JPWO2015071974A1 - 回転機の制御装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、この発明の実施の形態1による回転機の制御装置とその周辺の構成を示すブロック図である。図1において、制御装置20の周辺には、回転機1と負荷8が備わっている。負荷8は、回転機1により出力されるトルクを与える対象を示し、用途により様々なものが適用される回転慣性体として想定すればよい。負荷8は、この発明の構成要素ではない。回転機1は、例えば、永久磁石同期電動機、DCブラシ付き電動機、誘導電動機など、一般に良く知られたものとする。
Ae:加振振幅、
ωe:加振周波数
Φe:加振位相
なお、次元換算部704の代わりに、出力トルクTsの次元を回転位置θmと同様になるよう換算する次元換算部(図示省略)を設けてもよい。
図6にこの発明の実施の形態2による加振応答演算器の構成の一例を示すブロック図を示す。上述の実施の形態1においては、異常判定部7は、加振応答に対する各検出部の応答の振幅を演算した。この実施の形態では、応答の位相を演算する点が実施の形態1と異なる。その他の部分は基本的に上記実施の形態と同様である。
図7にこの発明の実施の形態3による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。上述の実施の形態1においては、異常判定部7は、加振周波数に基づいて図2の基準波生成部701で基準波を生成した。この実施の形態では基準波の生成法が異なる。図7のように、加振情報を加振指令そのものとし、加振指令そのものと、加振指令の位相を90度だけシフトした信号を基準波とする点が、上記実施の形態1と異なる。他は基本的に同様である。
なお、加振応答演算器702は図4の振幅演算を行う加振応答演算器702aでも、図6の位相演算を行う加振応答演算器702aであってもよい(以下同様)。
図8はこの発明の実施の形態4による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態1においては、異常判定部7は、加振指令の特徴量である加振情報に基づいて、加振応答振幅を演算し、異常を判定した。この実施の形態では、図8のように、異常判定部7は、加振指令発生部5から加振情報を受け取ることなく、加振応答を演算する点が、実施の形態1と異なり、他は基本的に同様である。
上述の実施の形態1においては、異常判定部7は、加振指令の特徴量である加振情報に基づいて、加振応答振幅を演算し、異常を判定した。この実施の形態では実施の形態4と同様に、図8のように、異常判定部7は、加振指令発生部から加振情報を受け取ることなく、加振応答を演算する点が、実施の形態1と異なる。他は基本的に同様である。
図11にこの発明の実施の形態5による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。異常判定部7は、図11のように構成され、周波数検出部711によって、加振周波数を算出(検出)し、その加振周波数に基づいて基準波生成部701が基準波を演算するものである。
周波数検出部711は、所定期間の回転位置θmの値を用いて、一般によく知られる方法であるスペクトル解析法によって、周波数解析する。周波数解析の結果、各周波数に対する振幅が演算される。様々な振動のうち加振指令によるものが支配的であるので、加振周波数が最も大きな値として特定される。このようにして、周波数検出部711で算出された加振周波数ωeに基づいて、基準波生成部701が基準波を演算する。
図12にこの発明の実施の形態6による異常判定部の構成の一例を示すブロック図を示す。上述の実施の形態5においては、異常判定部7は、加振応答演算器702で、加振応答振幅を演算し異常を判定した。この実施の形態では、図12のように、異常判定部7は、加振応答振幅に基づいて伝達演算部712で、加振指令から加振応答までの伝達の特徴量である伝達ゲインまたは伝達位相を演算する。そしてその伝達ゲインまたは伝達位相に基づいて比較判定部703が異常を判定する点、および伝達演算部712が例えば図1に示す加振指令発生部5より加振情報(振幅または位相)を受ける点が異なる。他は基本的に同様である。
図13はこの発明の実施の形態7による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態1においては、加振指令発生部5は、加振指令の振幅は固定であった。この実施の形態では、加振指令の振幅すなわち加振振幅Aeを制御装置の状態変数に基づいて変動させる点が、実施の形態1と異なる。他は基本的に同様である。
図14はこの発明の実施の形態8による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態1においては、基本指令に加振指令を加算して給電指令を演算した。この実施の形態では、図14のように加振指令発生部5が加振指令を給電指令として給電部2へ出力する点が、実施の形態1と異なる。他は基本的に同様である。
