JP7065012B2 - 制御装置及びその誤差補正方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態の概要に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図1において、制御装置1は、位相シフタ101,102と、合成器103と、調整器104と、差動増幅回路105,106と、可変抵抗R1~R4と、を備える。なお、図1には、レゾルバのステータ部分に配置された4相のコイルL1~L4がさらに示されている。例えば、レゾルバのステータに囲まれたロータは、モータの回転軸に取り付けられている。
実施の形態1では、実施の形態の概要で説明した制御装置1の詳細な構成、及び、制御装置1を用いたモータの制御システムについて説明する。
図2に示すように、制御装置1は、アナログ回路300と、カウンタ回路400と、マイコン制御器500と、パワー回路600と、を備える。なお、図2には、モータ202と、レゾルバ201と、がさらに示されている。
図3は、可変抵抗R1の第1の具体的な構成例を可変抵抗R1aとして示す図である。
図3に示すように、可変抵抗R1aは、m(mは2以上の整数)個のスイッチ素子SW1_1~SW1_mと、m個の抵抗素子R1_1~R1_mと、を有する。
図4は、可変抵抗R1の第2の具体的な構成例を可変抵抗R1bとして示す図である。
図4に示すように、可変抵抗R1bは、スイッチ素子SW1_1と、抵抗素子R1_1と、を有する。
図2に戻り、説明を続ける。
次に、アナログ回路300の構成について説明する。
アナログ回路300は、励磁回路301と、増幅回路331と、差動増幅回路105,106と、位相シフタ101,102と、合成器103と、バンドパスフィルタ329と、オペアンプOP330と、備える。
図5は、位相シフタ101の具体的な構成例を示す図である。
図5に示すように、位相シフタ101は、オールパスフィルタであって、オペアンプOP701と、抵抗素子R702~R704と、キャパシタC705と、を備える。
合成器103は、位相シフタ101によって位相シフトされた第1位相信号と、位相シフタ102によって位相シフトされた第2位相信号と、を合成する。それにより、キャリア信号がロータ回転角によって位相変調された信号(位相変調信号)が得られる。
次に、カウンタ回路400の構成について説明する。
カウンタ回路400は、基準CLK回路401と、励磁CLK回路402と、位相差カウンタ404と、CLK同期回路403と、AD変換器141と、を備える。AD変換器141については、後述する。
次に、マイコン制御器500の構成について説明する。
マイコン制御器500は、位置演算器501と、シリアル通信器502と、減算器503と、位置ゲイン演算器504と、微分処理器505と、減算器506と、速度ゲイン演算器507と、トルク演算器508と、三相変換器509と、乗算器510~512と、抵抗値調整回路142と、を備える。抵抗値調整回路142については、後述する。
次に、調整器104の内部構成及び周辺の構成について説明する。
調整器104は、AD変換器141と、抵抗値調整回路142と、を備える。図2の例では、AD変換器141は、カウンタ回路400に設けられ、抵抗値調整回路142は、マイコン制御器500に設けられている。
続いて、ロータ回転角の算出方法について、図2を用いて説明する。
Z2=K・cosθm×sinωt ・・・(2)
X2=K・cosθm×sin(ωt-φ2) ・・・(4)
=K・sinθm×cos(ωt-φ2) ・・・(5)
=K・sinθm×cos(ωt-φ2)+K・cosθm×sin(ωt-φ2)
=K・sin(ωt-φ2+θm) ・・・(6)
続いて、レゾルバ検出信号の角度誤差成分について説明する。
図8は、角度誤差成分がない場合におけるキャリア信号と第1及び第2位相信号(差動増幅回路105,106のそれぞれの出力信号)との例を示す図である。図8において、縦軸は振幅を示し、横軸は時刻を示す。
Z2=K・(β+cosθm)×sinωt ・・・(9)
X2=K・(β+cosθm)×sin(ωt-φ2) ・・・(11)
=K・(α+sinθm)×cos(ωt-φ2) ・・・(12)
X2=K2・(β+cosθm)×sinωt ・・・(16)
図10に示すように、コイルL1は、内部抵抗r1を有し、コイルL1及び可変抵抗R1間のノードN1は、電圧V1を示す。コイルL2は、内部抵抗r2を有し、コイルL2及び可変抵抗R2間のノードN2は、電圧V2を示す。コイルL3は、内部抵抗r3を有し、コイルL3及び可変抵抗R3間のノードN3は、電圧V3を示す。コイルL4は、内部抵抗r4を有し、コイルL4及び可変抵抗R4間のノードN4は、電圧V4を示す。
