JP2019086451A - 半導体装置、角度値補正回路、及び方法 - Google Patents
半導体装置、角度値補正回路、及び方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】回路規模の増大を伴わずに、回転角度値の補正を行うことを可能とする。【解決手段】回転周期計測部151は、回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバを用いて回転角度が検出される回転軸の回転周期を計測する。回転速度算出部152は、回転周期に基づいて回転軸の回転速度を算出する。加速度算出部153は、nを1以上の整数として、回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの回転速度の変化率を算出する。推定角度算出部154は、回転速度、及びその変化率に基づいて、回転軸が等加速度運動していると仮定して、回転角度推定値を算出する。補正値算出部155は、レゾルバの出力信号から変換された回転角度値の補正値を算出する。補正値適用部156は、補正値を回転角度値に適用して補正角度値を生成する。【選択図】図3
Description
本発明は、半導体装置、及び角度値補正回路に関し、例えばレゾルバの出力信号に基づく回転角度値を補正する機能を有する半導体装置、及び角度値補正回路に関する。
また、本発明は、角度値補正方法に関し、例えば上記回転角度値を補正する角度値補正方法に関する。
特許文献1は、車両の走行用モータ制御装置を開示する。この走行用モータ制御装置は、モータの回転角度検出手段であるレゾルバの検出角度の誤差を補正する誤差補正部を含む。誤差補正部は、過去のモータの回転周期から誤差がない真の角度(以下、推定角度とも呼ぶ)を推定し、レゾルバから出力される実検出角度(以下、実角度とも呼ぶ)を推定角度に近づける補正処理を行う。
推定角度は、モータが一定の回転速度で等速回転している場合は、時間に対して直線的に変化する。これに対し、モータが加速又は減速している場合、推定角度は時間に対して曲線で変化する。誤差補正部は、曲線の推定角度を算出するために、回転周期の時間変化率を算出し、算出した時間変化率を用いて推定角度を算出する。具体的には、誤差補正部は、まず等速回転したと仮定して直線の推定角度を算出し、次いで回転周期の時間変化率に応じた加減速分の補正値を直線の推定角度に加算することで、曲線の推定角度を算出する。特許文献1では、回転周期の時間変化率ごとの加減速分の補正値を記憶したテーブルがあらかじめ用意され、そのテーブルを用いて曲線の推定角度が算出される。
しかしながら、特許文献1ではあらかじめ用意されたテーブルが用いられるため、特許文献1に記載の技術には、補正の精度を回路設計後に変更することが難しいという問題があることを本発明者は発見した。
具体的に、特許文献1では、例えばテーブルに回転周期の時間変化率1%ごとに補正値が記憶されていた場合に、テーブルを回転周期の時間変化率0.5%ごとに補正値を記憶したものに変更しようとした場合、時間変化率の判定方法が問題となる。判定方法は、用意したテーブルに対応してあらかじめ作成された判定用組み合わせ回路を用いる方法と、除算器を用いて回転周期の時間変化率を計算する方法とが考えられる。これらのうち、判定用組み合わせ回路を用いる方法では、テーブルが変更されると判定用組み合わせ回路を作成し直す必要がある。このため、要求される補正精度に応じてテーブルの大きさを自由に変更可能とするためには、除算器を用いる方法を採用する必要がある。しかしながら、その場合、回路規模が増大するという問題が生じる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、角度値補正回路は、回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、回転軸が等加速度運動していると仮定して回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、回転角度値と回転角度推定値とに基づいて算出された補正値を回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを備える
前記一実施の形態によれば、回路規模の増大を伴わずに、回転角度値の補正を行うことができる。
以下、図面を参照しつつ、上記課題を解決するための手段を適用した実施形態を詳細に説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、CPU(Central Processing Unit)、メモリ、又はその他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、何れかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスク)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)CD−R、CD−R/W、及び半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、応用例、詳細説明、又は補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(動作ステップ等も含む)は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、又は位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む)についても同様である。
[実施形態1]
図1は、実施形態1に係る半導体装置を含むモータ制御装置を示す。モータ制御装置100は、レゾルバ101、インバータ回路102、RDC(Resolver to Digital Converter)104、補正回路105、マイコン(マイクロコントローラ)106、及びモータ制御用タイマ107を有する。RDC104、補正回路105、マイコン106、及びモータ制御用タイマ107は、例えば半導体装置103として構成される。インバータ回路102、マイコン106、及びモータ制御用タイマ107は、モータ駆動制御部を構成する。
図1は、実施形態1に係る半導体装置を含むモータ制御装置を示す。モータ制御装置100は、レゾルバ101、インバータ回路102、RDC(Resolver to Digital Converter)104、補正回路105、マイコン(マイクロコントローラ)106、及びモータ制御用タイマ107を有する。RDC104、補正回路105、マイコン106、及びモータ制御用タイマ107は、例えば半導体装置103として構成される。インバータ回路102、マイコン106、及びモータ制御用タイマ107は、モータ駆動制御部を構成する。
モータ制御装置100は、モータ200の回転駆動を制御する。モータ200は、例えば永久磁石同期モータなどの同期モータとして構成される。モータ200は、例えば、複数極の永久磁石を有するロータと、複数の相のコイルを有するステータとを有する。モータ200は、例えば車両に搭載され、車両の走行駆動に用いられる。モータ200の用途や種類は特に限定されず、例えばモータ200が車両の走行駆動以外の用途に用いられていてもよい。
レゾルバ101は、モータ200の回転軸の回転角度に応じた信号を出力する。レゾルバ101は、モータ200の回転軸の角度位置を測定できる電子機械式センサであり、例えば回転軸と共に回転するロータと、ステータとを有する。レゾルバ101は、例えばロータ側に1つの一次巻線を有し、ステータ側に2つの二次巻線を有する。レゾルバ101は、ロータとステータとの間のリアクタンスがロータの回転角度に応じて変化するように構成されており、モータ200の回転軸の回転角度に応じた電気信号を出力する。レゾルバ101のタイプは特に限定されず、レゾルバ101に、可変リラクタンス型のレゾルバが用いられてもよい。
RDC104は、角度値変換回路であり、レゾルバ101の出力信号を、モータ200の回転軸の回転角度を示す回転角度値に変換する。RDC104は、例えばモータ200の回転軸が基準回転角度位置から1回転する間に0から所定の値まで連続的に変化するデジタル値(回転角度値)を出力する。以下では、基準回転角度位置を0°とし、また、回転角度値は12ビットの符号なし整数で表されているものとする。補正回路(角度値補正回路)105は、RDC104から出力される回転角度値を補正し、補正角度値を出力する。
