JP6937922B2 - レゾルバ信号処理装置、ドライブ装置、レゾルバ信号処理方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
なお、以下の説明の中で電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。比較対象の速度、位相などの値が同じ値をとる場合、或いは略同じ値をとる場合のことを、単に「同じ」ということがある。
図1は、実施形態に係るレゾルバ信号処理装置100を含むドライブ装置1の構成図である。
図2Aは、実施形態のレゾルバ2の構成図である。図2Bは、実施形態のレゾルバ2の二相励磁信号を説明するための図である。図2Cは、実施形態のレゾルバ2の二相の出力信号を説明するための図である。
θex=∫ωex(t)dt ・・・(2)
レゾルバ信号処理装置100は、上記の二相の信号に基づきレゾルバ2の位相、つまりモータ3の出力軸の機械角位相θrmを検出し、その推定値である機械角位相推定値θrm_hatをインバータ4に供給する。以下、レゾルバ2の位相とその推定値を、単に機械角位相θrm、機械角位相推定値θrm_hatと呼ぶ。
これにより、インバータ4は、機械角位相θrmに代わるフィードバック情報として、機械角位相推定値θrm_hatを用いることにより、機械角位相推定値θrm_hatに基づいた位置制御によりモータ3を駆動することができる。
レゾルバ信号処理装置100は、例えば、出力バッファー回路101A、101Bと、入力バッファー回路104A、104Bと、レゾルバ信号処理ユニット200とを備える。
レゾルバ信号処理ユニット200は、偏差算出ユニット201と、PI制御器204(図中の記載はPI。)と、リミッタ205と、積分器206(積分演算ユニット)と、変換処理ユニット207、208と、減算器209と、基準信号生成ユニット210と、加算器211と、故障診断ユニット212と、スイッチ213と、励磁位相推定値生成ユニット215とを備える。PI制御器204と、リミッタ205と、積分器206と、加算器211は、演算処理ユニットの一例である。
図3は、実施形態の故障診断ユニット212の構成図である。
カウンタ2126Aは、コンパレータ2125が出力する信号B_CMP_DISCONに含まれるパルスを計数し、計数結果のカウント値を出力する。
例えば、断線障害が生じていない定常状態の場合には、上記のように故障診断ユニット212は、レゾルバ2を継続して利用すると決定し、スイッチ213を操作する。これにより、レゾルバ信号処理ユニット200とレゾルバ2は、トラッキングループを形成する。トラッキングループの作用によって、レゾルバ信号処理ユニット200は、レゾルバ2から供給されたA相とB相の信号から励磁位相θexを算出する。
図4は、断線が発生した場合の信号の変化について説明するための図である。
図4中の(a)に、トラッキングループのゲインが比較的低い場合を示し、図4中の(b)に、トラッキングループのゲインが比較的高い場合を示す。図4中の(a)の上段に、特定の条件で断線が発生している場合のレゾルバFBKの波形を示し、下段にコンパレータ2125の出力(B_CMP_DISCON)を示す。
コンパレータ2125の出力(B_CMP_DISCON)の波形は、図5に示すように断線が発生した箇所によって3通りに変化する。
上段は、断線が生じていない正常な状態の波形である。この場合の信号B_CMP_DISCONの波形は、Lレベルになる。
レゾルバ信号処理ユニット200は、断線が生じていない状態にあれば、上記の図6Aと図6Bに示す各信号を生成する。
上記のように断線が復旧すると、レゾルバ信号処理ユニット200は、断線が発生するまでと同様に固定値の機械角位相推定値θrm_hatを出力する。
上記のように、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをLレベルにして断線を検出していること示すことで、機械角位相推定値θrm_hatに正しい周期を再現できていないことを示す。
上記のように信号sinθexに単独の断線が発生しても、レゾルバ信号処理ユニット200は、断線が発生するまでと同様に固定値の機械角位相推定値θrm_hatを出力する。
