JP2013057590A - 誤差周波数成分取得装置、回転角度取得装置、モータ制御装置および回転角度取得方法 - Google Patents

誤差周波数成分取得装置、回転角度取得装置、モータ制御装置および回転角度取得方法 Download PDF

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Abstract

【課題】レゾルバを用いてロータ回転角度を検出する装置において、調整者の負担を軽減しつつ、誤差の小さいロータ回転角度を得られるようにする。
【解決手段】角度測定値取得部２１０が、モータ軸の回転角度測定値を取得し、誤差算出部２２０が、複数の回転角度測定値の各々に含まれる誤差を算出する。そして、周波数成分取得部２３０が、複数の誤差から、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める。これによって、誤差周波数成分取得装置１２１は、回転角度測定値に含まれる誤差の周波数成分の位相および振幅を自動的に算出することができ、当該位相および振幅を用いて回転角度測定値に対する補正を行うことができる。従って、調整者の負担を軽減しつつ、誤差の小さいロータ回転角度を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、誤差周波数成分取得装置、回転角度取得装置、モータ制御装置および回転角度取得方法に関する。
モータが有するロータ（モータ軸）の回転角度を検出する方法として、レゾルバを用いる方法が知られている。レゾルバは、ロータコイルとステータコイルとの位相差によりロータ回転角度を検出する回転検出装置である。例えば、レゾルバは、励磁用コイルと、モータ軸と共に回転するレゾルバ・ロータと、検出用コイルとを具備する。そして、励磁用コイルに交流電圧が印加されると、レゾルバ・ロータの回転角度に応じた振幅の電圧が検出用コイルに発生する。この検出用コイルに発生する電圧の振幅に基づいて、ロータ回転角度（レゾルバ・ロータの回転角度、すなわち、モータ軸の回転角度）を検出することができる。
レゾルバを用いてロータ回転角度を検出する際、レゾルバの取付位置などによって誤差が生じる。かかる誤差を修正する（誤差を低減させる）方法として、幾つかの方法が提案されている。
例えば、レゾルバの検出するロータ回転角度に対応する誤差マップを予め生成しておき、当該誤差マップを用いて誤差を修正する方法がある。ここで、誤差マップの生成は、ロータをある回転角度に設定し、設定した回転角度（正しい回転角度）と、レゾルバの検出した回転角度との差分を取ることによって誤差を求める作業を、複数のロータ回転角度について行うことによって求められる。
また、特許文献１に記載の回転角度検出装置は、モータの回転子（ロータ）の回転角度を検出して回転角度信号を出力するレゾルバと、回転角度信号に基づいて、回転子の回転角度を算出する回転角度算出部と、回転角度の誤差に含まれる複数の高次正弦波成分のオフセット角度および振幅をあらかじめ記憶したＥＥＰＲＯＭと、回転角度、オフセット角度、および振幅に基づいて、複数の高次正弦波成分を算出する高次正弦波成分算出部と、回転角度から複数の高次正弦波成分を減算して補正回転角度を算出する回転角度補正部とを備える。
これにより、誤差を含まず、高精度に回転角度を検出することができるとされている。
特開２００７−２９２６５３号
レゾルバが検出するロータ回転角度を、誤差マップを用いて修正する方法では、誤差マップを生成する作業が必要であり、調整者（レゾルバを用いた回転角度検出装置を調整する者）にとって負担となる。例えば、調整者は、複数のロータ回転角度の各々について、ロータが当該回転角度となるよう調整し、調整したロータ回転角度について、レゾルバの検出するロータ回転角度の誤差を算出し、算出された誤差に基づいて誤差マップを生成する必要があり、負担となる。
また、故障等でモータないしレゾルバを交換した場合、誤差マップを再度生成する必要があり、この点も調整者にとって負担となる。
また、特許文献１に記載の回転角度検出装置では、レゾルバが検出する回転角度の誤差に含まれる高次正弦波成分のオフセット角度および振幅を、ＥＥＰＲＯＭがあらかじめ記憶しておく必要がある。
かかるオフセット角度および振幅を求める方法として、誤差マップを用いる場合と同様にしてレゾルバの検出するロータ回転角度の誤差を算出し、得られた誤差から当該オフセット角度および振幅を求める方法が考えられる。しかしながら、上記と同様、調整者は、複数のロータ回転角度の各々について、ロータが当該回転角度となるよう調整し、調整したロータ回転角度に対する、レゾルバの検出するロータ回転角度の誤差を算出し、算出された誤差に基づいて誤差マップを生成する必要があり、さらに、算出された誤差からオフセット角度および振幅を求める必要があり、調整者にとって負担となる。
また、故障等でモータないしレゾルバを交換した場合、オフセット角度および振幅を再度求める必要があり、この点も調整者にとって負担となる。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、調整者の負担を軽減しつつ、誤差の小さいロータ回転角度を得ることのできる、誤差周波数成分取得装置、回転角度取得装置、モータ制御装置および回転角度取得方法を提供することにある。
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による誤差周波数成分取得装置は、モータ軸の回転角度測定値を取得する角度測定値取得部と、前記角度測定値取得部が取得した複数の前記回転角度測定値の各々に含まれる誤差を算出する誤差算出部と、前記誤差算出部が算出した複数の前記誤差から、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める周波数成分取得部と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の一態様による誤差周波数成分取得装置は、上述の誤差周波数成分取得装置であって、前記周波数成分取得部は、前記誤差算出部が算出した複数の前記誤差に基づいて、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差を取得する等間隔化部と、前記等間隔部が取得した前記等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差に適合するフーリエ級数を求めて、前記誤差の周波数成分の位相および振幅を求めるフーリエ級数取得部と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の一態様による誤差周波数成分取得装置は、上述の誤差周波数成分取得装置であって、前記周波数成分取得部は、前記誤差算出部が算出した複数の前記誤差から、誤差の基本波成分の位相および振幅と、誤差の二次高調波成分の位相および振幅とを求めることを特徴とする。
