JP4862485B2 - Resolver digital converter, rotation angle position detection device, and rotation machine control device - Google Patents
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Description
本発明は、レゾルバ等の回転角度センサに用いるレゾルバデジタルコンバータに係り、特に、コストを低減し、角度検出を精度よく行うのに好適なレゾルバデジタルコンバータ、回転角度位置検出装置および回転機械制御装置に関する。 The present invention relates to a resolver digital converter used for a rotation angle sensor such as a resolver, and more particularly to a resolver digital converter, a rotation angle position detection device, and a rotary machine control device suitable for reducing cost and performing angle detection with high accuracy. .
ロータの回転角度を検出するセンサとしては、交流励磁を利用する2相のレゾルバ、または正弦波状に着磁したロータと2個の半導体磁気センサからなる回転角度センサ等が用いられている。リラクタンス型のレゾルバは、モータ等の回転軸に回転自在に取り付けられ、ロータとステータの間のリアクタンスがロータの位置により変化し、その変化に応じた交流信号を出力する。着磁ロータと半導体磁気センサによる回転角度センサは、ロータの位置により変化する磁束密度に比例する直流信号を出力する。これら回転角度センサから得られる角度検出信号は、位相が90°異なるcos相とsin相の2相のアナログ信号であり、レゾルバデジタルコンバータ(RDC:Resolver Digital Converter、以下RDCと略記する。)により処理される。 As a sensor for detecting the rotation angle of the rotor, a two-phase resolver using AC excitation, a rotation angle sensor composed of a rotor magnetized in a sine wave and two semiconductor magnetic sensors, or the like is used. The reluctance type resolver is rotatably attached to a rotation shaft such as a motor, and reactance between the rotor and the stator changes depending on the position of the rotor, and an AC signal corresponding to the change is output. A rotation angle sensor composed of a magnetized rotor and a semiconductor magnetic sensor outputs a DC signal proportional to the magnetic flux density that changes depending on the position of the rotor. The angle detection signals obtained from these rotation angle sensors are two-phase analog signals of a cos phase and a sin phase that are 90 ° out of phase, and are processed by a resolver digital converter (RDC: Resolver Digital Converter, hereinafter abbreviated as RDC). Is done.
RDCは、回転角度センサから角度検出信号を入力し、入力した角度検出信号に基づいてロータの回転角度位置をデジタルデータである位置検出データとして出力する。RDCとしては、電気回路により位置検出データを得るものと、角度検出信号をA/Dコンバータで変換して得られたデジタルデータに基づいて演算器により位置検出データを算出するものが知られている。 The RDC receives an angle detection signal from the rotation angle sensor, and outputs the rotation angle position of the rotor as position detection data which is digital data based on the input angle detection signal. There are known RDCs that obtain position detection data by an electric circuit and those that calculate position detection data by an arithmetic unit based on digital data obtained by converting an angle detection signal by an A / D converter. .
回転角度センサとRDCによる回転角度の検出には様々な誤差が伴う。角度検出信号は、例えば、センサの感度差やRDC内の増幅度の差により振幅に差異がでる。また、検波回路、増幅回路またはA/Dコンバータによりオフセットが加わる。
誤差に対する対策として、例えば、特許文献1に開示されているように、2相の角度検出信号の振幅があらかじめ等しくなるように製作し、周囲温度等によって振幅が等しく変化する場合には、自動利得制御手段を備えればよいし、また、あらかじめオフセットが分かっている場合には、自動利得制御手段の前段で減算を行えばよい。
Various errors are involved in the detection of the rotation angle by the rotation angle sensor and the RDC. The angle detection signal has a difference in amplitude due to, for example, a difference in sensitivity between sensors and a difference in amplification degree in the RDC. Further, an offset is added by a detection circuit, an amplification circuit, or an A / D converter.
As a countermeasure against the error, for example, as disclosed in
また、特許文献2に開示されているように、RDCのCPUがA/Dコンバータから取り込んだ2相のデジタルデータに基づいて誤差を含んだ回転角度位置を算出し、算出した回転角度位置に基づいてROMから補正値を読み出し、誤差を補正した回転角度位置を算出する方法もある。
しかしながら、特許文献1記載の技術にあっては、2相の角度検出信号の振幅が等しくなるように製作するには、あらかじめ感度が等しい2つのセンサを選別したり、電気回路の利得やオフセットを厳密に調整したりするなどの対策が必要となる。また、ロータの偏心、着磁位置のずれまたは磁気回路の形状誤差といった機械的な誤差のために2次または3次の歪信号が発生するので、機械的に厳密な組立と調整も必要となる。したがって、コスト高になるという問題があった。
However, in the technique described in
また、特許文献2記載の技術にあっては、ROMの補正値に基づいて回転角度位置を補正するため、RDCの分解能に応じて補正値を記憶しなければならず、RDCの分解能が高い場合には、ROMのデータ量が大容量となり、実装スペースを要しコスト高になるという問題があった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、コストを低減し、角度検出を精度よく行うのに好適なレゾルバデジタルコンバータ、回転角度位置検出装置および回転機械制御装置を提供することを目的としている。
In the technique described in
Therefore, the present invention has been made paying attention to such an unsolved problem of the conventional technology, and is a resolver digital converter, a rotation angle suitable for reducing the cost and accurately performing the angle detection. An object of the present invention is to provide a position detection device and a rotary machine control device.