インバータ回路102は、モータ200のステータの複数のコイルのそれぞれに接続される。インバータ回路102は、例えば、複数の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)を含んでおり、駆動端子が対応するステータのコイルに接続された複数のプッシュプル出力回路を有する。モータ制御用タイマ107は、インバータ回路102を通じてステータの複数の相のコイルのそれぞれに対する通電を制御する。
マイコン106は、補正回路105で補正された補正角度値、及びその他の情報を用いて、モータ200の回転駆動を制御する。マイコン106は、モータ制御用タイマ107を用いて、例えば、モータ200のステータの1つの相のコイルから他の相のコイルに励磁電流を供給する。マイコン106は、補正回路105から入力される補正角度値などに応じてモータ200の通電相を決定し、モータ制御用タイマ107に制御信号を送信する。マイコン106は、例えば図示しないアクセルセンサやブレーキセンサなどから取得された情報を用いてモータ200の回転数などを決定し、モータ200の回転駆動を制御してもよい。
[角度誤差]
図2は、RDC104が出力する回転角度値と誤差を含まない理想角度とを示す。図2において、グラフ(a)は一次誤差を示し、(b)は二次誤差を示す。例えば回転軸が一定の回転速度で等速回転運動する場合、回転角度(理想角度)は時間に対して直線的に変化する。しかしながら、RDC104が出力する回転角度値に、回転軸の1回転に対して1周期の周期性を有する誤差が含まれる場合、回転角度値は、グラフ(a)に示されるように、時間に対して直線的に変化しない。また、RDC104が出力する回転角度値に、回転軸の1回転に対して2周期の周期性を有する誤差が含まれる場合、回転角度値は、グラフ(b)に示されるように、時間に対して直線的に変化しない。
図2は、RDC104が出力する回転角度値と誤差を含まない理想角度とを示す。図2において、グラフ(a)は一次誤差を示し、(b)は二次誤差を示す。例えば回転軸が一定の回転速度で等速回転運動する場合、回転角度(理想角度)は時間に対して直線的に変化する。しかしながら、RDC104が出力する回転角度値に、回転軸の1回転に対して1周期の周期性を有する誤差が含まれる場合、回転角度値は、グラフ(a)に示されるように、時間に対して直線的に変化しない。また、RDC104が出力する回転角度値に、回転軸の1回転に対して2周期の周期性を有する誤差が含まれる場合、回転角度値は、グラフ(b)に示されるように、時間に対して直線的に変化しない。
補正回路105は、RDC104が出力する回転角度値(以下、実角度値とも呼ぶ)を、理想角度値に近づける補正を行う。補正回路105は、例えば所定の補正点で理想角度(それを推定した推定角度)と検出値である実角度値との差を求め、その差を補正値として実角度値を補正する。一次誤差を補正する場合、少なくとも90°回転するごとに推定角度及び補正値を求めることで、実角度値の誤差を低減できる。二次誤差を補正する場合は、45°ごとに推定角度及び補正値を求めることで、実角度値の誤差を低減できる。
一般に、nを正の整数として、360°/2n+1ごとに推定角度及び補正値を求めることで、n次誤差を補正することが可能である。これは、360°を2の累乗で分割した角度単位で推定角度を求めると、補正可能なn次誤差のnの最大値が一意に定まることを意味する。本実施形態では、この性質を利用し、360°を2の累乗で分割した角度単位で回転角度推定値を求め、その推定値と実角度値との差を補正値として求める。
[補正回路]
図3は、補正回路105の構成例を示す。補正回路105は、回転周期計測部151、回転速度算出部152、加速度算出部153、推定角度算出部154、補正値算出部155、及び補正値適用部156を有する。回転周期計測部151は、RDC104から回転角度値(実角度値)と、回転角度が基準位置になったことを示す0度検知信号とを入力する。回転周期計測部151は、モータ200の回転軸の回転周期を計測する。回転周期計測部151は、回転軸が所定回転角度だけ回転するのに要する時間を計測する。
図3は、補正回路105の構成例を示す。補正回路105は、回転周期計測部151、回転速度算出部152、加速度算出部153、推定角度算出部154、補正値算出部155、及び補正値適用部156を有する。回転周期計測部151は、RDC104から回転角度値(実角度値)と、回転角度が基準位置になったことを示す0度検知信号とを入力する。回転周期計測部151は、モータ200の回転軸の回転周期を計測する。回転周期計測部151は、回転軸が所定回転角度だけ回転するのに要する時間を計測する。
回転周期計測部151は、例えばRDC104から0度検知信号が入力されてから、次の0度検知信号が入力されるまでの間の時間を計測し、回転軸が360°回転(1回転)するのに要した時間を回転周期として算出する。回転周期計測部151は、例えば所定周波数のクロック信号に基づいて動作するカウンタを含む。このカウンタのカウント値は、時間に相当する。
回転速度算出部152は、回転周期計測部151で計測された回転周期に基づいて、モータ200の回転軸の回転速度を算出する。回転速度算出部152は、例えば回転軸が1回転するごとに回転速度を算出する。加速度算出部153は、回転速度算出部152が算出した回転速度に基づいて、回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの回転速度の変化率を算出する。以下では、所定回転角度は360°(1回転)であるものとして説明する。また、回転速度の区間あたりの変化率を、便宜上、加速度とも呼ぶ。
[回転速度の変化率(加速度)]
図4は、回転軸が2回転する間の回転速度の変化を示す。図4において、縦軸は回転速度を表し、横軸は時間を表す。例えば回転周期計測部151が計測した1回転目の周期がT1であり、2回点目の周期がT2であったとする。各周期において、モータ200の回転軸が等加速度運動していた、つまり回転速度が一定の割合で増加又は減少していたと仮定する。その場合、各周期の中央の時点における回転速度は、各周期の平均速度と等しくなる。回転角度値が0から4095の間の値で表される場合、1周期目の回転速度V1は、V1=4096/T1で算出され、2周期目の回転速度V2はV2=4096/T2で算出される。加速度算出部153は、例えばモータ200の回転軸が1回転するたびに、直前の周期の回転速度とその1つ前の周期の回転速度とに基づいて加速度を算出する。
図4は、回転軸が2回転する間の回転速度の変化を示す。図4において、縦軸は回転速度を表し、横軸は時間を表す。例えば回転周期計測部151が計測した1回転目の周期がT1であり、2回点目の周期がT2であったとする。各周期において、モータ200の回転軸が等加速度運動していた、つまり回転速度が一定の割合で増加又は減少していたと仮定する。その場合、各周期の中央の時点における回転速度は、各周期の平均速度と等しくなる。回転角度値が0から4095の間の値で表される場合、1周期目の回転速度V1は、V1=4096/T1で算出され、2周期目の回転速度V2はV2=4096/T2で算出される。加速度算出部153は、例えばモータ200の回転軸が1回転するたびに、直前の周期の回転速度とその1つ前の周期の回転速度とに基づいて加速度を算出する。
ここで、「加速度」は、単位時間当たりの速度の変化率を示す物理量であり、速度の変化量と、速度の変化時間との比として求められる。図4の例では、加速度は、(V2−V1)/{(T1+T2)/2}で求められる。本実施形態では、単位時間当たりの速度の変化率に代えて、回転軸が1回転する間に速度がV1からV2に変化したものとみなし、1区間を360°/2n+1として、区間あたりの回転速度の変化率を加速度として求める。具体的には、a=(V2−V1)/2n+1を、加速度として求める。
