JP5824279B2 - リゾルバの位置誤差を最適補償する装置及び方法 - Google Patents
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Description
また、リゾルバの出力信号を回帰式(regressione quation)を利用してモデリングした後、モデル値と測定値の誤差が最小となるように反復最小二乗法(Recursive Least Square method)によってモデルパラメータを推定してリゾルバの出力信号を補償する方法も知られている(第2従来技術)。
第2従来技術はリゾルバの出力信号を対象とするが、この対象信号は高周波数の交流信号であって、アナログ電子回路やデジタル信号処理システムによって処理する過程が複雑であり実現が容易でないという問題がある。さらに、第2従来技術の場合、測定された位置情報と算出された誤差情報が互いに同期されることによって正確な補償が可能となるため、第1従来技術と同様に製品ごとに個別に零点補正が必要であるという問題があった。
[数1]
ωripple(i)=ωcosθi・Ψ1 0−ωsinθi・Ψ2 0+2ωcos2θi・Ψ3 0−2ωsin2θi・Ψ4 0 ・・・(1)
ただし、ωripple(i)=i番目の位置情報(θi)に対する速度リップル、ω=理想速度、Ψ1 0、Ψ2 0、Ψ3 0、Ψ4 0=未知のパラメータ。
[数2]
θEp(i)=sinθi・Ψ1p 0+cosθi・Ψ2p 0+sin2θi・Ψ3p 0+cos2θi・Ψ4p 0 ・・・(2)
ただし、θEp(i)=i番目の位置情報に対する推定された位置誤差。
[数1]
ωripple(i)=ωcosθi・Ψ1 0−ωsinθi・Ψ2 0+2ωcos2θi・Ψ3 0−2ωsin2θi・Ψ4 0 ・・・(1)
ただし、ωripple(i)=i番目の位置情報(θi)に対する速度リップル、ω=理想速度、Ψ1 0、Ψ2 0、Ψ3 0、Ψ4 0=未知のパラメータ。
[数2]
θEp(i)=sinθi・Ψ1p 0+cosθi・Ψ2p 0+sin2θi・Ψ3p 0+cos2θi・Ψ4p 0 ・・・(2)
ただし、θEp(i)=i番目の位置情報に対する推定された位置誤差。
これにより、位置誤差によるモータ制御性能の悪化を防ぎ、最大限の制御性能を発揮することができる。例えば、電流およびトルクの脈動を最小化することができ、速度測定リップルを減少させて速度情報を用いる制御機能を向上させ、電流リップルを最小化して使用可能な有効電圧を増加させることによって出力領域を最大限確保することができる。
また、本発明は、外部の別途の物理的な機構によらずにソフトウェアで実現することができるため、簡単かつ低費用でリゾルバの位置誤差を補償することができる。
さらに、リゾルバの性能確保のために高価の高精密度位置センサを用いる必要がないため、高性能のリゾルバシステムを低費用で構成することができる。
リゾルバ20は永久磁石同期電動機(Permanent Magnet Synchronous Motor)のようなモータの回転子の絶対位置を感知する。このために、リゾルバ20は、励起増幅器(Excitation Amp)22で増幅された励起用基準電圧によって作動する。リゾルバ20が感知した位置情報はサイン信号およびコサイン信号としてリゾルバ−デジタル変換器30に出力される。
このように得られた速度情報(ω’)には位置誤差の影響が反映されているため、速度リップル(ωripple)を測定するためには、このような位置誤差の影響が排除された理想速度(ω)を導入する必要がある。理想速度(ω)は位置情報を微分した速度情報から位置誤差によって発生するリップルの周波数成分を取り除いて得られる。理想速度算出ユニット133は、位置誤差による速度成分が除去されるように遮断周波数が設定されているローパスフィルタ(LPF)を用い、位置誤差によって発生するリップルの周波数成分を取り除いた理想速度(ω)を得る。
