
PWM周期に同期した励磁基準信号を前記レゾルバに供給し、前記レゾルバから出力される余弦信号および正弦信号を前記PWM周期に同期してA/D変換するA/D変換ステップと、
2回のA/D変換値に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の振幅を得る第1の振幅演算ステップと、
過去に得られたA/D変換値に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の各平均値を算出し、この平均値と最新のA/D変換値との差に基づいて前記レゾルバの余弦信号および正弦信号の振幅を得る第2の振幅演算ステップと、
前記第1および第2の振幅演算ステップにより得られる各振幅を選択し合成する選択合成ステップと、
合成された振幅に基づいて前記回転角を演算する回転角演算ステップとを備えていることを特徴とする回転機の制御方法。
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