図3に戻り、回転周期計測部151は、1回転の周期の計測に加えて、kを1から2n+1までの整数として、RDC104から0度検知信号が入力されてから、実角度値が360°/2n+1のk倍に対応した値になる時刻までの時間を計測する。推定角度算出部154は、回転軸の回転速度、及び上記加速度に基づいて、回転軸が等加速度運動していると仮定して、回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値(推定角度値)を算出する。推定角度算出部154は、例えば実角度値が、360°を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時刻(時点)における回転角度推定値を算出する。
補正値算出部155は、RDC104が出力する実角度値と、推定角度算出部154が算出した回転角度推定値とに基づいて、回転角度値の補正値を算出する。補正値算出部155は、例えば実角度値と回転角度推定値との差を、実角度値が360°を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時刻における補正値として算出する。補正値適用部156は、補正値算出部155が算出した補正値を、RDC104が出力する実角度値に適用することで、補正角度値を生成する。
[演算タイミング]
図5は、補正回路における演算タイミングを示す。図5において、iは、回転軸の1回転に対応した回転周期の番号を示す2以上の整数である。i−1番目の周期が終了すると、回転周期計測部151はi−1番目の周期の開始時刻から終了時刻までの間の時間を回転周期として計測し、回転速度算出部152は、計測された回転周期に基づいてi−1番目の周期の回転速度Vi−1を算出する。i番目の周期についても、同様に、回転周期計測部151はi番目の周期の回転周期を計測し、回転速度算出部152はi番目の周期の回転速度Viを算出する。
図5は、補正回路における演算タイミングを示す。図5において、iは、回転軸の1回転に対応した回転周期の番号を示す2以上の整数である。i−1番目の周期が終了すると、回転周期計測部151はi−1番目の周期の開始時刻から終了時刻までの間の時間を回転周期として計測し、回転速度算出部152は、計測された回転周期に基づいてi−1番目の周期の回転速度Vi−1を算出する。i番目の周期についても、同様に、回転周期計測部151はi番目の周期の回転周期を計測し、回転速度算出部152はi番目の周期の回転速度Viを算出する。
加速度算出部153は、i番目の周期の回転速度Viが算出されると、i−1番目の周期の回転速度Vi−1とi番目の周期の回転速度Viとの差に基づいて、i番目の周期における加速度aiを算出する。具体的には、加速度算出部153は、加速度aiを、下記式、
ai=(Vi−Vi−1)/2n+1
により算出する。
ai=(Vi−Vi−1)/2n+1
により算出する。
推定角度算出部154は、i番目の周期において回転軸が加速度算出部153が算出した加速度aiで等加速度運動していると仮定し、等加速度運動の公式を利用して、回転角度値(実角度値)が、360°を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時刻における回転角度推定値を算出する。例えば、推定角度算出部154は、kを分割された区間の番号に対応する1から2n+1までの整数、ti(k)を、回転周期計測部151により計測された、i番目の周期において回転角度値が初期値から(360°/2n+1)×kに対応する値に到達するまでに要する時間として、i番目の周期において実角度値が360°/2n+1のk倍になる時刻の回転角度推定値Yi(k)を、下記式、
Yi(k)=Vi×ti(k)+(1/2)×ai×ti(k)×(k−2n+1)
により算出する。
Yi(k)=Vi×ti(k)+(1/2)×ai×ti(k)×(k−2n+1)
により算出する。
補正値算出部155は、推定角度算出部154が算出した回転角度推定値Yi(k)と実角度値との差を補正値として算出する。具体的には、補正値算出部155は、i番目の周期において実角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応した値となる時刻における補正値Si(k)を、
Si(k)=[(360/2n+1)×kに対応した値]−Yi(k)
により算出する。
Si(k)=[(360/2n+1)×kに対応した値]−Yi(k)
により算出する。
上記補正値Si(k)の算出は、i番目の周期が終了した後に行われる。補正値適用部156は、i番目の周期について算出された補正値Si(k)を、i+1番目の周期において得られた実角度値に適用することで補正角度値を生成する。補正値適用部156は、i番目の周期の終了後、補正値Si(k)が算出されるまで補正値の適用を行わず、補正値Si(k)が算出されると補正値の適用を開始してもよい。i+1番目の周期が終了すると、i番目の周期と同様に、回転速度Vi+1の算出、加速度ai+1の算出、回転角度推定値Yi+1(k)の算出、及び補正値Si+1(k)の算出が行われ、得られた補正値Si+1(k)が、i+2番目の周期において実角度値に適用される。
[加速度算出部]
前述した加速度の計算を回路で実施する場合、除算部分の計算は除算器を用いずに実施する可能である。図6は、加速度算出部153の構成例を示す。加速度算出部153は、桁合わせ回路131、減算器132、減算器133、及びレジスタ134を有する。ここでは、回転速度算出部152で算出される回転速度V1及びV2は、それぞれ所定ビット数の浮動小数点形式で表されているとする。例えばV1及びV2は、仮数×2指数の形式で表されている。
前述した加速度の計算を回路で実施する場合、除算部分の計算は除算器を用いずに実施する可能である。図6は、加速度算出部153の構成例を示す。加速度算出部153は、桁合わせ回路131、減算器132、減算器133、及びレジスタ134を有する。ここでは、回転速度算出部152で算出される回転速度V1及びV2は、それぞれ所定ビット数の浮動小数点形式で表されているとする。例えばV1及びV2は、仮数×2指数の形式で表されている。
桁合わせ回路131は、V1とV2の指数部を共通指数に一致させる処理を行い、指数部を一致させた場合のV1の仮数、V2の仮数、及び両者に共通の共通指数を出力する。減算器132は、桁合わせ回路131から出力されるV2の仮数からV1の仮数を減算する。減算器133は、桁合わせ回路131から出力される共通指数から、レジスタ134に格納された値を減算する。レジスタ134にはn+1の値が格納されており、減算器132で減算された値を仮数、減算器133で減算された値を指数とすることで、a=(V2−V1)/2n+1の演算結果を得ることができる。
[回転角度推定値及び補正値の算出]
図7は、実角度値と回転角度推定値とを示す。図7において、グラフ(a)はRDC104が出力する実角度値(回転角度値)を示し、グラフ(b)は推定角度算出部154が算出する回転角度推定値を示す。図7において、縦軸は回転軸の回転角度に対応した値(回転角度値)を表し、横軸は時間を表す。図7ではn=1としており、回転角度値1024は回転角度360°/4に対応し、回転角度値2048は回転角度(360°/4)×2に対応し、回転角度値3072は回転角度(360°/4)×3に対応する。回転角度値4095は回転角度360°に対応するものとみなす。
図7は、実角度値と回転角度推定値とを示す。図7において、グラフ(a)はRDC104が出力する実角度値(回転角度値)を示し、グラフ(b)は推定角度算出部154が算出する回転角度推定値を示す。図7において、縦軸は回転軸の回転角度に対応した値(回転角度値)を表し、横軸は時間を表す。図7ではn=1としており、回転角度値1024は回転角度360°/4に対応し、回転角度値2048は回転角度(360°/4)×2に対応し、回転角度値3072は回転角度(360°/4)×3に対応する。回転角度値4095は回転角度360°に対応するものとみなす。
図7に示される期間は、図4の2回転目の周期(T2)に対応する。この周期において、回転軸が等加速度運動していたとすると、グラフ(b)に示すように、回転角度推定値は時間の2乗に比例して変化する。推定角度算出部154は、時間の2乗に比例して変化する回転角度推定値のうち、実角度値が360°/2n+1の整数倍になる時刻の回転角度推定値Y2(1)、Y2(2)、Y2(3)、及びY2(4)を算出する。なお、実角度値が360°になる時刻ついては、理論上、実角度値と回転角度推定値とが一致するため、回転角度推定値の計算を省略してもよい。
