JP5266783B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、1相励磁2相出力型のレゾルバによって回転角を検出する回転角検出装置に関するものである。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a rotation angle by a one-phase excitation two-phase output type resolver.
レゾルバの出力信号である回転体のsinθ及びcosθを検出すると共に、収束演算を反復実行し、予め記憶されたsinθ/(sinθ+cosθ)の検索テーブルを参照しながら、収束値に対応する回転角を検出するものがある(特許文献1参照)。
また、レゾルバの出力信号から最小二乗近似によって基準信号sinθ及びcosθを生成し、sinθ×cosθの総和が0となるように、出力信号のサンプリングタイミングを制御すると共に、基準信号sinθ及びcosθの振幅に基づいて、出力信号の位相ずれ量を算出するものがある(特許文献2参照)。
In addition, the reference signals sinθ and cosθ are generated from the output signal of the resolver by least square approximation, and the sampling timing of the output signal is controlled so that the sum of sinθ × cosθ becomes 0, and the amplitude of the reference signals sinθ and cosθ is set. Based on this, there is one that calculates the phase shift amount of the output signal (see Patent Document 2).
しかしながら、ハードウェアのバラつきにより、sinθ及びcosθの振幅中心(基準電圧の分圧)には誤差が生じ得るので、これを吸収するには、上記特許文献1に記載された従来技術の場合、検索テーブルに高い分解能が要求されるため、記憶容量を増大させることになる。
一方、上記特許文献2に記載された従来技術にあっては、サンプリングタイミングの制御や振幅の演算が複雑になるため、演算負担が増大してしまう。
However, due to variations in hardware, an error may occur in the amplitude center of sinθ and cosθ (reference voltage division), and in order to absorb this, in the case of the conventional technique described in
On the other hand, in the prior art described in the above-mentioned
本発明の課題は、テーブル容量や演算負担の増大を抑制しつつ、ハードウェアのバラつきを吸収することである。 An object of the present invention is to absorb hardware variations while suppressing an increase in table capacity and calculation burden.
本発明の請求項1に係る回転角検出装置は、励磁信号が入力されるときに、回転体の回転角に応じて、正弦及び余弦に対応した検出信号を出力するレゾルバと、該レゾルバから出力される検出信号に基づいて、前記回転体の回転角を算出する算出手段と、を備えた回転角検出装置であって、前記算出手段は、前記励磁信号の半波長の奇数倍周期で前記検出信号を抽出するとともに、抽出した検出信号のうち、前記正弦に対応した検出信号の今回値と前回値との差と、前記余弦に対応した検出信号の今回値と前回値との差とに基づいて回転角を算出することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a rotation angle detecting device that outputs a detection signal corresponding to a sine and a cosine according to a rotation angle of a rotating body when an excitation signal is input, and an output from the resolver. A rotation angle detection device comprising: a calculation means for calculating a rotation angle of the rotating body based on a detected signal, wherein the calculation means detects the detection at an odd multiple of a half wavelength of the excitation signal. Based on the difference between the current value and the previous value of the detection signal corresponding to the sine and the difference between the current value and the previous value of the detection signal corresponding to the cosine among the extracted detection signals. And calculating the rotation angle.
本発明の請求項2に係る回転角検出装置は、前記算出手段は、前記励磁信号の半波長の奇数倍周期で前記検出信号を抽出する度に、前記正弦に対応した検出信号の今回値と前回値との差と、前記余弦に対応した検出信号の今回値と前回値との差とに基づいて、前回値を抽出した時点での回転角と今回値を抽出した時点での回転角との中間位置に相当する中間回転角を算出することを特徴とする。
本発明の請求項3に係る回転角検出装置は、前記算出手段は、前記中間回転角における前回値と今回値とに基づいて、今回値を算出した時点での回転角を算出することを特徴とする。
In the rotation angle detection device according to
In the rotation angle detection device according to
本発明の請求項4に係る回転角検出装置は、前記算出手段は、前記中間回転角における前回値と今回値との差分の1/2を、今回値に上乗せすることにより、今回値を算出した時点での回転角を算出することを特徴とする。
本発明の請求項5に係る回転角検出装置は、前記算出手段は、前記中間回転角における前回値と今回値との差分が所定値以内であるときに、今回値を、今回値を算出した時点での回転角として算出することを特徴とする。
In the rotation angle detection device according to
In the rotation angle detection device according to