時刻t912(検出時刻1.475ms)に、さらに信号cosθexに断線が発生して、それ以降、信号cosθexのほか、信号sinθ0と信号cosθ0も併せて周期的な変化がなくなり、その振幅が0になる。上記のように信号sinθexと信号cosθexの双方に断線が発生すると、レゾルバ信号処理ユニット200は、上記の双方に断線が発生するまでとは異なり固定値の機械角位相推定値θrm_hatを出力できなくなり、停止中でありながらあたかも回転しているような機械角位相推定値θrm_hatを出力する。
上記のように、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをLレベルにして断線を検出していること示すことで、機械角位相推定値θrm_hatに正しい周期を再現できていないことを示す。
レゾルバ信号処理ユニット200は2信号の断線によって自走状態になっていて、実際の回転とは異なる値を機械角位相推定値θrm_hatとして出力する。レゾルバ信号処理ユニット200は、上記の信号sinθexの断線の復旧に合わせて、二相の出力信号に同調した位相に復帰させる。時刻t924になると、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをHレベルにして断線が復旧したことを示す。
時刻t1012に、さらに信号sinθexに断線が発生する。それ以降もレゾルバ2にはcosθexの供給が継続しているため、信号cosθ0が検出されているが、その振幅は時刻t1012以前の振幅よりも小さくなり安定しない。信号sinθexは、断線しているが、誘導による微小な信号が同信号として検出されている。上記のような条件の断線が発生すると、レゾルバ信号処理ユニット200は、機械角位相推定値θrm_hatを出力するが、その値も周期も正しいものでなくなっている。このような状態は、信号DISCON_ERRがLレベルであることから識別可能である。
時刻t1012以降に、断続的に信号ZERO_FBKがLレベルになる期間がある。この信号ZERO_FBKがLレベルになる期間は、信号cosθ0が周期的に0近傍の値になるタイミングに同期している。
図10Bに示すように、時刻t1021に信号sinθexの断線が復旧して、それ以降、レゾルバ信号処理ユニット200は、2信号の断線により止まっていた信号sinθexと信号cosθ0が周期的に変化するようになることを検出する。
レゾルバ信号処理ユニット200は、上記の信号sinθexの断線の復旧に合わせて、機械角位相推定値θrm_hatを、断線中の不安定な状態から、信号cosθ0に同調した周期に復帰させる。ただし、信号sinθ0の断線が継続しているため、機械角位相推定値θrm_hatの精度は、保証できるレベルにない。
時刻t1024になると、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをHレベルにして、断線が復旧したことを示す。この段階になると機械角位相推定値θrm_hatの精度は、所望の精度を保証できるレベルになる。
図11Aに示すように、時刻t1111に信号sinθ0に断線が発生して、それ以降、信号sinθ0の周期的な変化がなくなり、その振幅が0になる。これに応じて、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをLレベルにして断線を検出したことを示す。
時刻t1112に、さらに信号sinθexに断線が発生する。それ以降もレゾルバ2にはcosθexの供給が継続しているため、信号cosθ0に信号が検出されているが、その振幅は時刻t1112以前の振幅よりも小さくなり安定しない。上記のとおり信号sinθexは、断線しているが、誘導による微小な信号が同信号として検出されている。上記のような条件の断線が発生すると、レゾルバ信号処理ユニット200は、機械角位相推定値θrm_hatを出力するが、その値に不要なオフセットが付加されて正しいものでなくなっている。なお、このような状態は、信号DISCON_ERRがLレベルであることから識別可能である。
図11Bに示すように、時刻t1121に信号sinθ0の断線が復旧して、それ以降、レゾルバ信号処理ユニット200は、2信号の断線により止まっていた信号sinθ0が周期的に変化するようになることを検出する。
上記の信号sinθ0の断線の復旧に合わせて、機械角位相推定値θrm_hatが、上記のオフセットがついて正確性か欠けた状態から、オフセットがなくなった状態に復帰する。ただし、信号sinθ0の断線が継続しているため、機械角位相推定値θrm_hatの精度は、保証できるレベルにない。