具体的に、推定角度算出部154は、実角度値が1024となる時刻の回転角度推定値Y2(1)を、Y2(1)=V2×t2(1)+(1/2)×a2×t2(1)×(1−4)により算出する。推定角度算出部154は、実角度値が2048となる時刻の回転角度推定値Y2(2)を、Y2(2)=V2×t2(2)+(1/2)×a2×t2(2)×(2−4)により算出する。推定角度算出部154は、実角度値が3072となる時刻の回転角度推定値Y2(3)を、Y2(3)=V2×t2(3)+(1/2)×a2×t2(3)×(3−4)により算出する。
補正値算出部155は、実角度値が360°/2n+1の整数倍になる時刻のそれぞれについて、実角度値と上記で算出された回転角度推定値との差を補正値として算出する。具体的には、補正値算出部155は、実角度値が1024となる時刻における補正値S2(1)を、S2(1)=1024−Y2(1)により算出する。補正値算出部155は、実角度値が2048となる時刻における補正値S2(2)を、S2(2)=2048−Y2(2)により算出する。補正値算出部155は、実角度値が3072となる時刻における補正値S2(3)を、S2(3)=3072−Y2(1)により算出する。
[補正値の適用]
図8は、実角度値と補正角度値とを示す。また、図8には、補正値適用部156が適用する補正値も示されている。図8に示される周期は、図7に示される周期に後続する周期に対応する。例えば図8に示す時刻Aで補正値が算出される場合、補正値適用部156は、周期の開始から時刻Aまでは補正値の適用を行わずに実角度値をそのままマイコン106(図1を参照)に出力する。補正値適用部156は、時刻A以後は、補正値を適用した補正角度値をマイコン106に出力する。
図8は、実角度値と補正角度値とを示す。また、図8には、補正値適用部156が適用する補正値も示されている。図8に示される周期は、図7に示される周期に後続する周期に対応する。例えば図8に示す時刻Aで補正値が算出される場合、補正値適用部156は、周期の開始から時刻Aまでは補正値の適用を行わずに実角度値をそのままマイコン106(図1を参照)に出力する。補正値適用部156は、時刻A以後は、補正値を適用した補正角度値をマイコン106に出力する。
補正値適用部156は、実角度値が回転角度(360°/2n+1)の整数倍になる時刻では、例えば上記で算出されたS2(1)〜S2(3)を実角度値に適用する。補正値適用部156は、実角度値が回転角度(360°/2n+1)×(k−1)に対応する値となる時刻から回転角度(360°/2n+1)×kに対応する値となる時刻の間では、例えば、Si(0)=0と定義して、補正値Si(k−1)とSi(k)とに基づいて生成された補正値を実角度値に適用してもよい。具体的に、補正値適用部156は、実角度値が回転角度(360°/2n+1)の整数倍になる時刻の間では、補正値を例えば線形補間により求め、その補間した補正値を実角度値に適用してもよい。
[まとめ]
本実施形態では、加速度算出部153は、回転軸の1回転を2n+1で分割した区間に対する回転速度の変化率を加速度として算出する。推定角度算出部154は、回転軸が等加速度運動していると仮定し、等加速度運動の公式を利用して、実角度が360°/2n+1の整数倍となる時刻における回転角度推定値を算出する。本実施形態では、特許文献1とは異なり、テーブルを使用せずに、加速度を算出して推定角度を求めている。このようにすることで、テーブルに用意されていない幅で回転軸が加速又は減速した場合でも、回転角度推定値を算出することができる。また、本実施形態では、回転速度の差を2の累乗で除算することで加速度を算出しており、加速度の演算部分に除算器を用いる必要がない。従って、回路規模を増大させずに、RDC104が出力する回転角度値の補正を行うことができる。さらに、補正された回転角度値にモータ200を駆動制御することで、モータ200の制御精度を向上できる。
本実施形態では、加速度算出部153は、回転軸の1回転を2n+1で分割した区間に対する回転速度の変化率を加速度として算出する。推定角度算出部154は、回転軸が等加速度運動していると仮定し、等加速度運動の公式を利用して、実角度が360°/2n+1の整数倍となる時刻における回転角度推定値を算出する。本実施形態では、特許文献1とは異なり、テーブルを使用せずに、加速度を算出して推定角度を求めている。このようにすることで、テーブルに用意されていない幅で回転軸が加速又は減速した場合でも、回転角度推定値を算出することができる。また、本実施形態では、回転速度の差を2の累乗で除算することで加速度を算出しており、加速度の演算部分に除算器を用いる必要がない。従って、回路規模を増大させずに、RDC104が出力する回転角度値の補正を行うことができる。さらに、補正された回転角度値にモータ200を駆動制御することで、モータ200の制御精度を向上できる。
[実施形態2]
次いで、実施形態2を説明する。図9は、本実施形態において用いられる補正回路の構成例を示す。本実施形態において用いられる補正回路105aは、図3に示される実施形態1において用いられた補正回路105の構成要素に加えて、区間制御部157を有する。区間制御部157は、前述のnの値、つまり分割する区間の数を制御する。その他の点は、実施形態1と同様でよい。
次いで、実施形態2を説明する。図9は、本実施形態において用いられる補正回路の構成例を示す。本実施形態において用いられる補正回路105aは、図3に示される実施形態1において用いられた補正回路105の構成要素に加えて、区間制御部157を有する。区間制御部157は、前述のnの値、つまり分割する区間の数を制御する。その他の点は、実施形態1と同様でよい。
本実施形態では、区間制御部157は、モータ200(図1を参照)の回転軸の回転周期ごとに、回転速度に応じてnの値を制御する。区間制御部157は、例えば回転速度算出部152が算出した回転速度に応じて、回転速度が「高速」、「中速」、又は「低速」の何れであるかを判断し、その判断結果に応じてnの値を制御する。区間制御部157は、例えば回転速度が遅いほどnの値を大きくして、回転角度推定値及び補正値が算出される時点の数を増やし、補正の精度を高める。また、区間制御部157は、例えば回転速度が速いほどnの値を小さくして、回転角度推定値及び補正値が算出される時点の数を削減する。
区間制御部157は、例えば回転速度のしきい値Aと、それよりも大きなしきい値Bとを用いて、回転速度が「高速」、「中速」、又は「低速」の何れであるかを判断する。区間制御部157は、回転速度がしきい値Aよりも遅い場合は回転速度が「低速」であると判断し、回転速度がしきい値A以上で、かつしきい値Bよりも遅い場合は回転速度が「中速」であると判断し、回転速度がしきい値B以上の場合は回転速度が「高速」であると判断する。区間制御部157は、例えば回転速度が「低速」である場合はnの値をある値n1に設定し、回転速度が「中速」の場合はnの値をn1よりも小さいn2に設定する。また、区間制御部157は、回転速度が「高速」の場合はnの値をn2より小さいn3に設定する。
区間制御部157は、例えば図示しないレジスタにnの値を書き込む。回転周期計測部151は、レジスタに格納された値を参照し、周期の開始から、実角度値が360°/2n+1の整数倍に対応した値になる時刻までの時間を計測する。加速度算出部153は、レジスタに格納された値を参照し、回転軸の1回転を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの回転速度の変化率を算出する。また、推定角度算出部154は、レジスタに格納された値を参照し、実角度値が、360°を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時刻(時点)における回転角度推定値を算出する。さらに、補正値算出部155は、レジスタに格納された値を参照し、360°を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時刻の実角度値と回転角度推定値との差を補正値として算出する。
[動作例]
