JP4521258B2 - 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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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 (2)
- レゾルバからの第1の信号に基づいて第2の信号を出力する差動入力手段と、
前記第1の信号に基づいて第3の信号を出力するシングルエンド入力手段と、
前記第2の信号に基づいてレゾルバ回転角の推定値を出力するレゾルバ/デジタル変換部と、
前記第3の信号に基づいてデジタル値を出力するA/D変換器と、
前記推定値と前記デジタル値とに基づいてレゾルバの故障を検出する演算部とを有するレゾルバ/デジタル変換器。 - レゾルバからの第1の信号に基づいて第2の信号を出力する差動入力手段と、
前記第1の信号に基づいて第3の信号を出力するシングルエンド入力手段と、
前記第2の信号に基づいてデジタル値を出力するA/D変換器と、
前記第3の信号に基づいてレゾルバ回転角の推定値を出力するレゾルバ/デジタル変換部と、
前記推定値と前記デジタル値とに基づいてレゾルバの故障を検出する演算部とを有するレゾルバ/デジタル変換器。
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