速度リップル算出ユニット135は速度情報(ω’)から理想速度(ω)を差し引いて速度リップルを求め、これを出力する。
回帰式作成ユニット141は、速度リップル測定部13から受信した理想速度(ω)と、リゾルバ−デジタル変換器30から受信した位置情報(θ)を用いて次の数式による回帰式を作成する。
[数3]
θE(i)=Ψ0+Q[n=1](sinnθ・Ψn+cosnθ・Ψn)・・・(3)
[数4]
θE(i)=sinθi・Ψ1 0+cosθi・Ψ2 0+sin2θi・Ψ3 0+cos2θi・Ψ4 0+Ψ5 0・・・(4)
[数5]
ωripple(i)=ωcosθi・Ψ1 0−ωsinθi・Ψ2 0+2ωcos2θi・Ψ3 0−2ωsin2θi・Ψ4 0−ΨT(θ)Ψ0・・・(5)
数3は位置誤差(θE(i))がフーリエ級数で表現できることを示すものであり、数4は大部分の場合に位置誤差は基本波と2次高周波の大きさが優勢であるという点を反映し、数3をこの2つの周波数成分に近似したものである。数5は数4を微分して得たものである。
[数6]
θEp(i)=sinθi・Ψ1p 0+cosθi・Ψ2p 0+sin2θi・Ψ3p 0+cos2θi・Ψ4p 0 ・・・(6)
最後に、位置誤差補償部16は、位置誤差モデル部15で推定された位置誤差(θEp)を測定された位置誤差(θ)から差し引くことによって補償された位置情報(θc)を算出する。
リゾルバ20によって感知されたモータの回転子の位置情報が出力されれば(S501)、リゾルバ−デジタル変換器30はこれをデジタル化する(S502)。デジタル化された位置情報(θ)は、速度リップル測定部13、パラメータ推定部14、誤差モデル部15、および位置誤差補償部16にそれぞれ供給される。
ステップS503では、上述したような方法で速度リップル測定部13によって速度リップル(ωripple)が測定される。ステップS504では、上述したような方法で、位置情報(θ)、理想速度(ω)、および速度リップル(ωripple)を用いてパラメータ推定部14により、回帰式に含まれた未知のパラメータが推定される。ステップS505では、上述したような方法により、推定された未知のパラメータ(Ψp)と位置情報(θ)を用いて位置誤差モデル部15によって位置誤差が推定される。ステップS506では、上述したような方法で位置誤差補償部16により、推定された位置誤差(θEp)を位置情報(θ)から差し引くことによって補償された位置情報(θc)が得られる。
図6には本実施形態による方法を実際のモータシステムに適用した実験結果を示す。実験に用いられたモータシステムは、北米に販売予定であるHYUNDAI SONATA HYBRID(プロジェクト名:YF)とKIA OPTIMA HYBRID(プロジェクト名:TF)に適用されたモータシステムである。
図6(a)は、未知のパラメータの値が時間の流れによって一定の位置誤差で収斂することを示している。
図6(b)は、位置誤差の補償の前と後の時間による速度リップルの変化を示している。本発明により、位置誤差が補償された後の速度リップルの変動幅が補償の前に比べて著しく減少したことが分かる。
図6(d)は、車両サンプル間の位置誤差比較を示している。モータの回転子の位置による車両サンプル間の位置誤差の偏差がほぼ無いことを知ることができる。
12 ・・・位置誤差推定部
13 ・・・速度リップル測定部
14 ・・・パラメータ推定部
15 ・・・位置誤差モデル部
16 ・・・位置誤差補償部
20 ・・・リゾルバ
22 ・・・励起増幅器
30 ・・・リゾルバ−デジタル変換器
Claims (7)
- リゾルバの位置誤差を最適補償するための装置であって、
リゾルバによって感知されたモータの回転子の位置情報をデジタル化するリゾルバ−デジタル変換器から前記デジタル化された位置情報を受信し、前記位置情報に含まれた位置誤差を推定する位置誤差推定部と、