本発明によれば、レゾルバから出力される検出信号を、励磁信号の半波長の奇数倍周期で抽出し、抽出した検出信号の前回値と今回値とに基づいて回転角を算出することで、テーブル容量や演算負担の増大を抑制しつつ、ハードウェアのバラつきを吸収することができる。 According to the present invention, the detection signal output from the resolver is extracted at an odd multiple of the half wavelength of the excitation signal, and the rotation angle is calculated based on the previous value and the current value of the extracted detection signal. It is possible to absorb hardware variations while suppressing an increase in table capacity and calculation burden.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、パワーステアリング装置の概略構成である。ステアリングホイール1は、ステアリングシャフト2、ラックアンドピニオン3、タイロッド4を順に介して車輪5に連結されており、ステアリングシャフト2には、減速機6を介して電動モータ7が連結されている。この電動モータ7は、ブラシレスモータで構成され、制御装置8によって駆動制御されることにより、運転者のステアリング操作に対して操舵補助力を付与する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration of a power steering apparatus. The
制御装置8は、イグニッションスイッチ9及びヒューズ10を介して接続されたバッテリ11から電力供給されると共に、トルクセンサ12で検出した操舵トルクTと、レゾルバ13の検出信号sinθ及びcosθと、車速センサ14で検出した車速Vと、が入力される。
レゾルバ13は、図2に示すように、1相の励磁信号sinωtが入力されるときに、電動モータ7の回転角θに応じて、正弦及び余弦に対応した2相の検出信号sinθ及びcosθを出力する。
The
As shown in FIG. 2, the
制御装置8は、電動モータ7の回転角θを検出する回転角検出部20と、電動モータ7への電圧指令値Va〜Vcを演算する指令値演算部30と、電圧指令値Va〜Vcに基づいて電動モータ7を駆動制御する駆動制御部40と、を備えている。
回転角検出部20は、励磁信号sinωtをレゾルバ13へ出力する信号発生部21と、レゾルバ13の検出信号sinθ及びcosθを入力し、回転角θを算出する回転角算出部22と、回転角θを微分して角速度ωを算出する角速度算出部23と、検出信号sinθ及びcosθの異常を判定し、異常を検知したときに電動モータ7の駆動制御を中止する異常検出部24と、を有する。信号発生部21から出力された励磁信号sinωtは、D/A変換器25aでアナログ信号に変換されると共に、増幅器26aで増幅されて、レゾルバ13に入力される。また、レゾルバ13から出力された検出信号sinθ及びcosθは、増幅器26bで増幅されると共に、A/D変換器25bでデジタル信号に変換されて、回転角算出部22及び異常検出部24に入力される。また、増幅器26aで増幅された励磁信号sinωtは、増幅器26cで増幅されると共に、A/D変換器25cでデジタル信号に変換されて、異常検出部24に入力される。
The
The rotation
指令値演算部30は、操舵トルクT及び車速Vに応じて電動モータ7への電流指令値Iを算出する電流指令値演算部31と、電流指令値Iをd−q軸座標の電流指令値Id及びIqに変換するd−q軸変換部32と、電流指令値Id及びIqを三相の電流指令値Ij(j=u、v、w)に変換する三相変換部33と、電流検出回路15で検出するモータ電流Imjを電流指令値Ijから減算して偏差ΔIjを出力する減算部34と、偏差ΔIj
を比例・積分制御処理(PI制御処理)して電動モータ7への電圧指令値Vjを算出する電圧指令値演算部35と、を備えている。
The command
And a voltage command
駆動制御部40は、電圧指令値Vjに基づいてパルス幅変調信号を生成するPWM制御部41と、パルス幅変調信号に従ってスイッチング素子を制御して、モータ電流Imjを
制御するインバータ回路42と、を備えている。
次に、回転角算出部22が、所定時間(例えば1msec)毎のタイマ割込み処理として実行する回転角算出処理を、図3のフローチャートに従って説明する。
The
Next, a rotation angle calculation process executed by the rotation
先ずステップS1では、励磁信号sinωtを読込む。
続くステップS2では、サンプリング周期のタイミングを示す抽出フラグがF=0にリセットされているか否かを判定する。ここで、F=1であれば、サンプリング周期であると判断して後述するステップS7に移行する。一方、F=0であれば、サンプリング周期ではないと判断してステップS3に移行する。
First, in step S1, the excitation signal sin ωt is read.
In subsequent step S2, it is determined whether or not the extraction flag indicating the timing of the sampling period is reset to F = 0. Here, if F = 1, it is determined that it is a sampling period, and the process proceeds to step S7 described later. On the other hand, if F = 0, it is determined that it is not a sampling period, and the process proceeds to step S3.
ステップS3では、励磁信号sinωtがピーク値(最大値or最小値)に達したか否かを判定する。ここで、励磁信号sinωtがピーク値に達していなければ、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、励磁信号sinωtがピーク値に達していれば、ステップS4に移行する。
ステップS4では、励磁信号sinωtがピーク値に達した回数を示す計数値Nを、1だけインクリメントする。この計数値Nは、イグニッションON時の初期設定では、下記の設定値Nsより1だけ小さい値に設定される。
In step S3, it is determined whether or not the excitation signal sinωt has reached a peak value (maximum value or minimum value). Here, if the excitation signal sinωt does not reach the peak value, the process returns to the predetermined main program as it is. On the other hand, if the excitation signal sinωt has reached the peak value, the process proceeds to step S4.