図10は、モータが低速回転している場合の実角度値と推定角度値を算出する区間の例を示す。図10において、縦軸は回転角度値を示し、横軸は時間を示す。区間制御部157は、低速回転時は、例えばnの値を「3」に設定する。その場合、推定角度算出部154は、1回転を360°/24で分割し、回転角度値が22.5°に対応した値の整数倍、つまり256の整数倍になる時刻における推定角度値を算出する。図10には、推定角度値を算出する時点が黒丸で示されており、補正値算出部155は、推定角度値が算出された各時点において補正値を算出する。
図10は、モータが低速回転している場合の実角度値と推定角度値を算出する区間の例を示す。図10において、縦軸は回転角度値を示し、横軸は時間を示す。区間制御部157は、低速回転時は、例えばnの値を「3」に設定する。その場合、推定角度算出部154は、1回転を360°/24で分割し、回転角度値が22.5°に対応した値の整数倍、つまり256の整数倍になる時刻における推定角度値を算出する。図10には、推定角度値を算出する時点が黒丸で示されており、補正値算出部155は、推定角度値が算出された各時点において補正値を算出する。
図11は、モータが中速回転している場合の実角度値と推定角度値を算出する区間の例を示す。図11において、縦軸は回転角度値を示し、横軸は時間を示す。区間制御部157は、中速回転時は、例えばnの値を「2」に設定する。その場合、推定角度算出部154は、1回転を360°/23で分割し、回転角度値が45°に対応した値の整数倍、つまり512の整数倍になる時刻における推定角度値を算出する。図11には、推定角度値を算出する時点が黒丸で示されており、補正値算出部155は、推定角度値が算出された各時点において補正値を算出する。図10と図11とを比較すると、中速回転時は、低速回転時に比べて補正値を算出する時点が減少していることがわかる。
図12は、モータが高速回転している場合の実角度値と推定角度値を算出する区間の例を示す。図12において、縦軸は回転角度値を示し、横軸は時間を示す。区間制御部157は、高速回転時は、例えばnの値を「1」に設定する。その場合、推定角度算出部154は、1回転を360°/22で分割し、回転角度値が90°に対応した値の整数倍、つまり1024の整数倍になる時刻における推定角度値を算出する。図12には、推定角度値を算出する時点が黒丸で示されており、補正値算出部155は、推定角度値が算出された各時点において補正値を算出する。図10〜図12を比較すると、高速回転時は、低速回転時及び中速回転時に比べて補正値を算出する時点が更に減少していることがわかる。
[まとめ]
本実施形態では、本実施形態では、区間制御部157は、回転周期ごとに、回転速度に応じてnの値を制御する。区間制御部157が回転速度に応じてnの値を変更することで、推定角度値及び補正値を算出する時点の数を変更することができ、補正の精度を動的に変更することができる。例えば、加速度の影響が大きい低速動作時はnの値を大きくすることで、より細かい角度間隔で推定角度値及び補正値を求めることができ、補正の精度を高くすることができる。逆に、加速度の影響が小さい高速動作時はnの値を小さくし、広い角度間隔で推定角度値及び補正値を求めることで、過剰な演算を抑えることができる。
本実施形態では、本実施形態では、区間制御部157は、回転周期ごとに、回転速度に応じてnの値を制御する。区間制御部157が回転速度に応じてnの値を変更することで、推定角度値及び補正値を算出する時点の数を変更することができ、補正の精度を動的に変更することができる。例えば、加速度の影響が大きい低速動作時はnの値を大きくすることで、より細かい角度間隔で推定角度値及び補正値を求めることができ、補正の精度を高くすることができる。逆に、加速度の影響が小さい高速動作時はnの値を小さくし、広い角度間隔で推定角度値及び補正値を求めることで、過剰な演算を抑えることができる。
[実施形態3]
続いて、実施形態3を説明する。本実施形態において使用される補正回路の構成は、図9に示される実施形態2で用いられる補正回路の構成と同様でよい。本実施形態では、モータ200の回転軸の1つの回転周期内で、RDC104が出力する実角度値に応じてnの値を制御する。例えば、区間制御部157は、実角度値がある角度範囲に含まれる場合はnの値をn3に設定し、それとは異なる角度範囲に含まれる場合はnの値をn3とは異なるn4に設定する。その他の点は、実施形態1と同様でよい。
続いて、実施形態3を説明する。本実施形態において使用される補正回路の構成は、図9に示される実施形態2で用いられる補正回路の構成と同様でよい。本実施形態では、モータ200の回転軸の1つの回転周期内で、RDC104が出力する実角度値に応じてnの値を制御する。例えば、区間制御部157は、実角度値がある角度範囲に含まれる場合はnの値をn3に設定し、それとは異なる角度範囲に含まれる場合はnの値をn3とは異なるn4に設定する。その他の点は、実施形態1と同様でよい。
ここで、実角度値に含まれる誤差は、回転軸の回転角度に依存して変化し、ある回転角度では誤差が大きいのに対し、別の回転角度では誤差が小さいことがある。区間制御部157は、例えば、複数の周期にわたって、推定角度値及び補正値が算出された時点(回転角度)のそれぞれにおける誤差(補正値の大きさ)を監視し、誤差が例えば所定のしきい値以上となる回転角度を調べる。区間制御部157は、誤差が大きい回転角度が含まれる所定の範囲では、他の範囲よりもnの値を大きくし、推定角度値算出部154及び補正値算出部155により細かい範囲で推定角度値及び補正値を算出させる。
[動作例]
図13は、モータの1回転周期における実角度値と推定角度値を算出する区間の例を示す。図13において、縦軸は回転角度値を示し、横軸は時間を示す。ここでは、例えば回転角度値が小さい範囲において実角度値に含まれる誤差が大きく、回転角度値が大きい範囲では誤差が小さい場合を想定する。
図13は、モータの1回転周期における実角度値と推定角度値を算出する区間の例を示す。図13において、縦軸は回転角度値を示し、横軸は時間を示す。ここでは、例えば回転角度値が小さい範囲において実角度値に含まれる誤差が大きく、回転角度値が大きい範囲では誤差が小さい場合を想定する。
区間制御部157は、回転角度値が0から2560までの範囲ではnの値を「3」に設定し、回転角度値が2560から4095の範囲ではnの値を「4」に設定する。その場合、回転角度値が2560から4095の範囲では、回転角度値256ごとに推定角度値及び補正値が算出され、回転角度値が2560から4095の範囲では回転角度値1024ごとに推定角度値及び補正値が算出される。このような制御を行うことで、特定の回転角度の範囲において、高い精度で実角度値を補正することができる。
[まとめ]
本実施形態では、区間制御部157は、1つの回転周期内でnの値を制御する。このようにすることで、1つに回転周期内で、実角度値に応じて推定角度値及び補正値を求める間隔を変更することができる。例えば誤差が大きく、従って補正精度を高くしたい回転角度付近では、nの値を大きくすることで、推定角度値及び補正値を細かく求めることができる。また、誤差が小さく、従って高い補正精度が要求されない回転角度の範囲では、nの値を小さくすることで、推定角度値及び補正値を荒く求めることができる。
本実施形態では、区間制御部157は、1つの回転周期内でnの値を制御する。このようにすることで、1つに回転周期内で、実角度値に応じて推定角度値及び補正値を求める間隔を変更することができる。例えば誤差が大きく、従って補正精度を高くしたい回転角度付近では、nの値を大きくすることで、推定角度値及び補正値を細かく求めることができる。また、誤差が小さく、従って高い補正精度が要求されない回転角度の範囲では、nの値を小さくすることで、推定角度値及び補正値を荒く求めることができる。
実施形態1及び実施形態2では、1つの回転周期内でnの値は一定であり、推定角度値及び補正値が等回転角度間隔で求められる。これら実施形態において、補正の精度を高めるためにnの値を大きくすると、1つの回転周期内で推定角度値及び補正値を算出する回転角度値の数が増加する。これに対し、本実施形態では、特定の回転角度範囲では狭い回転角度間隔で推定角度値及び補正値を求め、他の回転角度範囲では広い回転角度間隔で推定角度値及び補正値を求めることができる。このため、例えば1つの回転周期内で推定角度値及び補正値を算出する回転角度値の数の増大を抑制しつつ、必要な補正の精度で実角度値を補正することが可能でわる。