また、本発明の一態様による誤差周波数成分取得装置は、上述の誤差周波数成分取得装置であって、前記誤差算出部は、前記角度測定値取得部が取得した複数の前記回転角度測定値における回転角度の切り替わり箇所を連続化して、当該複数の回転角度測定値を連続化された回転角度測定値に変換する連続化部と、前記連続化部が生成した前記連続化された回転角度測定値の各々に含まれる誤差を軽減させた回転角度基準データを取得する基準データ取得部と、前記角度測定値取得部が取得した複数の前記回転角度測定値の各々から、前記基準データ取得部が取得した回転角度基準データの値を減算する減算部と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の一態様による回転角度取得装置は、上述のいずれかの誤差周波数成分取得装置と、前記誤差周波数成分取得装置が取得した誤差の周波数成分の位相および振幅に基づいて、モータ軸の回転角度測定値に対して誤差を軽減させる補正を行う回転角度補正部と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の一態様によるモータ制御装置は、上述の回転角度取得装置を具備することを特徴とする。
また、本発明の一態様による回転角度取得方法は、モータ軸の回転角度測定値を取得する角度測定値取得ステップと、前記角度測定値取得ステップにて取得した複数の前記回転角度測定値の各々に含まれる誤差を算出する誤差算出ステップと、前記誤差算出ステップにて算出した複数の前記誤差から、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める周波数成分取得ステップと、前記周波数成分取得ステップにて取得した前記誤差の周波数成分の位相および振幅に基づいて、モータ軸の回転角度測定値に対して誤差を軽減させる補正を行う回転角度補正ステップと、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、調整者の負担を軽減しつつ、誤差の小さいロータ回転角度を得ることができる。
本発明の一実施形態におけるモータ制御装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態におけるレゾルバ１１０の概略構成を示す構成図である。 同実施形態における誤差周波数成分取得装置１２１の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態において、ロータ回転角度（モータＭのロータの回転角度）を０°（度）以上３６０°未満の範囲で表した例を示すグラフである。 同実施形態において、レゾルバ１１０が検出するロータ回転角度の例を示すグラフである。 同実施形態において、サンプリング回数がｉ未満の回転角度測定値から３６０°を減算した例を示すグラフである。 同実施形態にて、全ての区間において連続化された回転角度測定値の系列の例を示すグラフである。 同実施形態において、サンプリング回数がｉ未満の回転角度測定値に３６０°を加算した例を示すグラフである。 同実施形態におけるロータ回転角度と時刻との関係の例を示すグラフである。 同実施形態における回転角度測定値と時刻との関係の例を示すグラフである。 同実施形態において減算部２２３が算出する誤差の例を示す説明図である。 同実施形態において等間隔化部２３１が取得する誤差の例を示す説明図である。 同実施形態における、回転角度測定値に含まれる誤差と、当該誤差における基本波成分および二次高調波成分との関係を示すグラフである。 同実施形態において、誤差周波数成分取得装置１２１が回転角度測定値に含まれる周波数成分の位相および振幅を取得する処理手順を示すフローチャートである。 同実施形態において、角度補正部１２２が補正を行う処理手順を示す説明図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
まず、モータ制御装置の概略動作について説明する。モータ制御装置は、例えば産業車両や電気自動車、ハイブリッド自動車、電車、船舶、飛行機、発電システム等において、電池セルから電力の供給を受けてモータを制御する。
電気モータを動力とする電気自動車や、内燃機関と電気モータを併用して動力とするハイブリッド自動車（以下、「電気自動車等」という）では、電力利用効率を高めるため、モータ制御装置が、３相の駆動電流を制御する際にパルス幅を変調させるパルス幅変調制御（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御）を用いている。
電気自動車等では主に永久磁石同期モータが用いられ、そのモータには、回転に同期した３相電流が流される。その３相電流をＰＷＭ制御するために、キャリア信号と呼ばれる一定の周波数の電気パルスが用いられる。この場合、駆動電流は、キャリア信号のタイミングに合わせてパルス幅が変調された矩形波としてモータに供給され、モータのインダクタンスによって正弦波の３相電流となる。
そして、このようなモータ制御装置は、例えば、入力されたトルク指令のトルクとなるよう、モータに流れる電流を調整するＰＩ（Proportional Integral；比例積分）制御により制御を行う。その際、モータ制御装置は、モータへ供給する３相をｄ軸ｑ軸の２軸座標へと座標変換し、ｄ軸ｑ軸の２相にてＰＩ制御を行う。