In step S4, the count value N indicating the number of times that the excitation signal sinωt has reached the peak value is incremented by one. The count value N is set to a value smaller by 1 than the following set value Ns in the initial setting when the ignition is ON.
続くステップS5では、計数値Nが設定値Nsに達したか否かを判定する。この設定値Nsは、検出信号sinθ及びcosθを、励磁信号sinωtの半波長λ/2の奇数倍周期でサンプリングするために、奇数に設定する(例えばNs=3)。ここで、N<Nsであれば、サンプリング周期ではないと判断し、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、N=Nsであれば、サンプリング周期であると判断してステップS6に移行する。 In a succeeding step S5, it is determined whether or not the count value N has reached the set value Ns. This set value Ns is set to an odd number (for example, Ns = 3) in order to sample the detection signals sinθ and cosθ at an odd multiple of the half wavelength λ / 2 of the excitation signal sinωt. Here, if N <Ns, it is determined that the sampling period is not reached, and the process returns to the predetermined main program as it is. On the other hand, if N = Ns, it is determined that it is a sampling period, and the process proceeds to step S6.
ステップS6では、計数値をN=0にリセットする。
続くステップS7では、抽出フラグをF=1にセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
一方、ステップS8では、励磁信号sinωtに対する検出信号sinθ及びcosθの位相遅れ分をカウントする計数値Mを、1だけインクリメントする。
In step S6, the count value is reset to N = 0.
In the subsequent step S7, the extraction flag is set to F = 1, and then the process returns to the predetermined main program.
On the other hand, in step S8, the count value M for counting the phase delay of the detection signals sin θ and cos θ with respect to the excitation signal sin ωt is incremented by one.
続くステップS9では、計数値Mが設定値Msに達したか否かを判定する。ここで、M<Msであれば、検出信号sinθ及びcosθがピーク値に達していないと判断し、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、M=Msであれば、検出信号sinθ及びcosθがピーク値に達したと判断し、ステップS10に移行する。
ステップS10では、計数値をM=0にリセットする。
In a succeeding step S9, it is determined whether or not the count value M has reached the set value Ms. Here, if M <Ms, it is determined that the detection signals sinθ and cosθ have not reached the peak values, and the process returns to the predetermined main program as it is. On the other hand, if M = Ms, it is determined that the detection signals sinθ and cosθ have reached peak values, and the process proceeds to step S10.
In step S10, the count value is reset to M = 0.
続くステップS11では、抽出フラグをF=0にリセットする。
続くステップS12では、検出信号の今回値sinθ(n)及びcosθ(n)を読込む。
続くステップS13では、検出信号の前回値sinθ(n-1)及びcosθ(n-1)が記憶されているか否かを判定する。ここで、前回値sinθ(n-1)及びcosθ(n-1)が記憶されていなければ、初回のサンプリングであると判断して、ステップS14に移行する。一方、前回値sinθ(n-1)及びcosθ(n-1)が記憶されていれば、2回目以降のサンプリングであると判断して、ステップS15に移行する。
In the subsequent step S11, the extraction flag is reset to F = 0.
In the subsequent step S12, the current values sin θ (n) and cos θ (n) of the detection signal are read.
In a succeeding step S13, it is determined whether or not the previous values sin θ (n−1) and cos θ (n−1) of the detection signal are stored. Here, if the previous values sinθ (n−1) and cosθ (n−1) are not stored, it is determined that the sampling is the first time, and the process proceeds to step S14. On the other hand, if the previous values sinθ (n−1) and cosθ (n−1) are stored, it is determined that the sampling is performed for the second time and thereafter, and the process proceeds to step S15.
ステップS14では、検出信号の今回値sinθ(n)及びcosθ(n)を、前回値sinθ(n-1)及びcosθ(n-1)として記憶してから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップS15では、下記(1)式に従って、前回値sinθ(n-1)及びcosθ(n-1)を抽出した時点での回転角θ(n-1)と今回値sinθ(n)及びcosθ(n)を抽出した時点での回転角θ(n)との中間位置に相当する中間回転角φ(n)を算出する。なお、この算出原理については後述する。
φ(n)=(θ(n-1)+θ(n)+π)/2 ………(1)
In step S14, the current values sinθ (n) and cosθ (n) of the detection signal are stored as previous values sinθ (n-1) and cosθ (n-1) , and then the process returns to a predetermined main program.