時刻t1124に信号sinθexの断線が復旧して、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをHレベルにして、断線が復旧したことを示す。この段階になると機械角位相推定値θrm_hatの精度は、所望の精度を保証できるレベルになる。
図12Aに示すように、時刻t1211に信号cosθ0に断線が発生して、それ以降、信号cosθ0の周期的な変化がなくなり、その振幅が0になる。これに応じて、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをLレベルにして断線を検出したことを示す。
図12Bに示すように、時刻t1221に信号cosθ0の断線が復旧しても、それ以降も不安定な状態が続く。
時刻t1224に信号sinθexの断線が復旧すると、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをHレベルにして、断線が復旧したことを示す。この段階になると機械角位相推定値θrm_hatの精度は、所望の精度を保証できるレベルになる。
図12Cに示すように、時刻t1231に信号cosθ0と信号sinθexに断線が発生して、それ以降、信号cosθ0と信号sinθexに周期的な変化がなくなり、その振幅が0になる。これに応じて、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをLレベルにして断線を検出したことを示す。なお、信号sinθexは、断線しているが、それ以降もレゾルバ2にはcosθexの供給が継続しているため、誘導による微小な信号が同信号として検出されている。上記のような条件の断線が発生すると、レゾルバ信号処理ユニット200は、機械角位相推定値θrm_hatを出力するが、その値に微小な変動が含まれる場合があり、正しいものでなくなっている。なお、このような状態は、信号DISCON_ERRがLレベルであることから識別可能である。
図12Dに示すように、時刻t1241に信号sinθexの断線が復旧するが各信号に大きな変化は生じない。その後、時刻t1244に信号cosθ0の断線が復旧すると、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをHレベルにして、断線が復旧したことを示す。この段階になると機械角位相推定値θrm_hatの精度は、所望の精度を保証できるレベルになる。
図13Aに示すように、時刻t1311に信号cosθ0に断線が発生して、それ以降、信号cosθ0の周期的な変化がなくなり、その振幅が0になる。これに応じて、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをLレベルにして断線を検出したことを示す。
図13Bに示すように、時刻t1321に信号cosθ0の断線が復旧して、それ以降、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号ZERO_FBKをHレベルにする。
時刻t1324に信号sinθ0の断線が復旧して、それ以降、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをHレベルにして、断線が復旧したことを示す。この段階になると機械角位相推定値θrm_hatの精度は、所望の精度を保証できるレベルになる。
図13Cに示すように、時刻t1331に信号cosθに断線が発生して、それ以降、信号cosθの周期的な変化がなくなり、その振幅が0になる。これに応じて、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをLレベルにして断線を検出したことを示す。時刻t1332に、さらに信号sinθ0に断線が発生する。これにより、レゾルバ信号処理ユニット200にはレゾルバ2からの出力信号が供給されなくなる。レゾルバ信号処理ユニット200は、それ以降もレゾルバ2に対して、sinθexとcosθexの供給を継続する。レゾルバ信号処理ユニット200は、レゾルバ2からの出力信号の供給がなくなったことにより、信号ZERO_FBKをLレベルにして、二相の出力信号が検出できなくなっていることを示す。
図13Dに示すように、時刻t1341に信号sinθ0の断線が復旧して、それ以降、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号ZERO_FBKをKレベルにする。
