KR20160046871A - 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치 및 각도 오차 보정 방법 - Google Patents

Abstract

각도 오차를 정확하게 추정하여 보정할 수 있는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치 및 각도 오차 보정 방법을 얻는다. 위치 검출기는 전동기의 회전 위치를 검출하고, 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하며, 전류 검출부는 전동기에 흐르는 전류를 검출하고, 주파수 해석부는 전동기의 회전 위치를 이용하여, 전류 검출부로 검출된 전류를 주파수 해석하고, 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하고, 각도 오차 추정기는, 주파수 해석부로 연산된 진폭과 전동기의 회전 위치에 기초하여, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하고, 각도 오차 보정부는 위치 검출기로 검출된 전동기의 회전 위치에 대해서, 각도 오차 추정치를 이용하여, 각도 오차를 보정한다.

Description

위치 검출기의 각도 오차 보정 장치 및 각도 오차 보정 방법{ANGLE ERROR CORRECTION DEVICE AND ANGLE ERROR CORRECTION METHOD FOR POSITION DETECTOR}

이 발명은, 예를 들면 엘리베이터 권상기의 제어장치, 차재(車載) 전동기의 제어장치 또는 공작 기계의 전동기의 제어장치 등에 적용되어, 전동기의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하는 위치 검출기의 각도 오차를 보정하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치 및 각도 오차 보정 방법에 관한 것이다.

종래부터, 각도 검출기에 의해, 리졸버(resolver)에 있어서 검출된 신호로부터 각도 신호를 검출하고, 리졸버의 오차 파형이 리졸버 고유의 결정된 n차 성분으로 구성되어 있는 것, 및 재현성(再現性)이 있는 것을 이용하여, 각도 오차 추정기에 의해, 검출된 각도 신호를 참조하여 위치 오차를 산출하고, 당해 위치 오차를 미분하여 속도 오차 신호를 산출하고, 당해 속도 오차 신호를 예를 들면 푸리에 변환에 의해 주파수 분석하여 주파수 성분마다의 검출 오차를 산출하고, 산출한 검출 오차를 합성하여 추정 각도 오차 신호를 생성하고, 각도 신호 보정 회로에 의해, 생성한 추정 각도 오차 신호를 이용하여 검출된 각도 신호를 보정하는 리졸버의 각도 검출 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1: 일본국 특개 2012－145371호 공보

그렇지만, 종래 기술에는, 이하와 같은 과제가 있다.

종래의 리졸버의 각도 검출 장치에서는, 속도 검출기에 있어서, 각도 검출기로 검출된 각도 신호로부터 모터의 회전 속도가 검출되고, 이 검출 속도를 이용하여 각도 오차를 추정하고 있다. 여기서, 검출 속도를 이용하여 각도 오차를 추정하는 경우에는, 각도 검출기 또는 속도 검출기의 속도 분해능(分解能)에 의해서, 각도 오차의 추정 정밀도가 결정된다. 그 때문에, 속도 분해능이 낮은 각도 검출기 또는 속도 검출기에서는 양자화 오차가 생겨, 각도 오차의 추정 정밀도를 충분히 얻을 수 없다고 하는 문제가 있다.

이 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 각도 오차를 정확하게 추정하여 보정할 수 있는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치 및 각도 오차 보정 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

이 발명에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치는, 전동기의 회전 위치를 검출하여, 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하는 위치 검출기의 각도 오차를 보정하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치로서, 전동기에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와, 전동기의 회전 위치를 이용하여, 전류 검출부로 검출된 전류를 주파수 해석하여, 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하는 주파수 해석부와, 주파수 해석부로 연산된 진폭과 전동기의 회전 위치에 기초하여, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하는 각도 오차 추정기와, 위치 검출기로 검출된 전동기의 회전 위치에 대해서, 각도 오차 추정치를 이용하여, 각도 오차를 보정하는 각도 오차 보정부를 구비한 것이다.

또, 이 발명에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 방법은, 전동기의 회전 위치를 검출하여, 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하는 위치 검출기의 각도 오차를 보정하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치에 의해서 실행되는 각도 오차 보정 방법으로서, 전동기에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 스텝과, 전동기의 회전 위치를 이용하여, 전류 검출 스텝에서 검출된 전류를 주파수 해석하여, 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하는 주파수 해석 스텝과, 주파수 해석 스텝에서 연산된 진폭과 전동기의 회전 위치에 기초하여, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하는 각도 오차 추정 스텝과, 위치 검출기로 검출된 전동기의 회전 위치에 대해서, 각도 오차 추정치를 이용하여, 각도 오차를 보정하는 각도 오차 보정 스텝을 가지는 것이다.