In step S15, according to the following equation (1), the rotation angle θ (n-1) at the time when the previous values sinθ (n-1) and cosθ (n-1) are extracted and the current values sinθ (n) and cosθ ( An intermediate rotation angle φ (n) corresponding to an intermediate position with respect to the rotation angle θ (n) at the time n) is extracted is calculated. This calculation principle will be described later.
φ (n) = (θ (n-1) + θ (n) + π) / 2 ……… (1)
続くステップS16では、中間回転角の前回値φ(n-1)が記憶されているか否かを判定する。ここで、前回値φ(n-1)が記憶されていなければ、2回目のサンプリングであると判断して、ステップS17に移行する。一方、前回値φ(n-1)が記憶されていれば、3回目以降のサンプリングであると判断して、ステップS18に移行する。 In a succeeding step S16, it is determined whether or not the previous value φ (n−1) of the intermediate rotation angle is stored. Here, if the previous value φ (n−1) is not stored, it is determined that the sampling is the second time, and the process proceeds to step S17. On the other hand, if the previous value φ (n−1) is stored, it is determined that the sampling is performed for the third time and thereafter, and the process proceeds to step S18.
ステップS17では、中間回転角の今回値φ(n)を、前回値φ(n-1)として記憶してから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップS18では、中間回転角の今回値φ(n)と前回値φ(n-1)の差分が所定値以内であり、略一致しているか否かを判定する。ここで、差分が所定値を超えていれば、電動モータ7が回転状態にあると判断して、後述するステップS23に移行する。一方、差分が所定値以内であり、φ(n)≒φ(n-1)であれば、電動モータ7が無回転の状態にあると判断してステップS19に移行する。
In step S17, the current value φ (n) of the intermediate rotation angle is stored as the previous value φ (n−1) and then the process returns to the predetermined main program.
In step S18, it is determined whether or not the difference between the current value φ (n) and the previous value φ (n−1) of the intermediate rotation angle is within a predetermined value and is approximately the same. Here, if the difference exceeds the predetermined value, it is determined that the
ステップS19では、下記(2)式に示すように、今回値φ(n)を、現時点での回転角θ(n)として算出する。
θ(n)=φ(n) ………(2)
続くステップS20では、現時点での回転角θ(n)を、角速度演算部23に出力する。
続くステップS21では、検出信号の今回値sinθ(n)及びcosθ(n)を、前回値sinθ(n-1)及びcosθ(n-1)として記憶する。
In step S19, as shown in the following equation (2), the current value φ (n) is calculated as the current rotation angle θ (n) .
θ (n) = φ (n) (2)
In subsequent step S <
In the subsequent step S21, the current values sinθ (n) and cosθ (n) of the detection signals are stored as previous values sinθ (n-1) and cosθ (n-1) .
続くステップS22では、中間回転角の今回値φ(n)を、前回値φ(n-1)として記憶してから所定のメインプログラムに復帰する。
一方、ステップS23では、電動モータ7が正方向に回転しているか否かを判定する。ここで、負方向に回転していれば、後述するステップS27に移行する。一方、正方向に回転していれば、ステップS24に移行する。
In the subsequent step S22, the current value φ (n) of the intermediate rotation angle is stored as the previous value φ (n−1) and then the process returns to the predetermined main program.
On the other hand, in step S23, it is determined whether or not the
ステップS24では、中間回転角の今回値φ(n)が前回値φ(n-1)より大きいか否かを判定する。ここで、φ(n)>φ(n-1)であれば、正方向への回転で0°(=360°)を跨いでいないと判断してステップS25に移行する。一方、φ(n)<φ(n-1)であれば、正方向への回転で0°(=360°)を跨いだと判断してステップS26に移行する。 In step S24, it is determined whether or not the current value φ (n) of the intermediate rotation angle is greater than the previous value φ (n−1) . Here, if φ (n) > φ (n−1), it is determined that the rotation in the positive direction does not cross 0 ° (= 360 °), and the process proceeds to step S25. On the other hand, if φ (n) <φ (n−1) , it is determined that the rotation in the positive direction has crossed 0 ° (= 360 °), and the process proceeds to step S26.
ステップS25では、下記(3)式に従って、現時点での回転角θ(n)を算出してから前記ステップS20に移行する。
θ(n)=φ(n)+(φ(n)−φ(n-1))/2 ………(3)
ステップS26では、下記(4)式に従って、現時点での回転角θ(n)を算出してから前記ステップS20に移行する。
θ(n)=φ(n)+(φ(n)−φ(n-1)+2π)/2 ………(4)
In step S25, the current rotation angle θ (n) is calculated according to the following equation (3), and then the process proceeds to step S20.
θ (n) = φ (n) + (φ (n) −φ (n−1) ) / 2 (3)
In step S26, the current rotation angle θ (n) is calculated according to the following equation (4), and then the process proceeds to step S20.