時刻t1344に信号cosθ0の断線が復旧して、それ以降、レゾルバ信号処理ユニット200は、信号DISCON_ERRをHレベルにして、断線が復旧したことを示す。この段階になると機械角位相推定値θrm_hatの精度は、所望の精度を保証できるレベルになる。
上記の実施形態を1相励磁二相出力型のレゾルバに適用してもよい。1相励磁二相出力型のレゾルバの二相の出力信号のうちの1つが断線した際の振る舞いが、上記の二相励磁二相出力レゾルバと同じであれば、同様の手法を適用することができる。
Claims (8)
- 二相出力型のレゾルバから出力される出力信号に基づいて、前記出力信号のA相信号とB相信号の二乗和を算出する出力信号状態検出ユニットと、
前記二乗和の値が変動し、前記二乗和の値が閾値を周期的に超える場合に、前記レゾルバの励磁信号を供給する第1信号系統と、前記出力信号の第2信号系統との何れかに断線の可能性があると判定して、前記判定の結果に応じて前記断線状態を示す情報を出力する断線識別ユニットと、
前記断線状態が検出された場合に前記レゾルバを継続して利用する第1モードと、前記断線状態が検出された場合に前記レゾルバの利用を中断させる第2モードとを、前記出力信号に基づいて識別するモード識別ユニットと
を備えるレゾルバ信号処理装置。 - 前記二乗和の値と予め定められた閾値とを比較するコンパレータと、
を備え、
前記断線識別ユニットは、
前記比較の結果に基づいた前記判定の結果に応じて前診断線状態を示す情報を出力する
請求項1に記載のレゾルバ信号処理装置。 - 基準位相θrefを生成する基準信号生成ユニットと、
前記出力信号と前記基準位相θrefとに基づいて励磁位相θexを生成する演算処理ユニットと、
前記モード識別ユニットによる識別の結果に基づいて、前記励磁位相θexと前記基準位相θrefの何れかを選択するスイッチと、
前記選択された信号に基づいて、前記レゾルバの励磁信号を生成する変換処理ユニットと
を備える請求項1に記載のレゾルバ信号処理装置。 - 前記スイッチは、前記モード識別ユニットが前記第1モードを識別した場合における前記モード識別ユニットの制御に基づいて、前記励磁位相θexを出力する
請求項4に記載のレゾルバ信号処理装置。 - 前記スイッチは、前記モード識別ユニットが前記第2モードを識別した場合における前記モード識別ユニットの制御に基づいて、前記基準位相θrefを出力する
請求項4に記載のレゾルバ信号処理装置。 - モータと、
前記モータの回転を検出する前記レゾルバと、
請求項1に記載のレゾルバ信号処理装置であって、前記レゾルバが検出した前記モータの回転に基づいて、前記モータの位相の推定値を生成するレゾルバ信号処理装置と、
前記レゾルバ信号処理装置によって生成された前記モータの位相の推定値に基づいて、前記モータを駆動するインバータと
を備えるドライブ装置。 - レゾルバ信号処理装置が、
二相出力型のレゾルバから出力される出力信号に基づいて、前記出力信号のA相信号とB相信号の二乗和を算出し、
前記二乗和の値が変動し、前記二乗和の値が閾値を周期的に超える場合に、前記レゾルバの励磁信号を供給する第1信号系統と、前記出力信号の第2信号系統との何れかに断線の可能性があると判定して、前記判定の結果に応じて前記断線状態を示す情報を出力し、
前記断線状態が検出された場合に前記レゾルバを継続して利用する第1モードと、前記断線状態が検出された場合に前記レゾルバの利用を中断させる第2モードとを、前記出力信号に基づいて識別するステップ
を含むレゾルバ信号処理方法。 - レゾルバ信号処理装置のコンピュータに、
二相出力型のレゾルバから出力される出力信号に基づいて、前記出力信号のA相信号とB相信号の二乗和を算出するステップと、
前記二乗和の値が変動し、前記二乗和の値が閾値を周期的に超える場合に、前記レゾルバの励磁信号を供給する第1信号系統と、前記出力信号の第2信号系統との何れかに断線の可能性があると判定して、前記判定の結果に応じて前記断線状態を示す情報を出力するステップと、
前記断線状態が検出された場合に前記レゾルバを継続して利用する第1モードと、前記断線状態が検出された場合に前記レゾルバの利用を中断させる第2モードとを、前記出力信号に基づいて識別するステップと
を実行させるためのプログラム。
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Publications (2)
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