図１は、本発明の一実施形態におけるモータ制御装置の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、モータ制御装置１００は、レゾルバ１１０と、回転角度取得装置１２０と、速度計算部１３０と、電流検出器１４１と、３相／２相変換部１４２と、電流司令部１５１と、電流ＰＩ制御部１５２と、２相／３相変換部１５３と、デューティ計算部１５４と、電力変換部１５５とを具備する。回転角度取得装置１２０は、誤差周波数成分取得装置１２１と、角度補正部１２２とを具備する。また、モータ制御装置１００は、モータＭを制御する。
モータＭは、３相モータであり、電力変換部１５５から出力される駆動電流により駆動される。モータＭには、レゾルバ１１０が取り付けられている。
レゾルバ１１０は、モータＭのロータ回転角度を検出する回転検出装置であり、ロータ回転角度を示す信号（後述するレゾルバ検出信号）を回転角度取得装置１２０に出力する。レゾルバ１１０の、より詳細な構成については後述する。
回転角度取得装置１２０は、レゾルバ１１０から出力されるレゾルバ検出信号を、回転角度測定値ｙに変換し、さらに、誤差を軽減させた補正後回転角度θ’を算出し、得られた補正後回転角度θ’を速度計算部１３０と３相／２相変換部１４２と２相／３相変換部１５３とに出力する。
誤差周波数成分取得装置１２１は、レゾルバ１１０から出力されるレゾルバ検出信号を、回転角度測定値ｙに変換し、さらに、回転角度測定値ｙに含まれる誤差の周波数成分の位相および振幅を求める。
誤差周波数成分取得装置１２１は、角度補正部１２２が回転角度測定値ｙに対する補正を行うための前処理として、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める。そして、誤差周波数成分取得装置１２１は、誤差の周波数成分の位相および振幅を角度補正部１２２に出力し、また、回転角度測定値ｙを順次角度補正部１２２に出力する。誤差周波数成分取得装置１２１の、より詳細な構成については後述する。
角度補正部１２２は、誤差周波数成分取得装置１２１から出力される回転角度測定値ｙに含まれる誤差を、同じく誤差周波数成分取得装置１２１から出力される誤差の周波数成分の位相および振幅に基づいて軽減させる補正を行い、得られた補正後回転角度θ’を速度計算部１３０と３相／２相変換部１４２と２相／３相変換部１５３とに出力する。
速度計算部１３０は、角度補正部１２２から出力される補正後回転角度θ’から、モータＭの回転子の角速度ωを算出し、得られた角速度ωを電流司令部１５１に出力する。
電流検出器１４１は、モータＭに対する３相の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出して３相／２相変換部１４２に出力する。
３相／２相変換部１４２は、電流検出器１４１から出力される３相の電流値Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを、２相のｄ軸成分の電流値Ｉｄおよびｑ軸成分の電流値Ｉｑ（以下、「検出電流値」と称する）に変換する。３相／２相変換部１４２は、得られた検出電流値ＩｄおよびＩｑを電流ＰＩ制御部１５２に出力する。
ここで、ｄ軸およびｑ軸はモータ軸に対して設定される座標軸である。ｄ軸は、磁極が発生させる磁束の方向に設定され、ｑ軸はｄ軸と電気的および磁気的に直交して設定される。ｄ軸成分の電流（ｄ軸電流）は、モータＭに磁束を発生させるのに用いられる成分（励磁電流成分）である。また、ｑ軸成分の電流（ｑ軸電流）は、負荷のトルクに対応した成分である。
なお、以下では、指令値や指令信号を、右上に「＊」を付した変数にて表す。
電流司令部１５１には、自動車の場合にはスロットルペダルの開度などに関連付けられたトルク指令と、速度計算部１３０から出力される角速度ωとが入力される。トルク指令は、モータに発生させるトルクを指令するものである。電流司令部１５１は、このトルク指令の値と角速度ωとに対応する電流の指令値として、ｄ軸成分およびｑ軸成分を持つ２相の電流値Ｉｄ＊およびＩｑ＊（以下、「指令電流値」と称する）を生成する。電流司令部１５１は、生成した指令電流値を、電流ＰＩ制御部１５２に出力する。
電流ＰＩ制御部１５２は、３相／２相変換部１４２から出力される検出電流値ＩｄおよびＩｑを制御変数として、この検出電流値ＩｄおよびＩｑが、電流司令部１５１から出力される指令電流値Ｉｄ＊およびＩｑ＊に応じた値になるように、モータＭに流れる電流値Ｉｕ、ＩｖおよびＩｗを制御する。
ここで、電流ＰＩ制御部１５２は、指令電流値Ｉｄ＊およびＩｑ＊から、それぞれ検出電流値ＩｄおよびＩｑを減算して、偏差ΔＩｄおよびΔＩｑを算出する。そして、電流ＰＩ制御部１５２は、算出した偏差ΔＩｄを用いて、式（１）に基づいて、ｄ軸の指令電圧値Ｖｄ＊を算出する。
Figure 2013057590
ここで、係数Ｋｐ、Ｋｉは、予め設定されている係数である。
また、電流ＰＩ制御部１５２は、算出した偏差ΔＩｑを用いて、式（２）に基づいて、ｑ軸の指令電圧値Ｖｑ＊を算出する。
Figure 2013057590
２相／３相変換部１５３は、回転角度取得装置１２０から出力される補正後回転角度θ’を用いて、電流ＰＩ制御部１５２から出力される指令電圧値Ｖｄ＊およびＶｑ＊を座標変換して、３相の指令電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊を算出する。２相／３相変換部１５３は、算出した３相の指令電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊をデューティ計算部１５４に出力する。
デューティ計算部１５４は、キャリア周波数ｆｃによって定まるタイミングで、３相の指令電圧値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊から、モータに与える駆動電流信号を表すデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを算出する。デューティ計算部１５４は、算出したデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗを電力変換部１５５に出力する。