θ (n) = φ (n) + (φ (n) −φ (n−1) + 2π) / 2 (4)
一方、ステップS27では、中間回転角の前回値φ(n-1)が今回値φ(n)より大きいか否かを判定する。ここで、φ(n-1)>φ(n)であれば、負方向への回転で0°(=360°)を跨いでいないと判断してステップS28に移行する。一方、φ(n-1)<φ(n)であれば、負方向への回転で0°(=360°)を跨いだと判断してステップS29に移行する。 On the other hand, in step S27, it is determined whether or not the previous value φ (n−1) of the intermediate rotation angle is greater than the current value φ (n) . Here, if φ (n-1) > φ (n), it is determined that the rotation in the negative direction does not cross 0 ° (= 360 °), and the process proceeds to step S28. On the other hand, if φ (n−1) <φ (n) , it is determined that the rotation in the negative direction has crossed 0 ° (= 360 °), and the process proceeds to step S29.
ステップS28では、下記(5)式に従って、現時点での回転角θ(n)を算出してから前記ステップS20に移行する。
θ(n)=φ(n)+(φ(n)−φ(n-1))/2 ………(5)
ステップS29では、下記(6)式に従って、現時点での回転角θ(n)を算出してから前記ステップS20に移行する。
θ(n)=φ(n)+(φ(n)−φ(n-1)−2π)/2 ………(6)
In step S28, the current rotation angle θ (n) is calculated according to the following equation (5), and then the process proceeds to step S20.
θ (n) = φ (n) + (φ (n) −φ (n-1) ) / 2 (5)
In step S29, the current rotation angle θ (n) is calculated according to the following equation (6), and then the process proceeds to step S20.
θ (n) = φ (n) + (φ (n) −φ (n−1) −2π) / 2 (6)
次に、回転角θ(n)の算出原理について説明する。
図4は、電動モータ7が無回転の状態であり、レゾルバ13から出力される検出信号sinθ及びcosθの振幅は一定である。ところで、レゾルバ13のハードウェアのバラつきにより、sinθ及びcosθの振幅中心には誤差が生じ得るので、下記(7)式に示すように、検出信号sinθ及びcosθは、真の回転角ψに対して、ある誤差Δsin及びΔcosを持つことになる。
Next, the calculation principle of the rotation angle θ (n) will be described.
In FIG. 4, the
sinθ=sinψ+Δsin
cosθ=cosψ+Δcos ………(7)
したがって、ハードウェアのバラつきに起因した誤差がある場合、このsinθ及びcosθに基づいて、θ=tan-1[sinθ/cosθ]を解いても、正確な回転角θを算出できる訳ではない。
sinθ = sinψ + Δsin
cosθ = cosψ + Δcos (7)
Therefore, when there is an error due to the variation in hardware, even if θ = tan −1 [sin θ / cos θ] is solved based on sin θ and cos θ, an accurate rotation angle θ cannot be calculated.
ここで、励磁信号sinωtの半波長の3倍周期で、検出信号sinθ及びcosθをサンプリングした場合について考え、前回サンプリングしたタイミングAの座標を(cosθ(n-1),sinθ(n-1))とし、今回サンプリングしたタイミングBの座標を(cosθ(n),sinθ(n))とする。
このとき、検出信号sinθ及びcosθの振幅は一定なので、θ(n)=θ(n-1)+πとなり、座標Aと座標Bとは、原点Oを挟む対角線上に並ぶことになる。座標Aから座標Bまで移動したときの、sinθの変化量(振幅)をsinφとし、cosθの変化量(振幅)をcosφとすると、夫々の変化量sinφ及びcosφは、下記(8)式で表される。
sinφ=sinθ(n)−sinθ(n-1)
cosφ=cosθ(n)−cosθ(n-1) ………(8)
Here, consider the case where the detection signals sinθ and cosθ are sampled at a period three times the half wavelength of the excitation signal sinωt, and the coordinates of timing A sampled last time are (cosθ (n-1) , sinθ (n-1) ). And the coordinates of the timing B sampled this time are (cos θ (n) , sin θ (n) ).
At this time, since the amplitudes of the detection signals sinθ and cosθ are constant, θ (n) = θ (n-1) + π, and the coordinates A and the coordinates B are aligned on a diagonal line that sandwiches the origin O. When the change amount (amplitude) of sinθ when moving from coordinate A to coordinate B is sinφ and the change amount (amplitude) of cosθ is cosφ, the respective change amounts sinφ and cosφ are expressed by the following equation (8). Is done.