上述の実施の形態1においては、回転状態検出部3で検出する回転状態は回転機1の回転位置θmであったが、この実施の形態では、回転状態検出部3で検出する回転状態は回転機1の回転速度であるとする。図2の次元換算部704が回転速度を回転位置に変換演算してからゲインを乗算して換算回転位置θtとする点が、実施の形態1と異なる。他は基本的に同様である。
図15はこの発明の実施の形態10による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態1においては、トルク検出部4は1系統のみ有していた。この実施の形態では図15のように、トルク検出部は第1トルク検出部401と第2トルク検出部402の2系統を有する。各検出部401,402はそれぞれ第1出力トルクと第2出力トルクを出力し、異常判定部7は、第1出力トルクと第2出力トルクの両方に基づいて異常を検知する点が、実施の形態1と異なる。他は基本的に同様である。
図16はこの発明の実施の形態11による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態1においては、回転状態検出部3は1系統のみ有していた。この実施の形態では、図16のように、回転状態検出部は、第1回転状態検出部301と第2回転状態検出部302の2系統を有する。各検出部301,302はそれぞれ第1回転状態と第2回転状態を出力し、異常判定部7は、第1回転状態と第2回転状態の両方に基づいて異常を検知する点が、実施の形態1と異なる。他は基本的に同様である。なお、この実施の形態でも、回転状態は回転位置とする。
図19はこの発明の実施の形態12による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態10に記載の構成に加えて、この実施の形態では、図19のように、異常判定部7が特定された異常な検出部がどれであるかを異常情報として選択部11に入力する。選択部11は、第1トルク検出部401または第2トルク検出部402のいずれか一方が異常の場合に、正常な他方の出力する出力トルクを選択して、基本指令生成部10に入力するよう構成されている。
図20はこの発明の実施の形態13による回転機の制御装置とその周辺の構成を示す図である。上述の実施の形態11に記載の構成に加えて、この実施の形態では、図20のように、異常判定部7が特定された異常な検出部がどれであるかを異常情報として選択部11に入力する。選択部11は、第1回転状態検出部301または第2回転状態検出部302のいずれか一方が異常の場合に、正常な他方の出力する出力トルクを選択して、基本指令生成部10に入力するよう構成されている。
図21はこの発明の実施の形態14による電動パワーステアリング装置の構成を示すブロック図である。図21の電動パワーステアリング装置は、上述した各実施の形態で示した回転機の制御装置を適用した一例である。図示しない運転者によりステアリングホイール101に加えられた操舵力は、回転軸ARであるステアリングシャフト103、ラック・ピニオンギヤ104を順に介してラックに伝達されて、車輪105を転舵させる。回転機1は、モータ減速ギア102を介してステアリングシャフト103と連結している。回転機1が発生するトルク(以下補助力とも言う)は、モータ減速ギア102を介してステアリングシャフト103に伝達され、操舵時に運転者が加える操舵力を軽減する。
Claims (18)
- 給電指令に応じた電力を回転機に給電する給電部と、
前記回転機の回転状態を検出する回転状態検出部と、
前記回転機の出力する出力トルクを検出するトルク検出部と、
前記回転状態検出部またはトルク検出部の異常を判定する異常判定部と、
前記回転機を振動させる加振指令を発生する加振指令発生部と、
を備え、
前記給電指令が少なくとも前記加振指令に基づいて生成されるとともに、前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答に基づいて前記検出部の異常を判定する、
ことを特徴とする回転機の制御装置。 - 前記加振指令発生部は、前記加振指令の特徴量を加振情報として出力し、前記異常判定部は、前記加振情報に基づいて前記応答を求めて異常を判定することを特徴とする請求項1に記載の回転機の制御装置。
- 前記加振指令は正弦波を含み、前記加振情報は前記加振指令の周波数、位相、振幅のいずれか1つまたは前記加振指令であって、
前記異常判定部は、前記加振情報に基づいて前記応答を求めて異常を判定することを特徴とする請求項2に記載の回転機の制御装置。 - 前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答の振幅に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記加振指令発生部は、前記加振情報を加振指令の周波数とし、