〔発明1〕 上記目的を達成するために、発明1のレゾルバデジタルコンバータは、回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる2つの角度検出信号を出力する回転角度センサから前記角度検出信号を入力し、入力した角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を検出するレゾルバデジタルコンバータであって、記憶手段と、前記2つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータを算出して前記記憶手段に記憶する誤差パラメータ算出手段と、前記記憶手段の誤差パラメータおよび前記2つの角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を算出する回転角度位置算出手段と、前記2つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ai、biを取得するサンプリング値取得手段とを備え、前記誤差パラメータ算出手段は、前記2つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ai、biに基づいて、各相の基本波成分の振幅A、B、各相のオフセットC、D、2次歪成分の基本波成分に対する振幅比g、2次歪成分の初期位相α、3次歪成分の基本波成分に対する振幅比h、および3次歪成分の初期位相βを含む誤差パラメータを算出し、前記回転角度位置算出手段は、3次歪成分の基本波成分に対する振幅比h=0とし、誤差パラメータA、B、g、C、D、cosα、sinαに基づいて前記回転角度位置を算出する。
ai=A{cosθi+gcos(2θi+α)+hcos(3θi+β)}+C
bi=B{sinθi−gcos(2θi+α)−hsin(3θi+β)}+D
ただし、i=1、…、6とし、θi+1=θi+60°とする。
このような構成であれば、誤差パラメータ算出手段により、2つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータが算出され、算出された誤差パラメータが記憶手段に記憶される。そして、回転角度位置算出手段により、記憶手段の誤差パラメータおよび2つの角度検出信号に基づいて回転子の回転角度位置が算出される。
すなわち、サンプリング値取得手段により、サンプリング値ai、biが取得され、誤差パラメータ算出手段により、取得されたサンプリング値ai、biに基づいて、各相の基本波成分の振幅A、B、各相のオフセットC、D、2次歪成分の基本波成分に対する振幅比g、2次歪成分の初期位相α、3次歪成分の基本波成分に対する振幅比h、および3次歪成分の初期位相βを含む誤差パラメータが算出される。
また、回転角度位置算出手段により、誤差パラメータA、B、g、C、D、cosα、sinαに基づいて上記回転角度位置が算出される。
[Invention 1] In order to achieve the above object, the resolver digital converter of
a i = A {cos θ i + g cos (2θ i + α) + h cos (3θ i + β)} + C
b i = B {sin θ i −g cos (2θ i + α) −h sin (3θ i + β)} + D
However, i = 1,..., 6 and θ i + 1 = θ i + 60 °.
With such a configuration, the error parameter calculation unit calculates the error parameter based on the two angle detection signals, and stores the calculated error parameter in the storage unit. Then, the rotation angle position calculation means calculates the rotation angle position of the rotor based on the error parameter of the storage means and the two angle detection signals.
That is, the sampling value obtaining means, the sampling values a i, b i is obtained by the error parameter-calculating means, the obtained sampled values a i, based on b i, of each phase of the fundamental wave component amplitude A, B , Offsets C and D of each phase, amplitude ratio g of second-order distortion component to fundamental wave component, initial phase α of second-order distortion component, amplitude ratio h of third-order distortion component to fundamental wave component, and third-order distortion component An error parameter including the initial phase β is calculated.
Further, the rotation angle position calculation means calculates the rotation angle position based on the error parameters A, B, g, C, D, cos α, and sin α.
〔発明2〕 さらに、発明2のレゾルバデジタルコンバータは、回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる2つの角度検出信号を出力する回転角度センサから前記角度検出信号を入力し、入力した角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を検出するレゾルバデジタルコンバータであって、記憶手段と、前記2つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータを算出して前記記憶手段に記憶する誤差パラメータ算出手段と、前記記憶手段の誤差パラメータおよび前記2つの角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を算出する回転角度位置算出手段と、前記2つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ai、biを取得するサンプリング値取得手段とを備え、前記誤差パラメータ算出手段は、前記2つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ai、biに基づいて、各相の基本波成分の振幅A、B、各相のオフセットC、D、2次歪成分の基本波成分に対する振幅比g、2次歪成分の初期位相α、3次歪成分の基本波成分に対する振幅比h、および3次歪成分の初期位相βを含む誤差パラメータを算出し、前記回転角度位置算出手段は、2次歪成分の基本波成分に対する振幅比g=0とし、誤差パラメータA、B、h、C、D、cosβ、sinβに基づいて前記回転角度位置を算出する。
ai=A{cosθi+gcos(2θi+α)+hcos(3θi+β)}+C
bi=B{sinθi−gcos(2θi+α)−hsin(3θi+β)}+D
ただし、i=1、…、6とし、θi+1=θi+60°とする。
このような構成であれば、誤差パラメータ算出手段により、2つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータが算出され、算出された誤差パラメータが記憶手段に記憶される。そして、回転角度位置算出手段により、記憶手段の誤差パラメータおよび2つの角度検出信号に基づいて回転子の回転角度位置が算出される。
すなわち、サンプリング値取得手段により、サンプリング値ai、biが取得され、誤差パラメータ算出手段により、取得されたサンプリング値ai、biに基づいて、各相の基本波成分の振幅A、B、各相のオフセットC、D、2次歪成分の基本波成分に対する振幅比g、2次歪成分の初期位相α、3次歪成分の基本波成分に対する振幅比h、および3次歪成分の初期位相βを含む誤差パラメータが算出される。
また、回転角度位置算出手段により、誤差パラメータA、B、h、C、D、cosβ、sinβに基づいて上記回転角度位置が算出される。
[Invention 2] Furthermore, the resolver digital converter of
a i = A {cos θ i + g cos (2θ i + α) + h cos (3θ i + β)} + C
b i = B {sin θ i −g cos (2θ i + α) −h sin (3θ i + β)} + D
However, i = 1,..., 6 and θ i + 1 = θ i + 60 °.
With such a configuration, the error parameter calculation unit calculates the error parameter based on the two angle detection signals, and stores the calculated error parameter in the storage unit. Then, the rotation angle position calculation means calculates the rotation angle position of the rotor based on the error parameter of the storage means and the two angle detection signals.
That is, the sampling value obtaining means, the sampling values a i, b i is obtained by the error parameter-calculating means, the obtained sampled values a i, based on b i, of each phase of the fundamental wave component amplitude A, B , Offsets C and D of each phase, amplitude ratio g of second-order distortion component to fundamental wave component, initial phase α of second-order distortion component, amplitude ratio h of third-order distortion component to fundamental wave component, and third-order distortion component An error parameter including the initial phase β is calculated.
Further, the rotation angle position calculation means calculates the rotation angle position based on the error parameters A, B, h, C, D, cos β, and sin β.