sinφ = sinθ (n) −sinθ (n-1)
cosφ = cosθ (n) −cosθ (n-1) (8)
上記(8)式に(7)式を適応すると、夫々の変化量sinφ及びcosφは、下記(9)式で表される。
sinφ=(sinψ(n)+Δsin)−(sinψ(n-1)+Δsin)
cosφ=(cosψ(n)+Δcos)−(cosψ(n-1)+Δcos) ………(9)
上記(9)式から明らかなように、誤差Δsin及びΔcosが互いに打ち消し合い、吸収されるので、上記(8)式に従ったsinφ及びcosφに基づいて、φ=tan-1[sinφ/cosφ]を解くことにより、電動モータ7が無回転の状態であれば、正確な回転角ψを算出することができる。
When the equation (7) is adapted to the above equation (8), the respective change amounts sinφ and cosφ are expressed by the following equation (9).
sinφ = (sinψ (n) + Δsin) − (sinψ (n-1) + Δsin)
cosφ = (cosψ (n) + Δcos) − (cosψ (n−1) + Δcos) (9)
As apparent from the above equation (9), the errors Δsin and Δcos cancel each other and are absorbed, so that φ = tan −1 [sinφ / cosφ] based on sinφ and cosφ according to the above equation (8). By solving the above, if the
さて、電動モータ7が回転している場合である。
図5は、電動モータ7が回転している状態であり、レゾルバ13から出力される検出信号sinθ及びcosθの振幅は一定にはならない。したがって、θ(n)≠θ(n-1)+πとなるので、φ=tan-1[sinφ/cosφ]を解くと、タイミングAの回転角θ(n-1)とタイミングBの回転角θ(n)との中間位置(平均値)に相当する中間回転角φになる。ここで、タイミングBの回転角θ(n)とは、座標Bを、原点Oを挟んで点対称の位置に置換した回転角、つまり座標Bをπだけ反転させた回転角である。したがって、回転速度の変化が十分に小さいものとすると、中間回転角における前回値φ(n-1)と今回値φ(n)との差分の1/2を、今回値φ(n)に上乗せすることにより、現時点での、つまりタイミングBの回転角θ(n)を算出できる。
This is a case where the
FIG. 5 shows a state where the
先ず、前記(8)式を、加法定理に基づく和積公式により、下記(10)式のように変形する。
sinφ=sinθ(n-1)−sinθ(n)
=2cos{(θ(n-1)+θ(n))/2}×sin{(θ(n-1)−θ(n))/2}
cosφ=cosθ(n-1)−cosθ(n)
=−2sin{(θ(n-1)+θ(n))/2}×sin{(θ(n-1)−θ(n))/2}
………(10)
そして、上記(10)式のsinφ及びcosφを、下記(11)に代入すると共に、余角公式によって変形することにより、前述した(1)式が導かれる。
First, the equation (8) is transformed into the following equation (10) by a sum product formula based on the addition theorem.
sinφ = sinθ (n-1) −sinθ (n)
= 2 cos {(θ (n-1) + θ (n) ) / 2} × sin {(θ (n-1) −θ (n) ) / 2}
cosφ = cosθ (n -1) −cosθ (n)
= −2 sin {(θ (n−1) + θ (n) ) / 2} × sin {(θ (n−1) −θ (n) ) / 2}
……… (10)
Then, by substituting sinφ and cosφ in the above formula (10) into the following formula (11), and transforming the sinφ and cosφ according to the remainder angle formula, the above formula (1) is derived.
φ=tan-1[sinφ/cosφ] ………(11)
=tan-1[2cos[(θ(n-1)+θ(n))/2]×sin[(θ(n-1)−θ(n))/2]/
−2sin[(θ(n-1)+θ(n))/2]×sin[(θ(n-1)−θ(n))/2]]
=tan-1[cos[(θ(n-1)+θ(n))/2]/−sin[(θ(n-1)+θ(n))/2]]
=tan-1[sin[(θ(n-1)+θ(n)+π)/2]/
cos[(θ(n-1)+θ(n)+π)/2]]
=tan-1[tan[(θ(n-1)+θ(n)+π)/2]]
=(θ(n-1)+θ(n)+π)/2 ………(1)
φ = tan −1 [sinφ / cosφ] (11)
= Tan -1 [2cos [(θ (n-1) + θ (n) ) / 2] × sin [(θ (n-1) −θ (n) ) / 2] /
-2sin [(θ (n-1) + θ (n) ) / 2] × sin [(θ (n-1) −θ (n) ) / 2]]
= Tan -1 [cos [(θ (n-1) + θ (n) ) / 2] / − sin [(θ (n-1) + θ (n) ) / 2]]
= Tan -1 [sin [(θ (n-1) + θ (n) + π) / 2] /
cos [(θ (n-1) + θ (n) + π) / 2]]
= Tan -1 [tan [(θ (n-1) + θ (n) + π) / 2]]
= (Θ (n-1) + θ (n) + π) / 2 (1)
ここで、タイミングAからタイミングBに移行するまでに電動モータ7が回転した回転量をΔθとすると、タイミングBの回転角θ(n)は下記(12)式で表される。
θ(n)+π=θ(n-1)+Δθ
θ(n)=θ(n-1)−π+Δθ ………(12)
上記(1)式に(12)式を代入すると、下記(13)式のように変形される。
φ(n)=θ(n-1)+Δθ/2 ………(13)
すなわち、中間回転角φ(n)は、タイミングAの回転角θ(n-1)に対して、タイミングAからタイミングBまでに回転したΔθの1/2を加算したものと等しい。
Here, assuming that the rotation amount of the
θ (n) + π = θ (n-1) + Δθ
θ (n) = θ (n-1) −π + Δθ (12)
If the equation (12) is substituted into the equation (1), the following equation (13) is obtained.