[変形例]
なお、実施形態2及び実施形態3では、区間制御部157が補正回路105aに含まれる例を説明したが、これには限定されない。補正回路105aが区間制御部157を有するのに代えて、マイコン106(図1を参照)などが区間制御部157を有していてもよい。また、上記各実施形態では、半導体装置103がRDC104を含む例を説明したが、これには限定されない。RDC104は、補正回路105が含まれる半導体装置とは異なる半導体装置として構成されていてもよい。
なお、実施形態2及び実施形態3では、区間制御部157が補正回路105aに含まれる例を説明したが、これには限定されない。補正回路105aが区間制御部157を有するのに代えて、マイコン106(図1を参照)などが区間制御部157を有していてもよい。また、上記各実施形態では、半導体装置103がRDC104を含む例を説明したが、これには限定されない。RDC104は、補正回路105が含まれる半導体装置とは異なる半導体装置として構成されていてもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
[付記1]
回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバを用いて回転角度が検出される回転軸の回転周期を計測する回転周期計測部と、
前記回転周期に基づいて前記回転軸の回転速度を算出する回転速度算出部と、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、
前記レゾルバの出力信号から変換された回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを備える角度値補正回路。
回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバを用いて回転角度が検出される回転軸の回転周期を計測する回転周期計測部と、
前記回転周期に基づいて前記回転軸の回転速度を算出する回転速度算出部と、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、
前記レゾルバの出力信号から変換された回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを備える角度値補正回路。
[付記2]
前記推定角度算出部は、前記回転角度値が前記所定回転角度を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時点における前記回転角度推定値を算出する付記1に記載の角度値補正回路。
前記推定角度算出部は、前記回転角度値が前記所定回転角度を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時点における前記回転角度推定値を算出する付記1に記載の角度値補正回路。
[付記3]
前記補正値算出部は、前記回転角度値と前記回転角度推定値との差を、前記回転角度値が前記所定回転角度を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時点における補正値として算出する付記2に記載の角度値補正回路。
前記補正値算出部は、前記回転角度値と前記回転角度推定値との差を、前記回転角度値が前記所定回転角度を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時点における補正値として算出する付記2に記載の角度値補正回路。
[付記4]
前記回転速度算出部は、前記回転軸が前記所定回転角度だけ回転するごとに前記回転速度を算出する付記1に記載の角度値補正回路。
前記回転速度算出部は、前記回転軸が前記所定回転角度だけ回転するごとに前記回転速度を算出する付記1に記載の角度値補正回路。
[付記5]
前記所定回転角度は360°である付記1に記載の角度値補正回路。
前記所定回転角度は360°である付記1に記載の角度値補正回路。
[付記6]
前記加速度算出部は、iを前記回転軸の1回転に対応した回転周期の番号を示す2以上の整数、Viをi番目の周期における前記回転速度、Vi−1をi−1番目の周期における前記回転速度として、i番目の周期における前記回転速度の変化率aiを、下記式、
ai=(Vi−Vi−1)/2n+1
により算出する付記5に記載の角度値補正回路。
前記加速度算出部は、iを前記回転軸の1回転に対応した回転周期の番号を示す2以上の整数、Viをi番目の周期における前記回転速度、Vi−1をi−1番目の周期における前記回転速度として、i番目の周期における前記回転速度の変化率aiを、下記式、
ai=(Vi−Vi−1)/2n+1
により算出する付記5に記載の角度値補正回路。
[付記7]
前記回転速度Vi及びVi−1は所定ビット数の浮動小数点形式で表されており、
前記加速度算出部は、
前記回転速度Viの指数部と前記回転速度Vi−1の指数部とを共通指数に一致させ、かつ指数部を前記共通指数とした場合のViの仮数とVi−1の仮数とを生成する桁合わせ回路と、
前記指数部を共通指数部とした場合のViの仮数からVi−1の仮数を減算する第1の減算器と、
前記共通指数からn+1を減算する第2の減算器とを有する付記6に記載の角度値補正回路。
前記回転速度Vi及びVi−1は所定ビット数の浮動小数点形式で表されており、
前記加速度算出部は、
前記回転速度Viの指数部と前記回転速度Vi−1の指数部とを共通指数に一致させ、かつ指数部を前記共通指数とした場合のViの仮数とVi−1の仮数とを生成する桁合わせ回路と、
前記指数部を共通指数部とした場合のViの仮数からVi−1の仮数を減算する第1の減算器と、
前記共通指数からn+1を減算する第2の減算器とを有する付記6に記載の角度値補正回路。
[付記8]
前記推定角度算出部は、kを前記分割された区間の番号に対応する1から2n+1までの整数、ti(k)をi番目の周期において前記回転角度値が初期値から(360°/2n+1)×kに対応する値に到達するまでに要する時間に対応する値として、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応する値となる時点における前記回転角度推定値Yi(k)を、下記式、
Yi(k)=Vi×ti(k)+(1/2)×ai×ti(k)×(k−2n+1)
により算出する付記6に記載の角度値補正回路。
前記推定角度算出部は、kを前記分割された区間の番号に対応する1から2n+1までの整数、ti(k)をi番目の周期において前記回転角度値が初期値から(360°/2n+1)×kに対応する値に到達するまでに要する時間に対応する値として、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応する値となる時点における前記回転角度推定値Yi(k)を、下記式、
Yi(k)=Vi×ti(k)+(1/2)×ai×ti(k)×(k−2n+1)
により算出する付記6に記載の角度値補正回路。
[付記9]
前記補正値算出部は、i番目の周期において、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応した値となる時点における補正値Si(k)を、
Si(k)=[(360/2n+1)×kに対応した値]−Yi(k)
により算出する付記8に記載の角度値補正回路。
前記補正値算出部は、i番目の周期において、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応した値となる時点における補正値Si(k)を、
Si(k)=[(360/2n+1)×kに対応した値]−Yi(k)
により算出する付記8に記載の角度値補正回路。
[付記10]
前記回転角度値が回転角度0°に対応する値となる時点における補正値Si(0)をSi(0)=0と定義して、
前記補正値適用部は、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×(k−1)に対応する値となる時点から、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応する値となる時点の間では、補正値Si(k−1)とSi(k)とに基づいて生成された補正値を前記回転角度値に適用する付記9に記載の角度値補正回路。