〔発明3〕 一方、上記目的を達成するために、発明3の回転角度位置検出装置は、回転子の回転角度に応じて変化する位相の異なる2つの角度検出信号を出力する回転角度センサと、発明1又は2のレゾルバデジタルコンバータとを備える。
このような構成であれば、発明1又は2のレゾルバデジタルコンバータと同等の作用が得られる。
〔発明4〕 一方、上記目的を達成するために、発明4の回転機械制御装置は、回転機械の回転状態を制御する回転機械制御装置であって、発明3の回転角度位置検出装置を備える。
このような構成であれば、発明3の回転角度位置検出装置と同等の作用が得られる。
[Invention 3 ] On the other hand, in order to achieve the above object, the rotation angle position detection device of Invention 3 includes a rotation angle sensor that outputs two angle detection signals having different phases that change according to the rotation angle of the rotor, The resolver digital converter of the
With such a configuration, an action equivalent to that of the resolver digital converter according to the first or second aspect of the invention can be obtained.
[Invention 4 ] On the other hand, in order to achieve the above object, the rotating machine control device of Invention 4 is a rotating machine control device that controls the rotation state of the rotating machine, and includes the rotation angle position detection device of Invention 3 .
With such a configuration, an action equivalent to that of the rotation angle position detection apparatus of the invention 3 can be obtained.
以上説明したように、発明1のレゾルバデジタルコンバータによれば、誤差パラメータに基づいて回転角度位置が算出されるので、従来に比して、角度検出信号に誤差が生じても、精度のよい角度検出を行うことができるという効果が得られる。さらに、電気的または機械的に厳密な選別や調整が不要となり、また、分解能に応じて誤差パラメータのデータ容量が増加せず、記憶手段の記憶容量を小さくできるので、従来に比して、コストを低減することができるという効果が得られる。特に、2次歪成分および3次歪成分を考慮した誤差パラメータを算出することができるので、さらに精度のよい角度検出を行うことができるという効果が得られる。また、h=0と見なすことで、回転角度位置の算出を簡易に行うことができる。 As described above, according to the resolver digital converter of the first aspect, the rotation angle position is calculated based on the error parameter. Therefore, even if an error occurs in the angle detection signal, a more accurate angle than in the conventional case. The effect that it can detect is acquired. Furthermore, it is not necessary to perform electrical or mechanical strict sorting and adjustment, and the data capacity of the error parameter does not increase according to the resolution, and the storage capacity of the storage means can be reduced. The effect that can be reduced is obtained. In particular, since the error parameter can be calculated in consideration of the second-order distortion component and the third-order distortion component, it is possible to obtain an effect that more accurate angle detection can be performed. Further, by assuming that h = 0, the rotation angle position can be easily calculated.
さらに、発明2のレゾルバデジタルコンバータによれば、誤差パラメータに基づいて回転角度位置が算出されるので、従来に比して、角度検出信号に誤差が生じても、精度のよい角度検出を行うことができるという効果が得られる。さらに、電気的または機械的に厳密な選別や調整が不要となり、また、分解能に応じて誤差パラメータのデータ容量が増加せず、記憶手段の記憶容量を小さくできるので、従来に比して、コストを低減することができるという効果が得られる。特に、2次歪成分および3次歪成分を考慮した誤差パラメータを算出することができるので、さらに精度のよい角度検出を行うことができるという効果が得られる。また、g=0と見なすことで、回転角度位置の算出を簡易に行うことができる。
Furthermore, according to the resolver digital converter of the
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図1ないし図5は、本発明に係るレゾルバデジタルコンバータ、回転角度位置検出装置および回転機械制御装置の実施の形態を示す図である。
まず、回転角度位置検出装置の構成を説明する。
図1は、回転角度位置検出装置の構成を示すブロック図である。
回転角度位置検出装置は、図1に示すように、モータ等の回転軸に回転自在に取り付けられた2相のレゾルバ10と、レゾルバ10からの角度検出信号であるレゾルバ信号に基づいて回転軸の回転角度位置を位置検出データとして検出するRDC20とを有して構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 5 are diagrams showing embodiments of a resolver digital converter, a rotation angle position detection device, and a rotary machine control device according to the present invention.
First, the configuration of the rotation angle position detection device will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the rotation angle position detection device.
As shown in FIG. 1, the rotational angle position detection device includes a two-
レゾルバ10は、円筒状のステータと、回転軸を把持してステータ内に回転自在に配設されたロータとで構成されており、ロータとステータとの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、ロータの1回転につきリラクタンス変化の基本波成分が1周期となるように構成されている。すなわち、ロータの内径中心をステータの内径中心と一致させ、ロータの外形中心をその内径中心から一定の偏心量だけ偏心させるようにしてロータの肉厚を変化させてあり、これによってリラクタンスがロータの位置により変化するようになっている。このため、レゾルバ10は、外部から励磁信号sinωtが与えられると、回転軸の回転角度に応じて変化するレゾルバ信号cosθと、レゾルバ信号cosθに対して位相が90°異なるレゾルバ信号sinθを出力する。
The
RDC20は、レゾルバ10に励磁信号sinωtを出力する励磁信号発生器11と、レゾルバ10からのレゾルバ信号cosθをA/D変換するA/Dコンバータ12と、レゾルバ10からのレゾルバ信号sinθをA/D変換するA/Dコンバータ13とを有して構成されている。
A/Dコンバータ12、13は、励磁信号sinωtに同期したタイミングでレゾルバ信号cosθ、sinθを同時にサンプリングし、デジタルデータa(θ)、b(θ)に変換する。
The
The A /
RDC20は、さらに、誤差パラメータを抽出する誤差パラメータ抽出部15と、誤差パラメータを記憶するメモリ16と、回転角度位置θを検出する回転角度位置検出部17と、A/Dコンバータ12、13の出力を誤差パラメータ抽出部15および回転角度位置検出部17のいずれか一方に切り換えるスイッチ部18とを有して構成されている。
メモリ16は、任意の種類のメモリを採用することができるが、電力の供給が遮断されても記憶内容を保持可能な種類のメモリであることが好ましい。
The
The
スイッチ部18は、誤差パラメータを抽出する誤差パラメータ抽出処理と、回転角度位置を検出する回転角度位置検出処理とを切り換えることをモデル化した仮想的なスイッチであって、例えば、コンピュータプログラムにより実現される。誤差パラメータの抽出時は、A/Dコンバータ12、13および誤差パラメータ抽出部15を接続する第1切換状態に、回転角度位置の検出時は、A/Dコンバータ12、13および回転角度位置検出部17を接続する第2切換状態にそれぞれ切り換える。
The
次に、レゾルバ信号の誤差因子について説明する。
図2は、2相のレゾルバ信号を示すグラフである。
2相のレゾルバ信号は、図2に示すように、励磁信号sinωtにcosθとsinθの重みを乗じた信号となっており、A/Dコンバータ12、13によりデジタルデータa(θ)、b(θ)に変換される。
レゾルバ信号には、ロータの偏心等の機械的な誤差のため、基本波成分の振幅差、オフセット、2次歪成分の振幅差および初期位相誤差、並びに3次歪成分の振幅差および初期位相誤差が含まれている。これらの誤差を補正するため、レゾルバ信号を下式(1)により定義する。
a(θ)=A{cosθ+gcos(2θ+α)+hcos(3θ+β)}+C
b(θ)=B{sinθ−gcos(2θ+α)−hsin(3θ+β)}+D …(1)
Next, the error factor of the resolver signal will be described.