φ (n) = θ (n-1) + Δθ / 2 (13)
That is, the intermediate rotation angle φ (n) is equal to the rotation angle θ (n−1) at timing A plus 1/2 of Δθ rotated from timing A to timing B.
それで、回転速度の変化が十分に小さいものとすると、前述した(3)式、及び(5)式に従って、中間回転角における前回値φ(n-1)と今回値φ(n)との差分の1/2を、今回値φ(n)に上乗せすることにより、現時点での、つまりタイミングBの回転角θ(n)を算出できる。
このとき、中間回転角がφ(n-1)からφ(n)へと回転した際に、0°(=360°)を跨いでいると、φ(n-1)とφ(n)との大小関係が反転するので、(3)式や(5)式からは、回転角θ(n)を算出できなくなる。そこで、0°(=360°)を跨いだ場合、正方向の回転であれば、前述した(4)式に示すように、中間回転角φ(n)に2πを加算し、負方向の回転であれば、前述した(6)式に示すように、中間回転角φ(n)から2πを減算することにより、帳尻を合わせて算出すればよい。
Therefore, if the change in the rotation speed is sufficiently small, the difference between the previous value φ (n−1) and the current value φ (n) at the intermediate rotation angle in accordance with the above-described equations (3) and (5). Is added to the current value φ (n) , the rotation angle θ (n) at the present time, that is, the timing B can be calculated.
At this time, when the intermediate rotation angle is rotated from φ (n−1) to φ (n) and crosses 0 ° (= 360 °), φ (n−1) and φ (n) Therefore, the rotation angle θ (n) cannot be calculated from the equations (3) and (5). Therefore, if the rotation is in the positive direction when straddling 0 ° (= 360 ° ) , 2π is added to the intermediate rotation angle φ (n) and the rotation in the negative direction as shown in the above-described equation (4). If so, as shown in the above-described equation (6), it may be calculated by subtracting 2π from the intermediate rotation angle φ (n) to adjust the book bottom.
なお、タイミングAからタイミングBまでの期間で、回転速度の変化が十分に小さいことを前提にした算出原理であるため、タイミングAからタイミングBまでの期間、つまりサンプリング周期を十分に短くする必要がある。
以上より、図3の回転角算出処理が「算出手段」に対応している。
次に、上記一実施形態の作用効果について説明する。
Since the calculation principle is based on the assumption that the change in rotational speed is sufficiently small in the period from timing A to timing B, it is necessary to sufficiently shorten the period from timing A to timing B, that is, the sampling cycle. is there.
From the above, the rotation angle calculation process of FIG. 3 corresponds to the “calculation means”.
Next, the operational effects of the one embodiment will be described.
イグニッションONによって電源が投入されると、制御装置8が起動され、回転角算出処理が開始される。このとき、初回だけは、励磁信号sinωtが最初にピーク値に達した時点で検出信号sinθ及びcosθをサンプリングし、それ以降のサンプリングは、励磁信号sinωtの半波長の奇数倍周期で行う。つまり、検出信号sinθ及びcosθの山のピーク値と谷のピーク値を交互にサンプリングしてゆく(ステップS1〜S12)。
When the power is turned on by turning on the ignition, the
1回目のサンプリング時には、前回値sinθ(n-1)及びcosθ(n-1)が存在しないので(ステップS13で“No”)、今回値sinθ(n)及びcosθ(n)を読込むだけで、タイマ割込み処理を終了する。
2回目のサンプリング時には、前回値sinθ(n-1)及びcosθ(n-1)が存在するので(ステップS13で“Yes”)、前回サンプリングした時点の回転角θ(n-1)と今回サンプリング時点での回転角θ(n)との中間位置に相当する中間回転角φ(n)を算出する(ステップS15)。但し、中間回転角の前回値φ(n-1)が存在しないので(ステップS16で“No”)、今回値φ(n)を算出するだけで、タイマ割込み処理を終了する。
At the time of the first sampling, since the previous values sinθ (n-1) and cosθ (n-1) do not exist (“No” in step S13), the current values sinθ (n) and cosθ (n) are simply read. The timer interrupt process is terminated.