前記回転角度値が回転角度0°に対応する値となる時点における補正値Si(0)をSi(0)=0と定義して、
前記補正値適用部は、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×(k−1)に対応する値となる時点から、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応する値となる時点の間では、補正値Si(k−1)とSi(k)とに基づいて生成された補正値を前記回転角度値に適用する付記9に記載の角度値補正回路。
[付記11]
前記補正値適用部は、i番目の周期において算出された補正値Si(k)を、i+1番目の周期において得られた回転角度値に適用することで前記補正角度値を生成する付記9に記載の角度値補正回路。
前記補正値適用部は、i番目の周期において算出された補正値Si(k)を、i+1番目の周期において得られた回転角度値に適用することで前記補正角度値を生成する付記9に記載の角度値補正回路。
[付記12]
前記補正値適用部は、i+1番目の周期の開始後、前記補正値が算出されるまで前記補正値の適用を行わず、前記補正値が算出されると前記補正値の適用を開始する付記11に記載の角度値補正回路。
前記補正値適用部は、i+1番目の周期の開始後、前記補正値が算出されるまで前記補正値の適用を行わず、前記補正値が算出されると前記補正値の適用を開始する付記11に記載の角度値補正回路。
[付記13]
前記nの値を制御する区間制御部を更に有する付記1に記載の角度値補正回路。
前記nの値を制御する区間制御部を更に有する付記1に記載の角度値補正回路。
[付記14]
前記区間制御部は、前記回転軸の回転周期ごとに前記回転速度に応じて前記nの値を制御する付記13に記載の角度値補正回路。
前記区間制御部は、前記回転軸の回転周期ごとに前記回転速度に応じて前記nの値を制御する付記13に記載の角度値補正回路。
[付記15]
前記区間制御部は、前記回転速度が第1の速度の場合は前記nの値を第1の値に設定し、前記回転速度が前記第1の速度よりも速い第2の速度の場合は前記nの値を前記第1の値よりも小さい第2の値に設定する付記14に記載の角度値補正回路。
前記区間制御部は、前記回転速度が第1の速度の場合は前記nの値を第1の値に設定し、前記回転速度が前記第1の速度よりも速い第2の速度の場合は前記nの値を前記第1の値よりも小さい第2の値に設定する付記14に記載の角度値補正回路。
[付記16]
前記区間制御部は、前記回転軸の1つの回転周期内で、前記回転角度値に応じて前記nの値を制御する付記13に記載の角度値補正回路。
前記区間制御部は、前記回転軸の1つの回転周期内で、前記回転角度値に応じて前記nの値を制御する付記13に記載の角度値補正回路。
[付記17]
前記区間制御部は、前記回転角度値が第1の範囲に含まれる場合は前記nの値を第3の値に設定し、前記回転角度値が前記第1の範囲とは異なる第2の範囲に含まれる場合は前記nの値を前記第3の値とは異なる第4の値に設定する付記16に記載の角度値補正回路。
前記区間制御部は、前記回転角度値が第1の範囲に含まれる場合は前記nの値を第3の値に設定し、前記回転角度値が前記第1の範囲とは異なる第2の範囲に含まれる場合は前記nの値を前記第3の値とは異なる第4の値に設定する付記16に記載の角度値補正回路。
[付記18]
回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバの出力信号を回転角度値に変換する角度値変換器と、
前記回転角度値を補正した補正角度値を出力する角度値補正回路とを備え、
前記角度値補正回路は、
前記回転軸の回転周期を計測する回転周期計測部と、
前記回転周期に基づいて前記回転軸の回転速度を算出する回転速度算出部と、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、
前記回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを備える半導体装置。
回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバの出力信号を回転角度値に変換する角度値変換器と、
前記回転角度値を補正した補正角度値を出力する角度値補正回路とを備え、
前記角度値補正回路は、
前記回転軸の回転周期を計測する回転周期計測部と、
前記回転周期に基づいて前記回転軸の回転速度を算出する回転速度算出部と、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、
前記回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを備える半導体装置。
[付記19]
モータの回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバと、
前記レゾルバの出力信号を回転角度値に変換する角度値変換器と、
前記回転角度値を補正した補正角度値を出力する角度値補正回路と、
前記回転角度値に基づいて前記モータを回転駆動するモータ駆動制御部とを備え、
前記角度値補正回路は、
前記回転軸の回転周期を計測する回転周期計測部と、
前記回転周期に基づいて前記回転軸の回転速度を算出する回転速度算出部と、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、
前記回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを有するモータ制御装置。
モータの回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバと、
前記レゾルバの出力信号を回転角度値に変換する角度値変換器と、
前記回転角度値を補正した補正角度値を出力する角度値補正回路と、
前記回転角度値に基づいて前記モータを回転駆動するモータ駆動制御部とを備え、
前記角度値補正回路は、
前記回転軸の回転周期を計測する回転周期計測部と、
前記回転周期に基づいて前記回転軸の回転速度を算出する回転速度算出部と、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、
前記回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを有するモータ制御装置。
[付記20]
回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバを用いて回転角度が検出される回転軸の回転速度を算出し、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出し、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出し、
前記レゾルバの出力信号から変換された回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出し、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する角度値補正方法。
回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバを用いて回転角度が検出される回転軸の回転速度を算出し、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出し、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出し、
前記レゾルバの出力信号から変換された回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出し、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する角度値補正方法。
100:モータ制御装置
101:レゾルバ
102:インバータ回路
103:半導体装置
104:RDC
105:補正回路
106:マイコン
107:モータ制御用タイマ