FIG. 2 is a graph showing a two-phase resolver signal.
As shown in FIG. 2, the two-phase resolver signal is a signal obtained by multiplying the excitation signal sinωt by the weight of cos θ and sin θ, and the digital data a (θ), b (θ by the A /
In the resolver signal, due to mechanical errors such as rotor eccentricity, the amplitude difference of the fundamental wave component, the offset, the amplitude difference of the second-order distortion component and the initial phase error, and the amplitude difference and initial phase error of the third-order distortion component It is included. In order to correct these errors, the resolver signal is defined by the following equation (1).
a (θ) = A {cos θ + gcos (2θ + α) + hcos (3θ + β)} + C
b (θ) = B {sinθ−gcos (2θ + α) −hsin (3θ + β)} + D (1)
上式(1)において、A、Bは、各相の基本波(1次)成分の振幅であって、等しくあるべきであるが必ずしも等しいとは限らない。g、hは、2次歪成分と3次歪成分の基本波成分に対する振幅比であって、好ましくは0であるが必ずしも0とは限らない。α、βは、2次歪成分と3次歪成分の初期位相である。C、Dは、各相のオフセットであって、好ましくは0であるが必ずしも0とは限らない。 In the above equation (1), A and B are the amplitudes of the fundamental (primary) components of each phase, and should be equal, but not necessarily equal. g and h are amplitude ratios of the second-order distortion component and the third-order distortion component to the fundamental wave component, and are preferably 0, but not necessarily 0. α and β are initial phases of the second-order distortion component and the third-order distortion component. C and D are offsets of each phase, and are preferably 0 but not necessarily 0.
図3は、各誤差因子が独立に存在する場合のレゾルバ信号の誤差をシミュレートした結果を示すグラフである。
オフセットによる誤差は、図3の細い実線で示すように、主に基本波成分となる。振幅差(ゲイン差)による誤差は、太い実線で示すように、主に2次歪成分となる。2次歪成分による誤差は、太い点線で示すように、主に基本波成分と3次歪成分の合成となる。3次歪成分による誤差は、細い点線で示すように、主に2次歪成分と4次歪成分の合成となる。
FIG. 3 is a graph showing the result of simulating the error of the resolver signal when each error factor exists independently.
The error due to the offset mainly becomes a fundamental wave component as shown by a thin solid line in FIG. The error due to the amplitude difference (gain difference) is mainly a second-order distortion component as shown by a thick solid line. The error due to the second-order distortion component is mainly a combination of the fundamental wave component and the third-order distortion component, as indicated by a thick dotted line. The error due to the third-order distortion component is mainly a combination of the second-order distortion component and the fourth-order distortion component, as indicated by a thin dotted line.
上式(1)において、仮に、A、Bが等しくかつg、h、C、Dがすべて0であれば、公知の技術により、回転角度位置θを正確に検出するがことができるが、通常は、このようにはならないので、検出される回転角度位置の検出誤差ができる限り小さくなるように、レゾルバ10を構成する部品の高精度化や精密な組立・調整作業が実施される。本実施の形態では、このような部品のコストアップや組立・調整作業の増大を防止することを目的としている。上記のような誤差因子が存在する場合、レゾルバ10とRDC20をセットにして検査する段階(すなわち、スイッチ部18により、A/Dコンバータ12、13および誤差パラメータ抽出部15が接続されている状態)では、誤差パラメータ抽出部15が、各誤差因子の誤差パラメータを算出してメモリ16に記憶する。そして、レゾルバ10がモータ等の回転機械に組み込まれて回転角度位置を検出する段階(すなわち、スイッチ部18により、A/Dコンバータ12、13および回転角度位置検出部17が接続されている状態)では、回転角度位置検出部17が、A/Dコンバータ12、13から取得したデジタルデータa(θ)、b(θ)、およびメモリ16の誤差パラメータに基づいて回転角度位置θを算出する。
In the above formula (1), if A and B are equal and g, h, C and D are all 0, the rotational angle position θ can be accurately detected by a known technique. Since this is not the case, high precision and precise assembly / adjustment work of the components constituting the
次に、誤差パラメータ抽出部15の処理を説明する。
図4は、誤差パラメータ抽出部15で実行される誤差パラメータ抽出処理を示すフローチャートである。
誤差パラメータ抽出処理は、コンピュータプログラムにより実現される処理であって、誤差パラメータ抽出部15で実行されると、図4に示すように、まず、ステップS100に移行する。
Next, processing of the error
FIG. 4 is a flowchart showing an error parameter extraction process executed by the error
The error parameter extraction process is a process realized by a computer program. When the error parameter extraction process is executed by the error
ステップS100では、2相のレゾルバ信号のデジタルデータであるサンプリング値a、bをA/Dコンバータ12、13から取得する。レゾルバ10は、図示しない試験装置により、レゾルバ10のある回転角度位置θ1から60°ずつ正確に回転させられる。ここで、θ1の値は必ずしも既知である必要はない。レゾルバ10の現在の回転角度位置がθi(i=1、2、…)であるとき、試験装置は、RDC20にレディ信号を出力する。RDC20は、レディ信号を入力したときは、A/Dコンバータ12、13を制御してサンプリング値a、bを取得し、試験装置に完了信号を出力する。試験装置は、完了信号を入力したときは、現在の回転角度位置θiに対して60°の回転を与えてレゾルバ10の回転角度位置をθi+1=θi+60°に変更する。
In step S100, sampling values a and b, which are digital data of a two-phase resolver signal, are acquired from the A /