前記異常判定部は、前記加振指令の周波数に基づいて、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記出力トルクの応答それぞれの振幅または位相を演算し、該振幅または該位相に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項3に記載の回転機の制御装置。 - 前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態と前記出力トルクの交流成分を抽出し、前記交流成分に基づいて前記応答を求めて異常を判定することを特徴とする請求項1に記載の回転機の制御装置。
- 前記回転状態検出部は、前記回転機の回転位置または回転速度を検出または演算することを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答または前記出力トルクの応答に、補正ゲインを乗算した値に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記異常判定部は、前記回転状態検出部とトルク検出部の出力の次元を合わせるために一方の出力に積分を含むフィルタ処理を施して次元換算を行うことを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記トルク検出部は、第1トルク検出部と第2トルク検出部の2系統を有し、それぞれ第1出力トルクと第2出力トルクを出力し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答、前記第1出力トルクの応答および前記第2出力トルクの応答のうちいずれか2つの応答に対して残りの1つの応答が異なる場合に、前記異なる応答を示した前記回転状態検出部、第1トルク検出部または第2トルク検出部に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項1から9までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記トルク検出部は、第1トルク検出部と第2トルク検出部の2系統を有し、それぞれ第1出力トルクと第2出力トルクを出力し、
前記制御装置は、前記第1トルク検出部または前記第2トルク検出部のいずれかが異常である場合において、正常な系統の出力トルクに基づいて回転機の制御を継続し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記回転状態の応答と前記正常な系統の出力トルクの応答に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項1から10までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記回転状態検出部は、第1回転状態検出部と第2回転状態検出部の2系統を有し、それぞれ第1回転状態と第2回転状態を出力し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記第1回転状態の応答、前記第2回転状態の応答および前記出力トルクの応答のうちいずれか2つの応答に対して残りの1つの応答が異なる場合に、前記異なる応答を示した前記第1回転状態検出部、第2回転状態検出部またはトルク検出部に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項1から9までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記回転状態検出部は、第1回転状態検出部と第2回転状態検出部の2系統を有し、それぞれ第1回転状態と第2回転状態を出力し、
前記制御装置は、前記第1回転状態検出部または前記第2回転状態検出部のいずれかが異常である場合において、正常な系統の回転状態に基づいて回転機の制御を継続し、
前記異常判定部は、前記加振指令に対する前記正常な系統の回転状態の応答と前記出力トルクの応答に基づいて異常を判定することを特徴とする請求項1から9までおよび12のいずれか1項に記載の回転機の制御装置。 - 前記加振指令発生部は、前記加振指令の振幅を前記回転状態または前記出力トルクに応じて変化させることを特徴とする請求項1から13までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記給電指令は、前記回転機に基本的な回転をさせる基本指令に前記加振指令を重畳したものとすることを特徴とする請求項1から14までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置。
- 前記加振指令発生部は、前記加振指令の振幅を、前記基本指令に応じて変化させることを特徴とする請求項15に記載の回転機の制御装置。
- 請求項1から16までのいずれか1項に記載の回転機の制御装置を備え、前記回転機が発生するトルクをステアリングシャフトに伝達させることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 前記加振指令は、前記出力トルクと前記回転状態の応答が概ね等しい周波数の正弦波を含むことを特徴とする請求項17に記載の電動パワーステアリング装置。
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