前記位置情報から前記推定された位置誤差を差し引くことによって補償された位置情報を算出する位置誤差補償部と、を含み、
前記位置誤差推定部は、
前記位置情報を微分した値から理想速度を差し引いて速度リップルを求める速度リップル測定部であって、前記理想速度は前記位置情報を微分した値から前記位置誤差によって発生するリップルの周波数成分を取り除いて得られるものである速度リップル測定部と、
前記速度リップル、前記位置情報、および前記理想速度を含む回帰式に反復最小二乗法を適用することによって前記回帰式にさらに含まれている未知のパラメータを推定するパラメータ推定部と、
前記推定された未知のパラメータおよび前記位置情報を用いて位置誤差モデル式を作成し、この位置誤差モデル式から前記位置誤差を推定する位置誤差モデル部と、を含むことを特徴とするリゾルバの位置誤差を最適補償する装置。
- 前記回帰式は次の数1によって表示されることを特徴とする請求項1に記載のリゾルバの位置誤差を最適補償する装置。
[数1]
ωripple(i)=ωcosθi・Ψ1 0−ωsinθi・Ψ2 0+2ωcos2θi・Ψ3 0−2ωsin2θi・Ψ4 0 ・・・(1)
ただし、ωripple(i)=i番目の位置情報(θi)に対する速度リップル、ω=理想速度、Ψ1 0、Ψ2 0、Ψ3 0、Ψ4 0=未知のパラメータ。
- 前記位置誤差モデル式は次の数2によって表示されることを特徴とする請求項2に記載のリゾルバの位置誤差を最適補償する装置。
[数2]
θEp(i)=sinθi・Ψ1p 0+cosθi・Ψ2p 0+sin2θi・Ψ3p 0+cos2θi・Ψ4p 0 ・・・(2)
ただし、θEp(i)=i番目の位置情報に対する推定された位置誤差。
- 前記リゾルバおよび前記リゾルバ−デジタル変換器をさらに含むことを特徴とする請求項2又は3に記載のリゾルバの位置誤差を最適補償する装置。
- リゾルバによって感知されたモータの回転子の位置情報をデジタル化するリゾルバ−デジタル変換器から前記デジタル化された位置情報を受信するステップと、
前記受信された位置情報を微分した値から理想速度を差し引いて速度リップルを求める速度リップル測定ステップであって、前記理想速度は前記位置情報を微分した値から位置誤差によって発生するリップルの周波数成分を取り除いて得られるものである、速度リップル測定ステップと、
前記速度リップル、前記位置情報、および前記理想速度を含む回帰式に反復最小二乗法を適用することによって前記回帰式にさらに含まれている未知のパラメータを推定するパラメータ推定ステップと、
前記推定された未知のパラメータおよび前記位置情報を用いて位置誤差モデル式を作成し、この位置誤差モデル式から前記位置誤差を推定する位置誤差モデリングステップと、
前記位置情報から前記推定された位置誤差を差し引くことによって補償された位置情報を算出する位置誤差補償ステップと、を含むことを特徴とするリゾルバの位置誤差を最適補償する方法。
- 前記回帰式は次の数1によって表示されることを特徴とする請求項5に記載のリゾルバの位置誤差を最適補償する方法。
[数1]
ωripple(i)=ωcosθi・Ψ1 0−ωsinθi・Ψ2 0+2ωcos2θi・Ψ3 0−2ωsin2θi・Ψ4 0 ・・・(1)
ただし、ωripple(i)=i番目の位置情報(θi)に対する速度リップル、ω=理想速度、Ψ1 0、Ψ2 0、Ψ3 0、Ψ4 0=未知のパラメータ。
- 前記位置誤差モデル式は次の数2によって表示されることを特徴とする請求項6に記載のリゾルバの位置誤差を最適補償する方法。
[数2]
θEp(i)=sinθi・Ψ1p 0+cosθi・Ψ2p 0+sin2θi・Ψ3p 0+cos2θi・Ψ4p 0 ・・・(2)
ただし、θEp(i)=i番目の位置情報に対する推定された位置誤差。
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