次いで、ステップS102に移行して、ステップS100の動作を6回繰り返すことにより、2相のレゾルバ信号のそれぞれについて6個のサンプリング値a1〜a6、b1〜b6を取得したか否かを判定し、6個のサンプリング値a1〜a6、b1〜b6を取得したと判定したとき(Yes)は、ステップS104に移行する。なお、θ2=θ1+60°、…、θ6=θ1+300°となる。
ステップS106では、取得したサンプリング値a1〜a6、b1〜b6に基づいて、次のように誤差パラメータを算出する。
サンプリング値a1〜a6、b1〜b6を上式(1)に代入することによってできる12個の式より下式(2)が得られる。
Then, the processing proceeds to step S102, by repeating the operation six times the step S100, 6 pieces of sampling values for each of the two-phase resolver signals a 1 ~a 6, b 1 whether the ~b 6 was obtained When it is determined that six sampling values a 1 to a 6 and b 1 to b 6 have been acquired (Yes), the process proceeds to step S104. Note that θ 2 = θ 1 + 60 °,..., Θ 6 = θ 1 + 300 °.
In step S106, an error parameter is calculated as follows based on the acquired sampling values a 1 to a 6 and b 1 to b 6 .
The following equation (2) is obtained from 12 equations obtained by substituting the sampling values a 1 to a 6 and b 1 to b 6 into the above equation (1).
また、上式(1)と(2)から下式(3)が得られる。 Further, the following expression (3) is obtained from the above expressions (1) and (2).
上式(3)により得られた、A、B、Ag、Ahを係数とするcosとsinの式に三角関数の2乗和の公式を適用すれば、A、B、Agを算出することができ、次いでg、hも算出することができる。すなわち、下式(4)が得られる。 If the formula of the sum of squares of trigonometric functions is applied to the cos and sin equations obtained by the above equation (3) and using A, B, Ag, and Ah as coefficients, A, B, and Ag can be calculated. Then g and h can also be calculated. That is, the following formula (4) is obtained.
さらに、上式(4)に決定済みの値を代入し、三角関数の加法定理を適用すれば、cosα、sinαおよびcosβ、sinβも一意に算出することができる。すなわち、下式(5)、(6)が得られる。 Furthermore, if a determined value is substituted into the above equation (4) and the addition theorem of the trigonometric function is applied, cos α, sin α, cos β, and sin β can be uniquely calculated. That is, the following expressions (5) and (6) are obtained.
cosα、sinαは、上式(5)をcosα、sinαの連立方程式として解くことにより算出することができる。 cosα and sinα can be calculated by solving the above equation (5) as simultaneous equations of cosα and sinα.
同様に、cosβ、sinβは、上式(6)をcosβ、sinβの連立方程式として解くことにより算出することができる。
このように、すべての誤差パラメータA、B、g、h、α、β、C、Dを算出することができる。
次いで、ステップS106に移行して、算出した誤差パラメータA、B、g、h、α、β、C、Dをメモリ16に記憶し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップS102で、6個のサンプリング値a1〜a6、b1〜b6をまだ取得していないと判定したとき(No)は、ステップS100に移行する。
Similarly, cosβ and sinβ can be calculated by solving the above equation (6) as simultaneous equations of cosβ and sinβ.
In this way, all error parameters A, B, g, h, α, β, C, and D can be calculated.
Next, the process proceeds to step S106, where the calculated error parameters A, B, g, h, α, β, C, and D are stored in the
On the other hand, when it is determined in step S102 that the six sampling values a 1 to a 6 and b 1 to b 6 have not yet been acquired (No), the process proceeds to step S100.
次に、回転角度位置検出部17の処理を説明する。
図5は、回転角度位置検出部17で実行される回転角度位置検出処理を示すフローチャートである。
回転角度位置検出処理は、コンピュータプログラムにより実現される処理であって、回転角度位置検出部17で実行されると、図5に示すように、まず、ステップS200に移行する。
Next, processing of the rotation angle
FIG. 5 is a flowchart showing a rotation angle position detection process executed by the rotation angle
The rotation angle position detection process is a process realized by a computer program. When the rotation angle position detection process is executed by the rotation angle
ステップS200では、サンプリングタイマを起動し、ステップS202に移行して、サンプリングタイマの値に基づいてサンプリングタイミングになったか否かを判定し、サンプリングタイミングになったと判定したとき(Yes)は、ステップS204に移行する。
ステップS204では、2相のレゾルバ信号のそれぞれについてサンプリング値a、bをA/Dコンバータ12、13から取得し、ステップS206に移行する。
In step S200, the sampling timer is started, and the process proceeds to step S202, where it is determined whether the sampling timing is reached based on the value of the sampling timer. If it is determined that the sampling timing is reached (Yes), step S20 is performed. 4
In step S20 4, for each of the two-phase resolver signals acquired sample values a, b from the A /
ステップS206では、メモリ16の誤差パラメータA、B、g、h、α、β、C、Dおよび取得したサンプリング値a、bに基づいて回転角度位置θを算出する。
(1)3次歪成分を無視し、上式(1)においてh=0とする場合
メモリ16には、誤差パラメータとして、A、B、g、C、D、cosα、sinαが記憶されているとする。まず、下式(7)によりx、yを定義し、誤差パラメータおよびサンプリング値に基づいてx、yを算出する。
In step S20 6, error parameters A
(1) When the third-order distortion component is ignored and h = 0 in the above equation (1), the
x、yと上式(1)から下式(8)が得られる。 From x, y and the above equation (1), the following equation (8) is obtained.