At the time of the second sampling, since the previous values sinθ (n-1) and cosθ (n-1) exist (“Yes” in step S13), the rotation angle θ (n-1) at the time of previous sampling and the current sampling An intermediate rotation angle φ (n) corresponding to an intermediate position with respect to the rotation angle θ (n) at the time is calculated (step S15). However, since the previous value φ (n−1) of the intermediate rotation angle does not exist (“No” in step S16), the timer interrupt process is terminated simply by calculating the current value φ (n) .
このとき、前記(1)式に従って算出する中間回転角φ(n)は、前述したように、ハードウェアのバラつきに起因した誤差を吸収した高精度な値となる。
3回目のサンプリング時には、前回値φ(n-1)が存在するので(ステップS16で“Yes”)、前回値φ(n-1)と今回値φ(n)とに基づいて、現時点での回転角θ(n)を算出する。
先ず、前回値φ(n-1)と今回値φ(n)とが略一致していれば(ステップS18で“Yes”)、電動モータ7は無回転の状態にあると考えられるので、今回値φ(n)を、そのまま現時点での回転角θ(n)として算出する(ステップS19)。
At this time, as described above, the intermediate rotation angle φ (n) calculated according to the equation (1) is a highly accurate value that absorbs errors caused by hardware variations.
At the time of the third sampling, since the previous value φ (n−1) exists (“Yes” in step S16), based on the previous value φ (n-1) and the current value φ (n) , The rotation angle θ (n) is calculated.
First, if the previous value φ (n−1) and the current value φ (n) substantially match (“Yes” in step S18), it is considered that the
一方、前回値φ(n-1)に対して今回値φ(n)が変化していれば(ステップS18で“No”)、電動モータ7が回転状態にあるので、電動モータ7の回転方向、並びに前回値φ(n-1)と今回値φ(n)との大小関係に基づいて、前記(3)〜(6)式の何れかを選択して、現時点での回転角θ(n)を算出する(ステップS23〜S29)。
このとき、前記(3)〜(6)式の何れかに従って算出する回転角θ(n)は、前回値φ(n-1)と今回値φ(n)との差分の1/2を、今回値φ(n)に上乗せした値に相当し、前回値φ(n-1)も今回値φ(n)も、ハードウェアのバラつきに起因した誤差を吸収した高精度な値であるため、結果的に回転角θ(n)も高精度な値となる。
On the other hand, if the current value φ (n) has changed with respect to the previous value φ (n−1) (“No” in step S18), the
At this time, the rotation angle θ (n) calculated according to any one of the equations (3) to (6) is ½ of the difference between the previous value φ (n−1) and the current value φ (n) . It corresponds to a value added to the current value φ (n) , and both the previous value φ (n-1) and the current value φ (n) are highly accurate values that absorb errors caused by hardware variations. As a result, the rotation angle θ (n) is also a highly accurate value.
このように、幾何学的な原理に基づいて、シンプルな演算を実施することで、現在の回転角θ(n)を高精度に検出することができる。また、前記ステップS15で中間回転角φ(n)を算出する際に、θ(n)=tan-1[sinθ(n)/cosθ(n)]を解くため、sinθ/cosθに対応するテーブルを参照することになる。すなわち、このsinθ/cosθに対応するテーブルだけを用意すれば良いので、テーブル容量や演算負担の増大を抑制することができる。 In this way, the current rotation angle θ (n) can be detected with high accuracy by performing a simple calculation based on the geometric principle. Further, when calculating the intermediate rotation angle φ (n) in step S15, a table corresponding to sin θ / cos θ is used to solve θ (n) = tan −1 [sin θ (n) / cos θ (n) ]. Will refer to it. That is, since only a table corresponding to sin θ / cos θ needs to be prepared, an increase in table capacity and calculation burden can be suppressed.
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DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記算出手段は、前記励磁信号の半波長の奇数倍周期で前記検出信号を抽出するとともに、抽出した検出信号のうち、前記正弦に対応した検出信号の今回値と前回値との差と、前記余弦に対応した検出信号の今回値と前回値との差とに基づいて回転角を算出することを特徴とする回転角検出装置。 When an excitation signal is input, the resolver outputs a detection signal corresponding to the sine and cosine according to the rotation angle of the rotating body, and the rotation angle of the rotating body based on the detection signal output from the resolver A rotation angle detecting device comprising: a calculating means for calculating
The calculation means extracts the detection signal at an odd multiple of a half wavelength of the excitation signal, and among the extracted detection signals, the difference between the current value and the previous value of the detection signal corresponding to the sine, A rotation angle detection device that calculates a rotation angle based on a difference between a current value and a previous value of a detection signal corresponding to a cosine .
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