131:桁合わせ回路
132、133:減算器
134:レジスタ
151:回転周期計測部
152:回転速度算出部
153:加速度算出部
154:推定角度算出部
155:補正値算出部
156:補正値適用部
157:区間制御部
200:モータ
101:レゾルバ
102:インバータ回路
103:半導体装置
104:RDC
105:補正回路
106:マイコン
107:モータ制御用タイマ
131:桁合わせ回路
132、133:減算器
134:レジスタ
151:回転周期計測部
152:回転速度算出部
153:加速度算出部
154:推定角度算出部
155:補正値算出部
156:補正値適用部
157:区間制御部
200:モータ
Claims (19)
- 回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバを用いて回転角度が検出される回転軸の回転周期を計測する回転周期計測部と、
前記回転周期に基づいて前記回転軸の回転速度を算出する回転速度算出部と、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、
前記レゾルバの出力信号から変換された回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを備える角度値補正回路。 - 前記推定角度算出部は、前記回転角度値が前記所定回転角度を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時点における前記回転角度推定値を算出する請求項1に記載の角度値補正回路。
- 前記補正値算出部は、前記回転角度値と前記回転角度推定値との差を、前記回転角度値が前記所定回転角度を2n+1で除算した角度の整数倍に対応した値となる時点における補正値として算出する請求項2に記載の角度値補正回路。
- 前記回転速度算出部は、前記回転軸が前記所定回転角度だけ回転するごとに前記回転速度を算出する請求項1に記載の角度値補正回路。
- 前記所定回転角度は360°である請求項1に記載の角度値補正回路。
- 前記加速度算出部は、iを前記回転軸の1回転に対応した回転周期の番号を示す2以上の整数、Viをi番目の周期における前記回転速度、Vi−1をi−1番目の周期における前記回転速度として、i番目の周期における前記回転速度の変化率aiを、下記式、
ai=(Vi−Vi−1)/2n+1
により算出する請求項5に記載の角度値補正回路。 - 前記回転速度Vi及びVi−1は所定ビット数の浮動小数点形式で表されており、
前記加速度算出部は、
前記回転速度Viの指数部と前記回転速度Vi−1の指数部とを共通指数に一致させ、かつ指数部を前記共通指数とした場合のViの仮数とVi−1の仮数とを生成する桁合わせ回路と、
前記指数部を共通指数部とした場合のViの仮数からVi−1の仮数を減算する第1の減算器と、
前記共通指数からn+1を減算する第2の減算器とを有する請求項6に記載の角度値補正回路。 - 前記推定角度算出部は、kを前記分割された区間の番号に対応する1から2n+1までの整数、ti(k)をi番目の周期において前記回転角度値が初期値から(360°/2n+1)×kに対応する値に到達するまでに要する時間に対応する値として、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応する値となる時点における前記回転角度推定値Yi(k)を、下記式、
Yi(k)=Vi×ti(k)+(1/2)×ai×ti(k)×(k−2n+1)
により算出する請求項6に記載の角度値補正回路。 - 前記補正値算出部は、i番目の周期において、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応した値となる時点における補正値Si(k)を、
Si(k)=[(360/2n+1)×kに対応した値]−Yi(k)
により算出する請求項8に記載の角度値補正回路。 - 前記回転角度値が回転角度0°に対応する値となる時点における補正値Si(0)をSi(0)=0と定義して、
前記補正値適用部は、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×(k−1)に対応する値となる時点から、前記回転角度値が回転角度(360°/2n+1)×kに対応する値となる時点の間では、補正値Si(k−1)とSi(k)とに基づいて生成された補正値を前記回転角度値に適用する請求項9に記載の角度値補正回路。 - 前記補正値適用部は、i番目の周期において算出された補正値Si(k)を、i+1番目の周期において得られた回転角度値に適用することで前記補正角度値を生成する請求項9に記載の角度値補正回路。
- 前記補正値適用部は、i+1番目の周期の開始後、前記補正値が算出されるまで前記補正値の適用を行わず、前記補正値が算出されると前記補正値の適用を開始する請求項11に記載の角度値補正回路。
- 前記nの値を制御する区間制御部を更に有する請求項1に記載の角度値補正回路。
- 前記区間制御部は、前記回転軸の回転周期ごとに前記回転速度に応じて前記nの値を制御する請求項13に記載の角度値補正回路。
- 前記区間制御部は、前記回転速度が第1の速度の場合は前記nの値を第1の値に設定し、前記回転速度が前記第1の速度よりも速い第2の速度の場合は前記nの値を前記第1の値よりも小さい第2の値に設定する請求項14に記載の角度値補正回路。
- 前記区間制御部は、前記回転軸の1つの回転周期内で、前記回転角度値に応じて前記nの値を制御する請求項13に記載の角度値補正回路。
- 前記区間制御部は、前記回転角度値が第1の範囲に含まれる場合は前記nの値を第3の値に設定し、前記回転角度値が前記第1の範囲とは異なる第2の範囲に含まれる場合は前記nの値を前記第3の値とは異なる第4の値に設定する請求項16に記載の角度値補正回路。
- 回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバの出力信号を回転角度値に変換する角度値変換器と、
前記回転角度値を補正した補正角度値を出力する角度値補正回路とを備え、
前記角度値補正回路は、
前記回転軸の回転周期を計測する回転周期計測部と、
前記回転周期に基づいて前記回転軸の回転速度を算出する回転速度算出部と、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出する加速度算出部と、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出する推定角度算出部と、
前記回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する補正値適用部とを備える半導体装置。 - 回転軸の回転角度に応じた信号を出力するレゾルバを用いて回転角度が検出される回転軸の回転速度を算出し、
nを1以上の整数として、前記回転速度に基づいて、前記回転軸の所定回転角度を2n+1の区間に分割した場合の区間あたりの前記回転速度の変化率を算出し、
前記回転速度、及び前記変化率に基づいて、前記回転軸が等加速度運動していると仮定して、前記回転軸の回転角度の推定値である回転角度推定値を算出し、
前記レゾルバの出力信号から変換された回転角度値と前記回転角度推定値とに基づいて、前記回転角度値の補正値を算出し、
前記補正値を前記回転角度値に適用して補正角度値を生成する角度値補正方法。
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EP18194400.0A EP3483560B1 (en) | 2017-11-09 | 2018-09-14 | Semiconductor device, angle value correction circuit and method therefor |
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---|---|---|---|
JP2017216145A JP2019086451A (ja) | 2017-11-09 | 2017-11-09 | 半導体装置、角度値補正回路、及び方法 |
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