電力変換部１５５は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子などの電力制御素子（パワー素子）を具備して、デューティ信号に応じた駆動電流（モータ駆動電流）を生成する。電力変換部１５５は、デューティ計算部１５４から出力されるデューティ信号Ｄｕ、Ｄｖ、Ｄｗに対応する３相の駆動電流を生成し、生成した３相の駆動電流をモータＭに供給する。
図２は、レゾルバ１１０の概略構成を示す構成図である。同図において、レゾルバ１１０は、交流電圧（励磁用電圧）を印加される一次側コイル（励磁用コイル）１１１と、モータＭのロータに配設されて、当該モータＭのロータと共に回転するレゾルバ・ロータ１１２と、互いに９０度位相差をもって設けられたふたつの二次側コイル（検出用コイル）である正弦信号検出用コイル１１３および余弦信号検出用コイル１１４とを具備する。
一次側コイル１１１に交流電圧が印加されると、正弦信号検出用コイル１１３および余弦信号検出用コイル１１４にも電圧が発生する。ここで、正弦信号検出用コイル１１３および余弦信号検出用コイル１１４に発生する電流の振幅は、レゾルバ・ロータ１１２の回転角度（すなわち、モータＭのロータの回転角度）に応じて変化する。具体的には、レゾルバ・ロータの回転角度をθとすると、正弦信号検出用コイル１１３には振幅ｓｉｎθの電圧が発生し、余弦信号検出用コイル１１４には、振幅ｃｏｓθの電圧が発生する。
以下では、正弦信号検出用コイル１１３および余弦信号検出用コイル１１４に発生する電圧を、「レゾルバ検出信号」と称する。
図３は、誤差周波数成分取得装置１２１の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、誤差周波数成分取得装置１２１は、角度測定値取得部２１０と、誤差算出部２２０と、周波数成分取得部２３０と、記憶部２４０とを具備する。誤差算出部２２０は、連続化部２２１と、基準データ取得部２２２と、減算部２２３とを具備する。周波数成分取得部２３０は、等間隔化部２３１と、フーリエ級数取得部２３２とを具備する。
記憶部２４０は、誤差算出部２２０と周波数成分取得部２３０との各部が算出したデータを記憶する。また、記憶部２４０は、各部が処理を行う際のワーキングメモリとなる。
角度測定値取得部２１０は、Ｒ／Ｄコンバータ（レゾルバ−デジタルコンバータ）であり、レゾルバ１１０から出力されるレゾルバ検出信号を回転角度測定値ｙに変換することによって、モータ軸の回転角度測定値ｙを取得する。角度測定値取得部２１０は、所定のサンプリング時間毎にレゾルバ検出信号を回転角度測定値ｙに変換し、得られた回転角度測定値ｙを、順次、誤差算出部２２０（連続化部２２１）と角度補正部１２２（図１）とに出力する。
誤差算出部２２０は、角度測定値取得部２１０が取得した複数の回転角度測定値ｙ（サンプリング時間毎の回転角度測定値ｙ）の各々に含まれる誤差を算出する。
連続化部２２１は、角度測定値取得部２１０が取得した複数の回転角度測定値ｙにおける回転角度の切り替わり箇所を連続化して、当該複数の回転角度測定値ｙを連続化された回転角度測定値に変換する。この回転角度の切り替わり箇所について、図４および図５を用いて説明する。
図４は、ロータ回転角度（モータＭのロータの回転角度）を０°（度）以上３６０°未満の範囲で表した例を示すグラフである。同図に示すように、ロータ回転角度は、０°から徐々に大きくなって３６０°に近付いていく。例えば、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて、ロータ回転角度が徐々に大きくなっている。
ところが、ロータ回転角度が３６０°に達した場合、このロータ回転角度は０°として表されるため、ロータ回転角度のグラフが不連続となる。以下では、このロータ回転角度のグラフが不連続となる箇所を「回転角度の切り替わり箇所」、あるいは単に「切り替わり箇所」と称する。すなわち、切り替わり箇所は、ロータが１回転して回転角度が０°となる箇所である。図４のグラフでは、時刻ｔ１、ｔ２およびｔ３の各箇所が切り替わり箇所に該当する。
なお、図４のグラフは、ロータ回転加速度が小さい場合の例を示している。すなわち、ロータ回転速度がほぼ一定であるため、ロータ回転角度のグラフは、直線のノコギリ波形となっている。
図５は、レゾルバ１１０が検出するロータ回転角度の例を示すグラフである。同図に示すように、レゾルバ１１０は、ロータ回転角度を０°以上３６０°未満の範囲で検出する。このため、図５のグラフにおいても図４の場合と同様、切り替わり箇所が存在している。
また、レゾルバ１１０が検出するロータ回転角度には誤差が含まれており、図５のグラフは、図４のグラフにおける直線のノコギリ波形に誤差を重畳した波形となっている。
ここで、回転角度測定値ｙは、レゾルバ１１０が検出したロータ回転角度を示す値である。したがって、角度測定値取得部２１０から順次出力される回転角度測定値ｙの系列（複数の回転角度測定値）には、図５の切り替わり箇所に相当する箇所が存在する。以下では、回転角度測定値ｙの系列において図５の切り替わり箇所に相当する箇所を、複数の回転角度測定値における「回転角度の切り替わり箇所」と称する。この、複数の回転角度測定値における回転角度の切り替わり箇所は、回転角度測定値ｙの系列において値が大きく減少する箇所として出現する。
このように、回転角度測定値ｙの系列には、回転角度の切り替わり箇所が含まれる。この回転角度の切り替わり箇所をまたぐ区間に対しては、誤差を平滑化させるための直線近似を適切に行うことが出来ない。一方で、回転角度測定値ｙの系列に対して直線近似を行って誤差を低減させるためには、ある程度長い区間（ある程度多いサンプリング数）に対して直線近似を行うことが好ましい。
そこで、連続化部２２１は、複数の回転角度測定値ｙにおける回転角度の切り替わり箇所を連続化して、当該複数の回転角度測定値ｙを、連続化された回転角度測定値に変換する。
具体的には、サンプリング回数ｉ（ｉは正整数）における回転角度測定値ｙｉが、１サンプリング前の回転角度測定値ｙi-1から１８０°を減算した値よりも小さい場合（すなわち、ｙｉ＜ｙi-1−１８０°の場合）、連続化部２２１は、サンプリング回数がｉ未満の全ての回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙi-1から３６０°を減算する。
これによって、回転角度測定値ｙは、−３６０°以上３６０°未満の値で表されることとなり、サンプリング回数ｉ−１とサンプリング回数ｉとの間の回転角度の切り替わり箇所が連続化される。