K2=(A2+A4)・m2 ・・・(19)
図11は、調整器104による可変抵抗R1~R4の調整方法の一例を示すフローチャートである。
図16は、実施の形態2にかかる制御装置2の構成例を示すブロック図である。なお、図16には、モータ202と、レゾルバ201と、がさらに示されている。制御装置2は、制御装置1の場合と比較して、補正回路144と、DA変換器143と、抵抗素子R145、R147と、キャパシタC146と、をさらに備える。
2 制御装置
101 位相シフタ
102 位相シフタ
103 合成器
104 調整器
105 差動増幅回路
106 差動増幅回路
141 AD変換器
142 抵抗値調整回路
143 DA変換器
144 補正回路
201 レゾルバ
202 モータ
203 回転軸
204 ロータ
205 ステータ
300 アナログ回路
301 励磁回路
329 バンドパスフィルタ
331 増幅回路
400 カウンタ回路
401 基準CLK回路
402 励磁CLK回路
403 CLK同期回路
404 位相差カウンタ
500 マイコン制御器
501 位置演算器
502 シリアル通信器
503 減算器
504 位置ゲイン演算器
505 微分処理器
506 減算器
507 速度ゲイン演算器
508 トルク演算器
509 三相変換器
510 乗算器
511 乗算器
512 乗算器
600 パワー回路
C146 キャパシタ
C705 キャパシタ
D305 ダイオード
D306 ダイオード
L1~L4 コイル
OP302 オペアンプ
OP315 オペアンプ
OP320 オペアンプ
OP327 オペアンプ
OP330 オペアンプ
OP701 オペアンプ
r1~r4 内部抵抗
R1~R4 可変抵抗
R1a,R1b 可変抵抗
R1_1~R1_m 抵抗素子
R145,R147 抵抗素子
R311~R314 抵抗素子
R316~R319 抵抗素子
R325 抵抗素子
R326 抵抗素子
R328 抵抗素子
R702 抵抗素子
R703 抵抗素子
R704 抵抗素子
SW1_1~SW1_m スイッチ素子
TR303 トランジスタ
TR304 トランジスタ
Claims (16)
- キャリア信号が供給される電流検出型レゾルバの4相のコイルのそれぞれに流れる電流を電圧に変換して第1~第4検出信号として出力する第1~第4可変抵抗と、
前記第1及び前記第3検出信号の電位差を増幅して第1位相信号として出力する第1増幅回路と、
前記第2及び前記第4検出信号の電位差を増幅して第2位相信号として出力する第2増幅回路と、
前記第1位相信号の位相をシフトする第1位相シフタと、
前記第2位相信号の位相をシフトする第2位相シフタと、
前記第1位相シフタによって位相シフトされた前記第1位相信号と、前記第2位相シフタによって位相シフトされた前記第2位相信号と、を合成することにより、前記キャリア信号が前記電流検出型レゾルバのロータの回転角によって変調された位相変調信号を出力する合成器と、
前記位相変調信号の包絡線の変動幅に基づいて、前記第1~前記第4可変抵抗のそれぞれの抵抗値を調整する調整器と、
を備え、
前記調整器は、さらに、補正信号を生成するように構成され、
前記合成器は、前記第1位相信号及び前記第2位相信号に加えて、前記補正信号を合成することにより、前記位相変調信号を出力するように構成されている、
制御装置。 - 前記調整器は、前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最も小さくなるように、前記第1~前記第4可変抵抗のそれぞれの抵抗値を調整するように構成されている、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記調整器は、前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最も小さくなるような振幅及び位相の前記補正信号を生成するように構成されている、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記第1及び前記第2位相信号の位相差は略90°であって、
前記第1及び前記第2位相シフタは、それぞれによる位相シフト量の差が略90°となるように構成されている、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記第1増幅回路は、90°ずつ位相が異なる前記第1~前記第4検出信号のうち、位相差が180°の前記第1及び前記第3検出信号の電位差を増幅するように構成され、
前記第2増幅回路は、90°ずつ位相が異なる前記第1~前記第4検出信号のうち、位相差が180°の前記第2及び前記第4検出信号の電位差を増幅するように構成されている、
請求項4に記載の制御装置。 - 前記第1位相シフタは、前記キャリア信号の周波数よりも低い第1周波数の極を持つように構成され、