上式(8)から下式(9)が得られる。 From the above equation (8), the following equation (9) is obtained.
上式(9)にg、cosα、sinαを代入すると、sin(θ−45°)が得られる。そして、cos(θ−45°)とsin(θ−45°)からθ−45°を、さらに回転角度位置θを算出することができる。
(2)2次歪成分を無視し、上式(1)においてg=0とする場合
メモリ16には、誤差パラメータとして、A、B、h、C、D、cosβ、sinβが記憶されているとする。まず、下式(10)によりx、yを定義し、誤差パラメータおよびサンプリング値に基づいてx、yを算出する。
When g, cos α, and sin α are substituted into the above equation (9), sin (θ−45 °) is obtained. Then, θ-45 ° can be calculated from cos (θ-45 °) and sin (θ-45 °), and the rotation angle position θ can be calculated.
(2) When the second-order distortion component is ignored and g = 0 in the above equation (1), the
下式(11)によりΦ、R、Iを定義し、x、yとcosβ、sinβに基づいてΦ、R、Iを算出する。 Φ, R, and I are defined by the following equation (11), and Φ, R, and I are calculated based on x, y, cos β, and sin β.
上式(11)において、sign[Φ]は符号の関数であって、Φが正ならば1、Φが0ならば0、Φが負なら−1を返すものである。また、下式(12)によりCOS、SINを定義し、x、y、R、Iに基づいてCOS、SINを算出する。
COS=xR−yI、 SIN=yR+xI …(12)
COS、SINは、それぞれθのcosθ、sinθに関して下式(13)のような関係がある。これは、上記各式によって導くことができる。
COS=(x2+y2)cosθ、 SIN=(x2+y2)sinθ …(13)
tanθ=SIN/COSであるので、下式(14)により回転角度位置θを算出することができる。
tan-1(SIN/COS)=tan-1(sinθ/cosθ)=θ …(14)
In the above equation (11), sign [Φ] is a sign function, and returns 1 if Φ is positive, 0 if Φ is 0, and -1 if Φ is negative. Further, COS and SIN are defined by the following equation (12), and COS and SIN are calculated based on x, y, R, and I.
COS = xR-yI, SIN = yR + xI (12)
COS and SIN have a relationship represented by the following equation (13) with respect to cos θ and sin θ of θ, respectively. This can be derived from the above equations.
COS = (x 2 + y 2 ) cos θ, SIN = (x 2 + y 2 ) sin θ (13)
Since tan θ = SIN / COS, the rotational angle position θ can be calculated by the following equation (14).
tan −1 (SIN / COS) = tan −1 (sin θ / cos θ) = θ (14)
(3)2次歪成分および3次歪成分も無視できず、上式(1)においてg≠0、h≠0とする場合
メモリ16には、誤差パラメータとして、A、B、g、h、C、D、cosα、sinα、cosβ、sinβが記憶されているとする。誤差パラメータおよびサンプリング値に基づいて上式(1)により回転角度位置θを算出することになるが、少なくとも5次の方程式の解の適正な選別と計算等が大変複雑になるので、実時間処理が難しくなる可能性がある。
(3) The second-order distortion component and the third-order distortion component cannot be ignored, and g ≠ 0 and h ≠ 0 in the above equation (1). The
この場合、2次歪成分に関する誤差パラメータであるg、cosα、sinαまたは初期位相αに基づいて、2次歪の原因である軸ずれをg=0と見なせる程度に調整した後のレゾルバを用いれば、上記(2)の方法により、誤差パラメータA、B、h、C、D、cosβ、sinβに基づいて回転角度位置θを算出することができる。ただし、軸ずれの補正のための調整は、前記誤差パラメータ抽出処理の段階でステータを0°からαだけ回転させた方向で、ロータとステータの相対距離を−gに比例する距離だけ動かすことにより行う。 In this case, if a resolver is used after adjusting the axial deviation that is the cause of the secondary distortion to g = 0 based on the error parameters g, cos α, sin α, or the initial phase α relating to the secondary distortion component. The rotation angle position θ can be calculated based on the error parameters A, B, h, C, D, cos β, and sin β by the method (2). However, the adjustment for correcting the shaft misalignment is performed by moving the relative distance between the rotor and the stator by a distance proportional to -g in the direction in which the stator is rotated by 0 to α in the error parameter extraction process. Do.
(1)の場合のように、3次歪成分がないものとして2次歪成分による誤差を除去することは十分実用的である。また、(3)の場合のように、軸ずれによって生じる2次歪成分を十分小さく抑えた上で、さらなる正確さを求めて3次歪成分による誤差を除去することも有益である。
次いで、ステップS208に移行して、算出した回転角度位置θを位置検出データとして出力し、一連の処理を終了して元の処理に復帰させる。
一方、ステップS202で、サンプリングタイミングになっていないと判定したとき(No)は、サンプリングタイミングになるまでステップS202で待機する。
As in the case of (1), it is sufficiently practical to remove the error due to the secondary distortion component assuming that there is no tertiary distortion component. In addition, as in the case of (3), it is also beneficial to suppress the second-order distortion component caused by the axis deviation sufficiently small and to obtain further accuracy to remove the error due to the third-order distortion component.
Next, the process proceeds to step S208, where the calculated rotation angle position θ is output as position detection data, and a series of processes is terminated and the original process is restored.
On the other hand, when it is determined in step S202 that the sampling timing is not reached (No), the process waits in step S202 until the sampling timing is reached.
次に、本実施の形態の動作を説明する。
まず、RDC20の本稼働に先立ってRDC20を製造時等に試験稼働させる。
誤差パラメータ抽出部15では、ステップS100、S102を繰り返し経て、2相のレゾルバ信号のそれぞれについて回転角度が異なる6個のサンプリング値a1〜a6、b1〜b6が取得される。そして、ステップS104、S106を経て、取得されたサンプリング値a1〜a6、b1〜b6に基づいて、上式(2)〜(6)により誤差パラメータが算出され、算出された誤差パラメータがメモリ16に記憶される。
Next, the operation of the present embodiment will be described.