図６は、サンプリング回数がｉ未満の回転角度測定値から３６０°を減算した例を示すグラフである。同図において、サンプリング回数がｉ未満の回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙi-1から３６０°を減算することによって、直線Ｌ１０１の近傍に位置していた各値が、直線Ｌ１０２の近傍に位置する値に変換されている。
これによって、サンプリング回数ｉ−１とサンプリング回数ｉとの間の回転角度の切り替わり箇所が連続化されている。すなわち、サンプリング回数ｉ−１における値に対してサンプリング回数ｉにおける値が大きく減少する状態が解消されている。
連続化部２２１は、角度測定値取得部２１０から出力された全ての回転角度測定値ｙについて、上記の処理を行う。例えば、角度測定値取得部２１０からｎ（ｎは正整数）個の回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙｎが出力された場合、ｉ＝１、２、・・・、ｎについて順に上記の処理を行う。これによって、連続化部２２１は、全ての区間において連続化された回転角度測定値の系列（すなわち、回転角度の切り替わり箇所を含まない系列）を取得する。
図７は、全ての区間において連続化された回転角度測定値の系列の例を示すグラフである。同図では、回転角度の切り替わり箇所が連続化されて、連続化された回転角度測定値は、直線Ｌ２０１で表されるロータ回転角度に誤差が重畳された値を示している。従って、図７に示される連続化された回転角度測定値に対して、直線近似を適切に行い得る。
なお、ロータが回転する向きと、レゾルバ１１０が検出する角度の向きとが逆の場合、ロータの回転角度、および、レゾルバ１１０が検出する角度は、図４および図５のグラフとは逆に、値が徐々に減少するノコギリ波形となる。
そこで、サンプリング回数ｉにおける回転角度測定値ｙｉが、１サンプリング前の回転角度測定値ｙi-1に１８０°を加算した値よりも大きい場合（すなわち、ｙｉ＞ｙi-1＋１８０°の場合）、連続化部２２１は、サンプリング回数がｉ未満の全ての回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙi-1に３６０°を加算する。
これによって、回転角度測定値は、０°以上７２０°未満の値で表されることとなり、サンプリング回数ｉ−１とサンプリング回数ｉとの間の回転角度の切り替わり箇所が連続化される。
図８は、サンプリング回数がｉ未満の回転角度測定値に３６０°を加算した例を示すグラフである。同図において、サンプリング回数がｉ未満の回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙi-1に３６０°を加算することによって、直線Ｌ３０１の近傍に位置していた各値が、直線Ｌ３０２の近傍に位置する値に変換されている。
これによって、サンプリング回数ｉ−１とサンプリング回数ｉとの間の回転角度の切り替わり箇所が連続化されている。すなわち、サンプリング回数ｉ−１における値に対してサンプリング回数ｉにおける値が大きく増加する状態が解消されている。
なお、連続化部２２１が行う処理は、上記の処理に限らず、切り替わり箇所を含む回転角度測定値の系列を連続化できる処理であればよい。例えば、サンプリング回数ｉにおける回転角度測定値ｙｉが、１サンプリング前の回転角度測定値ｙi-1から１８０°を減算した値よりも小さい場合、連続化部２２１が、サンプリング回数がｉ未満の全ての回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙi-1から３６０°を減算するのに代えて、サンプリング回数がｉ以上の全ての回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙi-1に３６０°を加算するようにしてもよい。また、サンプリング回数ｉにおける回転角度測定値ｙｉが、１サンプリング前の回転角度測定値ｙi-1から１８０°を減算した値よりも大きい場合、連続化部２２１が、サンプリング回数がｉ未満の全ての回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙi-1に３６０°を加算するのに代えて、サンプリング回数がｉ以上の全ての回転角度測定値ｙｉ、ｙi+1、・・・、ｙｎから３６０°を減算するようにしてもよい。
連続化部２２１は、例えば、連続化された回転角度測定値を記憶部２４０に書き込み、処理完了を示す信号を基準データ取得部２２２に出力することによって、連続化された回転角度測定値を基準データ取得部２２２に引き渡す。
基準データ取得部２２２は、連続化部２２１が生成した、連続化された回転角度測定値の各々に含まれる誤差を軽減させた回転角度基準データを取得する。具体的には、基準データ取得部２２２は、連続化された回転角度測定値を直線近似することによって回転角度基準データを取得する。この直線近似について、図９および図１０を用いて説明する。
図９は、ロータ回転角度と時刻との関係の例を示すグラフである。ロータの回転加速度が小さい場合、回転角度の切り替わり箇所を連続化されたロータ回転角度は、図９の直線Ｌ４０１のように直線で表される。従って、連続化された回転角度測定値が誤差を含まなければ、点（ｔn-5，ｙn-5）、（ｔn-4，ｙn-4）、・・・、（ｔn，ｙn）のようになる。ここで、時刻ｔiは、ｉ番目のサンプリングを行った時刻を示す。
図１０は、回転角度測定値と時刻との関係の例を示すグラフである。ロータの回転加速度が小さい場合、図９で説明したように、連続化された回転角度測定値が誤差を含まなければ、当該連続化された回転角度測定値は直線上に位置する。しかし、実際には、連続化された回転角度測定値は誤差を含んでいる。このため、図１０に示すように、連続化された回転角度測定値は、誤差を含まない場合の直線Ｌ４０１からばらついて配置される。
そこで、基準データ取得部２２２は、連続化された回転角度測定値を直線近似することによって、誤差を低減させる。特に、連続化された回転角度測定値が、誤差を含まない場合の直線Ｌ４０１の両側にばらついている場合、直線近似によって誤差の低減が期待される。