前記第2位相シフタは、前記キャリア信号の周波数よりも高い第2周波数の極を持つように構成されている、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記第1及び前記第2位相シフタは、前記キャリア信号の周波数をfc、前記キャリア信号の周波数よりも低い前記第1周波数をf1、前記キャリア信号の周波数よりも高い前記第2周波数をf2、nを任意の正の実数とすると、f1=fc/n且つf2=fc×nを満たすように構成されている、
請求項6に記載の制御装置。 - 前記第1及び前記第2位相シフタは、何れも、オペアンプを有するオールパスフィルタである、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記位相変調信号と前記キャリア信号との位相差に基づいて前記電流検出型レゾルバのロータの回転角を検出し、その検出結果に基づいてモータを制御する制御器をさらに備えた、
請求項1に記載の制御装置。 - モータと、
前記モータの回転軸にロータが取り付けられた電流検出型レゾルバと、
前記電流検出型レゾルバの4相のコイルのそれぞれに流れる電流から、前記電流検出型レゾルバのロータの回転角を検出し、その検出結果に基づいて前記モータを制御する請求項9に記載の制御装置と、
を備えた、モータ制御システム。 - キャリア信号が供給される電流検出型レゾルバの4相のコイルのそれぞれに流れる電流を、第1~第4可変抵抗を用いて電圧に変換して第1~第4検出信号として出力し、
前記第1及び前記第3検出信号の電位差を増幅して第1位相信号として出力し、
前記第2及び前記第4検出信号の電位差を増幅して第2位相信号として出力し、
前記第1位相信号の位相を第1位相シフタによってシフトし、
前記第2位相信号の位相を第2位相シフタによってシフトし、
前記第1位相シフタによって位相シフトされた前記第1位相信号と、前記第2位相シフタによって位相シフトされた前記第2位相信号と、を合成することにより、前記キャリア信号が前記電流検出型レゾルバのロータの回転角によって変調された位相変調信号を出力し、
前記位相変調信号の包絡線の変動幅に基づいて、前記第1~前記第4可変抵抗のそれぞれの抵抗値を調整する、
制御装置の誤差補正方法であって、
前記位相変調信号を出力するステップでは、前記第1位相信号及び前記第2位相信号に加えて、補正信号を合成することにより、前記位相変調信号を出力する、
制御装置の誤差補正方法。 - 前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最も小さくなるように、前記第1~前記第4可変抵抗のそれぞれの抵抗値を調整する、
請求項11に記載の制御装置の誤差補正方法。 - 前記位相変調信号を出力するステップでは、前記第1位相信号及び前記第2位相信号に加えて、前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最も小さくなるような振幅及び位相の前記補正信号を合成することにより、前記位相変調信号を出力する、
請求項11に記載の制御装置の誤差補正方法。 - 前記第1及び前記第2位相信号の位相差は略90°であって、
前記第1及び前記第2位相シフタのそれぞれによる位相シフト量の差は略90°である、
請求項11に記載の制御装置の誤差補正方法。 - 90°ずつ位相が異なる前記第1~前記第4検出信号のうち、位相差が180°の前記第1及び前記第3検出信号の電位差を増幅して前記第1位相信号として出力し、
90°ずつ位相が異なる前記第1~前記第4検出信号のうち、位相差が180°の前記第2及び前記第4検出信号の電位差を増幅して前記第2位相信号として出力する、
請求項14に記載の制御装置の誤差補正方法。 - 前記ロータが1回転する間の前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最小となるように第1可変抵抗の抵抗値を調整し、
前記ロータが1回転する間の前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最小となるように前記第2可変抵抗の抵抗値を調整し、
前記ロータが1回転する間の前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最小となるように前記第3可変抵抗の抵抗値を調整し、
前記ロータが1回転する間の前記位相変調信号の包絡線の変動幅が最小となるように、前記第1及び前記第2可変抵抗のそれぞれの抵抗値を同じ調整量で再度調整する、
請求項15に記載の制御装置の誤差補正方法。
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