First, prior to the actual operation of the
The error
次に、RDC20を本稼働させる。
回転角度位置検出部17では、サンプリングタイミングになると、ステップS204、S206を経て、2相のレゾルバ信号のそれぞれについてサンプリング値a、bが取得され、メモリ16の誤差パラメータおよび取得されたサンプリング値a、bに基づいて、上式(8)〜(14)により回転角度位置θが算出される。そして、ステップS208を経て、算出された回転角度位置θが位置検出データとして出力される。
Next, the
In the rotation angle
このようにして、本実施の形態では、レゾルバ信号を上式(1)により定義し、2相のレゾルバ信号のそれぞれについて6個のサンプリング値a1〜a6、b1〜b6を取得し、取得したサンプリング値a1〜a6、b1〜b6に基づいて誤差パラメータを算出してメモリに記憶する。稼働時には、記憶した誤差パラメータを用い、サンプリング値a(θ)、b(θ)に基づいて回転角度位置θを算出する。 Thus, in this embodiment, the resolver signal is defined by the above equation (1), and six sampling values a 1 to a 6 and b 1 to b 6 are obtained for each of the two-phase resolver signals. The error parameters are calculated based on the acquired sampling values a 1 to a 6 and b 1 to b 6 and stored in the memory. During operation, the rotational angle position θ is calculated based on the sampling values a (θ) and b (θ) using the stored error parameter.
これにより、誤差パラメータに基づいて回転角度位置θが算出されるので、従来に比して、2相のレゾルバ信号に振幅差、オフセットおよび初期位相誤差が生じても、精度のよい角度検出を行うことができる。また、2次歪成分および3次歪成分を考慮した誤差パラメータが算出されるので、さらに精度のよい角度検出を行うことができる。さらに、電気的または機械的に厳密な選別や調整が不要となり、また、RDC20の分解能に応じて誤差パラメータのデータ容量が増加せず、メモリ16の記憶容量を小さくできるので、従来に比して、コストを低減することができる。
As a result, the rotational angle position θ is calculated based on the error parameter, so that even when an amplitude difference, an offset, and an initial phase error occur in the two-phase resolver signal, more accurate angle detection is performed as compared with the conventional case. be able to. In addition, since the error parameter is calculated in consideration of the second-order distortion component and the third-order distortion component, angle detection with higher accuracy can be performed. Furthermore, it is not necessary to perform electrical or mechanical strict sorting and adjustment, and the data capacity of the error parameter does not increase according to the resolution of the
上記実施の形態において、レゾルバ10は、発明1または5の回転角度センサに対応し、メモリ16は、発明1の記憶手段に対応し、ステップS100は、発明4のサンプリング値取得手段に対応し、誤差パラメータ抽出部15およびステップS104は、発明1または4の誤差パラメータ算出手段に対応している。また、回転角度位置検出部17およびステップS206は、発明1の回転角度位置算出手段に対応している。
In the above embodiment, the
なお、上記実施の形態において、サンプリング値a、bの取得方法や取得数は限定されるものでないのは明らかであるが、三角関数の性質を適宜応用できる方程式を構成するのが好ましい。例えば、磁気回路の非線形性の影響が無視できるほど小さくなるように、注意深く設計されたレゾルバでは、h=0として3次歪成分を無視することができるので、レゾルバ信号を下式(15)により定義する。
a(θ)=A{cosθ+gcos(2θ+α)}+C
b(θ)=B{sinθ−gcos(2θ+α)}+D …(15)
In the above embodiment, it is obvious that the acquisition method and the acquisition number of the sampling values a and b are not limited, but it is preferable to construct an equation that can appropriately apply the properties of the trigonometric function. For example, in a carefully designed resolver so that the influence of nonlinearity of the magnetic circuit becomes so small that it can be ignored, the third-order distortion component can be ignored with h = 0, so that the resolver signal is expressed by the following equation (15). Define.
a (θ) = A {cos θ + g cos (2θ + α)} + C
b (θ) = B {sinθ−gcos (2θ + α)} + D (15)
また、ロータの回転軸とステータの中心との軸のずれが容易に抑えられる場合には、g=0として2次歪成分を無視することができるので、レゾルバ信号を下式(16)により定義する。
a(θ)=A{cosθ+hcos(3θ+β)}+C
b(θ)=B{sinθ−hsin(3θ+β)}+D …(16)
いずれの場合も、回転角度が異なる6個未満のサンプリング値a、bに基づいて誤差パラメータを算出することができる。回転角度の間隔は、60°であってもよいし、それ以外の角度であってもよい。
Also, if the deviation between the axis of rotation of the rotor and the center of the stator can be easily suppressed, the second order distortion component can be ignored by setting g = 0, so the resolver signal is defined by the following equation (16). To do.
a (θ) = A {cos θ + hcos (3θ + β)} + C
b (θ) = B {sinθ−hsin (3θ + β)} + D (16)
In either case, the error parameter can be calculated based on less than six sampling values a and b having different rotation angles. The interval between the rotation angles may be 60 ° or may be an angle other than that.
また、上記実施の形態においては、回転角度センサとしてレゾルバ10を用いたが、これに限らず、着磁ロータと、電気角を90°離間してステータに配置した2個のホール素子等の磁気センサ素子からなる回転角度センサを用いることもできる。この場合、励磁信号発生器11を設ける必要はない。
また、上記実施の形態においては、基本波成分の振幅差、オフセット、2次歪成分の振幅差および初期位相誤差、並びに3次歪成分の振幅差および初期位相誤差を補正するための誤差パラメータを算出するように構成したが、これに限らず、それら誤差のうちいずれかを補正するための誤差パラメータを算出するように構成することもできる。
In the above-described embodiment, the
In the above embodiment, the amplitude parameter of the fundamental wave component, the offset, the amplitude difference of the second-order distortion component and the initial phase error, and the error parameter for correcting the amplitude difference and the initial phase error of the third-order distortion component are set. However, the present invention is not limited to this, and an error parameter for correcting any one of these errors may be calculated.