ここで、回転角度測定値に含まれる誤差としては、モータへのレゾルバ取付位置に起因する誤差と、レゾルバ検出信号に対する処理に起因する誤差（正弦信号（ｓｉｎθ）に対するゲインやオフセットと、余弦信号（ｃｏｓθ）に対するゲインやオフセットとが異なることに起因する誤差）とが支配的である。そして、これらの誤差は、周波数成分として出現する。このため、連続化された回転角度測定値は、誤差を含まない場合の直線の両側に、ほぼ均等にばらついて配置される。従って、連続化された回転角度測定値を直線近似することで、誤差を大幅に低減し得る。
基準データ取得部２２２は、最小自乗法を用いて直線近似を行う。具体的には、基準データ取得部２２２は、最小自乗法において回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙｎを近似する直線ｙ＝ａｔ＋ｂ（ｙは回転角度測定値、ｔは時刻）の傾きａを、式（３）を用いて求める。
Figure 2013057590
ここで、時刻ｔｉは、ｉ番目のサンプリングを行った時刻である。
また、基準データ取得部２２２は、上記の直線の切片ｂを、式（４）を用いて求める。
Figure 2013057590
この傾きａおよび切片ｂは、連続化された回転角度測定地の各々に含まれる誤差を軽減させた回転角度基準データ（直線ｙ＝ａｔ＋ｂで示されるデータ）を表す。すなわち、基準データ取得部２２２は、連続化された回転角度測定値の各々に含まれる誤差を軽減させた回転角度基準データを、直線式の表現形式にて取得する。
基準データ取得部２２２は、得られた傾きａおよび切片ｂを減算部２２３に出力する。
なお、基準データ取得部２２２が回転角度基準データを取得する方法は、最小自乗法を用いる方法に限らない。例えば、基準データ取得部２２２が、各時刻ｔｉについて、当該時刻ｔｉを中心とした一定範囲（例えば、ｔi-32〜ｔi+32）で回転角度基準データの平均を求めるようにしてもよい。
減算部２２３は、連続化された回転角度測定値を記憶部２４０から読み出し、基準データ取得部２２２から出力された傾きａおよび切片ｂに基づいて、連続化された回転角度測定値ｙに含まれる誤差を算出する。すなわち、減算部２２３は、角度測定値取得部２１０が取得した複数の回転角度測定値ｙの各々から、基準データ取得部２２２が取得した回転角度基準データの値を減算する。
図１１は、減算部２２３が算出する誤差の例を示す説明図である。
ここで、ｘｉは、時刻ｔｉにおける回転角度基準データを表す。減算部２２３は、時刻ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎの各々において、回転角度基準データｘ１、ｘ２、・・・、ｘｎを算出する。そして、減算部２２３は、連続化された回転角度測定値ｙ１、ｙ２、・・・、ｙｎから、それぞれ回転角度基準データｘ１、ｘ２、・・・、ｘｎを減算して誤差ｅ１、ｅ２、・・・、ｅｎを得る。
減算部２２３は、得られた誤差を、等間隔化部２３１に出力する。
周波数成分取得部２３０は、減算部２２３が算出した複数の誤差から、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める。特に、周波数成分取得部２３０は、減算部２２３が算出した複数の誤差から、誤差の基本波成分の位相および振幅と、誤差の二次高調波成分の位相および振幅とを求める。
等間隔化部２３１は、減算部２２３が算出した複数の誤差に基づいて、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差を取得する。
図１２は、等間隔化部２３１が取得する誤差の例を示す説明図である。
同図において、回転角度Ｘ１、Ｘ２、・・・、ＸＮが、角度間隔ΔＸにて等間隔に設定されている。そして、誤差Ｅ１、Ｅ２、・・・、ＥＮは、回転角度データＸ１、Ｘ２、・・・、ＸＮのそれぞれにおける誤差である。
等間隔化部２３１は、等間隔に設定された複数の時刻ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎのそれぞれにおける誤差ｅ１、ｅ２、・・・、ｅｎを減算部２２３から取得して、当該誤差ｅ１、ｅ２、・・・、ｅｎに基づいて誤差Ｅ１、Ｅ２、・・・、ＥＮを取得する。すなわち、等間隔化部２３１は、時間に関して等間隔に配置されている誤差を、角度に関して等間隔に配置されるようにする処理を行う。例えば、等間隔化部２３１は、誤差ｅ１、ｅ２、・・・、ｅｎを補間（例えば直線補間）して、誤差Ｅ１、Ｅ２、・・・、ＥＮを生成する。あるいは、等間隔化部２３１が、誤差ｅ１、ｅ２、・・・、ｅｎのうち角度に関して等間隔となるデータのみを抽出する間引き処理を行うことによって誤差Ｅ１、Ｅ２、・・・、ＥＮを取得するようにしてもよい。
等間隔化部２３１は、例えば、得られた誤差Ｅ１、Ｅ２、・・・、ＥＮを記憶部２４０に書き込み、処理完了を示す信号をフーリエ級数取得部２３２に出力することで、誤差Ｅ１、Ｅ２、・・・、ＥＮをフーリエ級数取得部２３２に引き渡す。
フーリエ級数取得部２３２は、等間隔化部２３１が取得した、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差Ｅ１、Ｅ２、・・・、ＥＮに適合するフーリエ級数を求めて、誤差（回転角度測定値ｙに含まれる誤差）の周波数成分の位相および振幅を求める。
具体的には、フーリエ級数取得部２３２は、図１２の回転角度Ｘ１、Ｘ２、・・・、ＸＮと、対応する誤差Ｅ１、Ｅ２、・・・、ＥＮに対し、Ｅｉ＝Ａ１・ｓｉｎ（Ｘｉ）＋Ｂ１・ｃｏｓ（Ｘｉ）＋Ａ２・ｓｉｎ（２Ｘｉ）＋Ｂ２・ｃｏｓ（２Ｘｉ）としたときのＡ１、Ｂ１、Ａ２およびＢ２を、式（５）に基づいてフーリエ級数にて求める。
Figure 2013057590
そして、フーリエ級数取得部２３２は、式（６）に基づいて、Ａ１、Ｂ１、Ａ２およびＢ２を、基本波成分の位相・振幅、および、二次高調波成分の位相・振幅に変換する。
Figure 2013057590
ここで、上述したように、回転角度測定値に含まれる誤差としては、モータへのレゾルバ取付位置に起因する誤差と、レゾルバ検出信号に対する処理に起因する誤差とが支配的である。そして、モータへのレゾルバ取付位置に起因する誤差は、基本波成分として現れ、レゾルバ検出信号に対する処理に起因する誤差は、二次高調波成分として現れる。すなわち、回転角度測定値に含まれる誤差において、基本波成分と二次高調波成分とが支配的である。
図１３は、回転角度測定値に含まれる誤差と、当該誤差における基本波成分および二次高調波成分との関係を示すグラフである。
同図において、線Ｌ５０１は、誤差の基本波成分を示し、線Ｌ５０２は、誤差の二次高調波を示し、線Ｌ５０３は、これら基本波成分と高調波成分とを足し合わせた値を示す。また、線Ｌ５０４は、回転角度測定値に含まれる誤差（等間隔化部２３１が取得する、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差）を示す。
ここで、線Ｌ５０３と線Ｌ５０４とがほぼ一致している。従って、回転角度測定値に含まれる誤差において基本波成分と二次高調波成分とが支配的である。すなわち、基本波成分と二次高調波成分によって、回転角度測定値に含まれる誤差をほぼ再現し得る。
そこで、フーリエ級数取得部２３２は、回転角度測定値に含まれる誤差の周波数成分のうち、基本波成分と二次高調波成分とについて、それぞれ位相および振幅を求める。このようにフーリエ級数取得部２３２が位相および振幅を求める周波数成分を限定することにより、フーリエ級数取得部２３２の負荷を抑えることができる。
ただし、フーリエ級数取得部２３２が位相および振幅を求める周波数成分は、基本波成分および二次高調波成分に限らない。フーリエ級数取得部２３２が、三次高調波成分以上についても位相および振幅を求めるようにしてもよいし、あるいは、基本波成分についてのみ位相および振幅を求めるようにしてもよい。
フーリエ級数取得部２３２は、得られた基本波成分の位相・振幅、および、二次高調波成分の位相・振幅を、角度補正部１２２（図１）に出力する。
回転角度測定値に含まれる基本波成分の位相・振幅、および、二次高調波成分の位相・振幅を取得した角度補正部１２２は、これら位相および振幅に基づいて、角度測定値取得部２１０から出力される回転角度測定値に含まれる誤差を低減させる補正を行う。
次に、図１４および図１５を参照して、モータ制御装置１００の動作について説明する。
図１４は、誤差周波数成分取得装置１２１が回転角度測定値に含まれる周波数成分の位相および振幅を取得する処理手順を示すフローチャートである。
同図の処理において、角度測定値取得部２１０は、レゾルバ１１０から出力されるレゾルバ検出信号を回転角度測定値ｙに変換し、得られた回転角度測定値ｙを、順次、誤差算出部２２０（連続化部２２１）と角度補正部１２２とに出力する（ステップＳ１０１）。
次に、連続化部２２１は、角度測定値取得部２１０から出力された複数の回転角度測定値ｙにおける回転角度の切り替わり箇所を連続化して、当該複数の回転角度測定値ｙを連続化された回転角度測定値に変換して基準データ取得部２２２に引き渡す（ステップＳ１０２）。
次に、基準データ取得部２２２は、連続化部２２１が生成した、連続化された回転角度測定値の各々に含まれる誤差を軽減させた回転角度基準データを取得し、減算部２２３に出力する（ステップＳ１０３）。
そして、減算部２２３は、基準データ取得部２２２から出力された回転角度基準データに基づいて、連続化された回転角度測定値に含まれる誤差を算出し、得られた誤差を等間隔化部２３１に出力する（ステップＳ１０４）。
次に、等間隔化部２３１は、減算部２２３が算出した複数の誤差に基づいて、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差を取得し、フーリエ級数取得部２３２に引き渡す（ステップＳ１０５）。
そして、フーリエ級数取得部２３２は、等間隔化部２３１が取得した、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差に適合するフーリエ級数を求めて、誤差の周波数成分の位相および振幅を求め、得られた位相および振幅を、角度補正部１２２（図１）に出力する（ステップＳ１０６）。
その後、同図の処理を終了する。
誤差周波数成分取得装置１２１が誤差の周波数成分の位相および振幅を求めるタイミングとしては、様々なものが考えられる。例えば、誤差周波数成分取得装置１２１が未だ誤差の周波数成分の位相および振幅を取得していない状態において、モータ制御装置１００を搭載した電気自動車等が一定トルクで走行している場合など、モータＭの速度変化が所定の閾値以下の状態が一定時間以上継続した場合（位相および振幅を求めるために必要が数のサンプリングデータが得られた場合）に、誤差周波数成分取得装置１２１が自動で位相および振幅を求めるようにしてもよい。
あるいは、モータ制御装置１００の調整者が、モータＭを一定速度で回転させておいて、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める旨の指示を誤差周波数成分取得装置１２１に与えるようにしてもよい。
一方、誤差周波数成分取得装置１２１は、モータＭの稼働中において、回転角度測定値ｙを順次生成して出力する。
図１５は、角度補正部１２２が補正を行う処理手順を示す説明図である。角度補正部１２２は、基本波成分の位相・振幅、および、二次高調波成分の位相・振幅を予め取得している状態で、角度測定値取得部２１０から出力される回転角度測定値を取得する毎に、同図の処理を開始する。
同図の処理において、角度補正部１２２は、基本波成分の位相および振幅と、回転角度測定値とに基づいて、基本波成分の値を算出する（ステップＳ２０１）。
また、角度補正部１２２は、二次高調波成分の位相および振幅と、回転角度測定値とに基づいて、二次高調波成分の値を算出する（ステップＳ２０２）。
そして、角度補正部１２２は、基本波成分の値と二次高調波成分の値を足し合わせることによって、回転角度測定値に含まれる誤差の値を算出する（ステップＳ２０３）。
次に、角度補正部１２２は、ステップＳ２０３で算出した誤差の値を回転角度測定値から減算することによって、回転角度測定値に含まれる誤差を低減させる（ステップＳ２０４）。
そして、角度補正部１２２は、ステップＳ２０４で算出された回転角度を０°以上３６０°未満の値とする変換（剰余算）を行って、得られた回転角度を補正後回転角度θ’として出力する（ステップＳ２０５）。
その後、当該回転角度測定値に対する同図の処理を終了する。