10 レゾルバ
20 RDC
11 励磁信号発生器
12、13 A/Dコンバータ
15 誤差パラメータ抽出部
16 メモリ
17 回転角度位置検出部
18 スイッチ部
10
DESCRIPTION OF
Claims (4)
記憶手段と、前記2つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータを算出して前記記憶手段に記憶する誤差パラメータ算出手段と、前記記憶手段の誤差パラメータおよび前記2つの角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を算出する回転角度位置算出手段と、前記2つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ai、biを取得するサンプリング値取得手段とを備え、
前記誤差パラメータ算出手段は、前記2つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ai、biに基づいて、各相の基本波成分の振幅A、B、各相のオフセットC、D、2次歪成分の基本波成分に対する振幅比g、2次歪成分の初期位相α、3次歪成分の基本波成分に対する振幅比h、および3次歪成分の初期位相βを含む誤差パラメータを算出し、
前記回転角度位置算出手段は、3次歪成分の基本波成分に対する振幅比h=0とし、誤差パラメータA、B、g、C、D、cosα、sinαに基づいて前記回転角度位置を算出することを特徴とするレゾルバデジタルコンバータ。
ai=A{cosθi+gcos(2θi+α)+hcos(3θi+β)}+C
bi=B{sinθi−gcos(2θi+α)−hsin(3θi+β)}+D
ただし、i=1、…、6とし、θi+1=θi+60°とする。 The angle detection signal is input from a rotation angle sensor that outputs two angle detection signals having different phases that change according to the rotation angle of the rotor, and the rotation angle position of the rotor is detected based on the input angle detection signal. A resolver digital converter,
Storage means; error parameter calculation means for calculating an error parameter based on the two angle detection signals and storing the error parameter in the storage means; and the rotor based on the error parameter of the storage means and the two angle detection signals. Rotation angle position calculation means for calculating the rotation angle position of the two, and sampling value acquisition means for acquiring the sampling values a i and b i for each of the two angle detection signals,
The error parameter calculation means defines the two angle detection signals by the following equation, and based on the sampling values a i and b i acquired by the sampling value acquisition means, the amplitudes A and B of the fundamental wave components of each phase , Offsets C and D of each phase, amplitude ratio g of second-order distortion component to fundamental wave component, initial phase α of second-order distortion component, amplitude ratio h of third-order distortion component to fundamental wave component, and third-order distortion component Calculate error parameters including initial phase β ,
The rotation angle position calculation means calculates the rotation angle position based on error parameters A, B, g, C, D, cos α, and sin α, with an amplitude ratio h = 0 of the third-order distortion component to the fundamental wave component. Resolver digital converter characterized by.
a i = A {cos θ i + g cos (2θ i + α) + h cos (3θ i + β)} + C
b i = B {sin θ i −g cos (2θ i + α) −h sin (3θ i + β)} + D
However, i = 1,..., 6 and θ i + 1 = θ i + 60 °.
記憶手段と、前記2つの角度検出信号に基づいて誤差パラメータを算出して前記記憶手段に記憶する誤差パラメータ算出手段と、前記記憶手段の誤差パラメータおよび前記2つの角度検出信号に基づいて前記回転子の回転角度位置を算出する回転角度位置算出手段と、前記2つの角度検出信号のそれぞれについてサンプリング値ai、biを取得するサンプリング値取得手段とを備え、
前記誤差パラメータ算出手段は、前記2つの角度検出信号を下式により定義し、前記サンプリング値取得手段で取得したサンプリング値ai、biに基づいて、各相の基本波成分の振幅A、B、各相のオフセットC、D、2次歪成分の基本波成分に対する振幅比g、2次歪成分の初期位相α、3次歪成分の基本波成分に対する振幅比h、および3次歪成分の初期位相βを含む誤差パラメータを算出し、
前記回転角度位置算出手段は、2次歪成分の基本波成分に対する振幅比g=0とし、誤差パラメータA、B、h、C、D、cosβ、sinβに基づいて前記回転角度位置を算出することを特徴とするレゾルバデジタルコンバータ。
ai=A{cosθi+gcos(2θi+α)+hcos(3θi+β)}+C
bi=B{sinθi−gcos(2θi+α)−hsin(3θi+β)}+D
ただし、i=1、…、6とし、θi+1=θi+60°とする。 The angle detection signal is input from a rotation angle sensor that outputs two angle detection signals having different phases that change according to the rotation angle of the rotor, and the rotation angle position of the rotor is detected based on the input angle detection signal. A resolver digital converter,
Storage means; error parameter calculation means for calculating an error parameter based on the two angle detection signals and storing the error parameter in the storage means; and the rotor based on the error parameter of the storage means and the two angle detection signals. Rotation angle position calculation means for calculating the rotation angle position of the two, and sampling value acquisition means for acquiring the sampling values a i and b i for each of the two angle detection signals,
The error parameter calculation means defines the two angle detection signals by the following equation, and based on the sampling values a i and b i acquired by the sampling value acquisition means, the amplitudes A and B of the fundamental wave components of each phase , Offsets C and D of each phase, amplitude ratio g of second-order distortion component to fundamental wave component, initial phase α of second-order distortion component, amplitude ratio h of third-order distortion component to fundamental wave component, and third-order distortion component Calculate error parameters including initial phase β ,
The rotation angle position calculation means calculates the rotation angle position based on error parameters A, B, h, C, D, cos β, and sin β, with an amplitude ratio g = 0 of the secondary distortion component to the fundamental wave component. Resolver digital converter characterized by.
a i = A {cos θ i + g cos (2θ i + α) + h cos (3θ i + β)} + C
b i = B {sin θ i −g cos (2θ i + α) −h sin (3θ i + β)} + D
However, i = 1,..., 6 and θ i + 1 = θ i + 60 °.
請求項3に記載の回転角度位置検出装置を備えることを特徴とする回転機械制御装置。 A rotary machine control device for controlling the rotation state of the rotary machine,
A rotation machine control device comprising the rotation angle position detection device according to claim 3.
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