以上のように、角度測定値取得部２１０が、モータ軸の回転角度測定値を取得し、誤差算出部２２０が、複数の回転角度測定値の各々に含まれる誤差を算出する。そして、周波数成分取得部２３０が、複数の誤差から、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める。
これによって、誤差周波数成分取得装置１２１は、回転角度測定値に含まれる誤差の周波数成分の位相および振幅を自動的に算出することができ、角度補正部１２２は、当該位相および振幅を用いて回転角度測定値に対する補正を行うことができる。従って、調整者の負担を軽減しつつ、誤差の小さいロータ回転角度を得ることができる。
また、等間隔化部２３１が、減算部２２３の算出した複数の誤差に基づいて、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差を取得する。そして、フーリエ級数取得部２３２が、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差に適合するフーリエ級数を求める。
これにより、フーリエ級数取得部２３２は、誤差の周波数成分の位相および振幅をより正確に求めることができ、角度補正部１２２は、回転角度測定値に含まれる誤差をより低減させることができる。
また、周波数成分取得部２３０は、誤差の基本波成分の位相および振幅と、誤差の二次高調波成分の位相および振幅とを求める。
上述したように、回転角度測定値に含まれる誤差では、基本波成分と二次高調波成分とが支配的であるため、回転角度取得装置１２０は、周波数成分取得部２３０の負荷を抑えつつ、誤差の小さい回転角度を得ることができる。
また、連続化部２２１が、複数の回転角度測定値における回転角度の切り替わり箇所を連続化し、基準データ取得部２２２は、連続化された回転角度測定値の各々に含まれる誤差を軽減させた回転角度基準データを取得する。
これによって、基準データ取得部２２２は、より長い区間のサンプリングデータ（回転角度測定値）を対象として直線近似を行うことができ、より正確な回転角度基準データを取得できる。
なお、誤差周波数成分取得装置１２１の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１００ モータ制御装置
１１０ レゾルバ
１２０ 回転角度取得装置
１２１ 誤差周波数成分取得装置
１２２ 角度補正部
１３０ 速度計算部
１４１ 電流検出器
１４２ ３相／２相変換部
１５１ 電流司令部
１５２ 電流ＰＩ制御部
１５３ ２相／３相変換部
１５４ デューティ計算部
１５５ 電力変換部
２１０ 角度測定値取得部
２２０ 誤差算出部
２２１ 連続化部
２２２ 基準データ取得部
２２３ 減算部
２３０ 周波数成分取得部
２３１ 等間隔化部
２３２ フーリエ級数取得部
２４０ 記憶部

Claims (7)

  1. モータ軸の回転角度測定値を取得する角度測定値取得部と、
    前記角度測定値取得部が取得した複数の前記回転角度測定値の各々に含まれる誤差を算出する誤差算出部と、
    前記誤差算出部が算出した複数の前記誤差から、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める周波数成分取得部と、
    を具備することを特徴とする誤差周波数成分取得装置。
  2. 前記周波数成分取得部は、
    前記誤差算出部が算出した複数の前記誤差に基づいて、等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差を取得する等間隔化部と、
    前記等間隔部が取得した前記等間隔に設定された複数の回転角度のそれぞれにおける誤差に適合するフーリエ級数を求めて、前記誤差の周波数成分の位相および振幅を求めるフーリエ級数取得部と、
    を具備することを特徴とする請求項１に記載の誤差周波数成分取得装置。
  3. 前記周波数成分取得部は、前記誤差算出部が算出した複数の前記誤差から、誤差の基本波成分の位相および振幅と、誤差の二次高調波成分の位相および振幅とを求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の誤差周波数成分取得装置。
  4. 前記誤差算出部は、
    前記角度測定値取得部が取得した複数の前記回転角度測定値における回転角度の切り替わり箇所を連続化して、当該複数の回転角度測定値を連続化された回転角度測定値に変換する連続化部と、
    前記連続化部が生成した前記連続化された回転角度測定値の各々に含まれる誤差を軽減させた回転角度基準データを取得する基準データ取得部と、
    前記角度測定値取得部が取得した複数の前記回転角度測定値の各々から、前記基準データ取得部が取得した回転角度基準データの値を減算する減算部と、
    を具備することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の誤差周波数成分取得装置。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の誤差周波数成分取得装置と、
    前記誤差周波数成分取得装置が取得した誤差の周波数成分の位相および振幅に基づいて、モータ軸の回転角度測定値に対して誤差を軽減させる補正を行う回転角度補正部と、
    を具備することを特徴とする回転角度取得装置。
  6. 請求項５に記載の回転角度取得装置を具備することを特徴とするモータ制御装置。
  7. モータ軸の回転角度測定値を取得する角度測定値取得ステップと、
    前記角度測定値取得ステップにて取得した複数の前記回転角度測定値の各々に含まれる誤差を算出する誤差算出ステップと、
    前記誤差算出ステップにて算出した複数の前記誤差から、誤差の周波数成分の位相および振幅を求める周波数成分取得ステップと、
    前記周波数成分取得ステップにて取得した前記誤差の周波数成分の位相および振幅に基づいて、モータ軸の回転角度測定値に対して誤差を軽減させる補正を行う回転角度補正ステップと、
    を具備することを特徴とする回転角度取得方法。
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