이 발명에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치 및 각도 오차 보정 방법에 의하면, 위치 검출기는 전동기의 회전 위치를 검출하고, 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하며, 전류 검출부(스텝)는, 전동기에 흐르는 전류를 검출하고, 주파수 해석부(스텝)는, 전동기의 회전 위치를 이용하여, 전류 검출부(스텝)로 검출된 전류를 주파수 해석하고, 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하고, 각도 오차 추정기(스텝)는, 주파수 해석부(스텝)로 연산된 진폭과 전동기의 회전 위치에 기초하여, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하고, 각도 오차 보정부(스텝)는, 위치 검출기로 검출된 전동기의 회전 위치에 대해서, 각도 오차 추정치를 이용하여, 각도 오차를 보정한다.

그 때문에, 각도 오차를 정확하게 추정하여 보정할 수 있는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치 및 각도 오차 보정 방법을 얻을 수 있다.

도 1은 이 발명에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치를 포함하는 전동기의 제어장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치가 적용된 전동기의 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치가 적용된 전동기의 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치가 적용된 전동기의 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 5는 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치가 적용된 전동기의 제어장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치의 위치 검출기의 검출 오차를 예시하는 그래프이다.
도 7은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치의 각도 오차 추정부를 나타내는 블록도이다.
도 8은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치의 각도 오차 추정기를 나타내는 블록도이다.
도 9는 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치에 있어서, 진폭을 일정하게 하고 위상을 변화시켰을 경우의 보정 후의 각도 오차 진폭을 나타내는 그래프이다.
도 10은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치에 있어서의 각도 오차 추정기의 처리를 나타내는 순서도이다.
도 11은 이 발명의 실시 형태 2에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치에 있어서의 전동기의 주파수 특성을 예시하는 그래프이다.
도 12는 이 발명의 실시 형태 2에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치에 있어서의 각도 오차 추정부의 처리를 나타내는 순서도이다.
도 13은 이 발명의 실시 형태 3에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치의 각도 오차 추정기를 나타내는 블록도이다.

이하, 이 발명에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치 및 각도 오차 보정 방법의 바람직한 실시 형태에 대해 도면을 이용하여 설명하지만, 각 도면에 있어서 동일, 또는 상당하는 부분에 대해서는, 동일 부호를 부여하여 설명한다.

실시 형태 1.

도 1은 이 발명에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치를 포함하는 전동기의 제어장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다. 또, 도 2~5는 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치가 적용된 전동기의 제어장치를 나타내는 블록도이다.

도 1~5에 있어서, 이 전동기의 제어장치는 속도 지령치 생성부(1), 속도 제어기(2), 전류 제어기(3), 인버터(4), 전동기(5), 위치 검출기(6), 전류 센서(전류 검출부)(7), 속도 연산부(8), 검출 위치 보정부(9), 위치 연산부(11), 좌표 변환기(12) 및 각도 오차 추정부(20)를 구비하고 있다.

속도 지령치 생성부(1)는 전동기(5)에 대한 속도 지령치를 생성하여 출력한다. 또한, 도시하고 있지 않지만, 속도 지령치 생성부(1)는 위치 제어 시스템을 포함하고 있어도 된다. 속도 지령치 생성부(1)가 위치 제어 시스템을 포함하는 경우라도, 이 발명은 적용할 수 있다.

속도 제어기(2)는 속도 지령치 생성부(1)로부터의 속도 지령치와, 속도 연산부(8)로 연산된 전동기(5)의 회전 속도의 차분(差分)을 입력으로 하여, 전동기(5)에 대한 전류 지령치를 생성하여 출력한다.

속도 연산부(8)는 위치 검출기(6)로부터의 출력인 전동기(5)의 회전 위치가 검출 위치 보정부(9)로 보정된 위치 정보 또는 각도 정보에 기초하여, 전동기(5)의 회전 속도를 연산하여 출력한다. 또한 속도 연산부(8)는 가장 간단하게는, 위치 또는 각도의 시간 미분에 의해서 회전 속도를 연산한다.

또, 속도 연산부(8)는, 도 2, 4에 도시되는 것처럼, 위치 검출기(6)의 위치 정보(예를 들면, 광학식 인코더의 펄스수)를 기초로 속도 연산을 행해도 되고, 도 3, 5에 도시되는 것처럼, 위치 연산부(11)에 의해서 연산된 각도 정보를 기초로 속도 연산을 행해도 된다. 또, 속도 연산부(8)는 시간을 계측하기 위한 구성을 포함하고 있어도 된다.

전류 제어기(3)는 속도 제어기(2)로부터의 전류 지령치와, 도 2, 3에 도시되는 전류 센서(7)로부터의 출력인 상전류(phase current), 또는 도 4, 5에 도시되는 상전류를 좌표 변환기(12)로 d－q축 등으로 변환한 전동기(5)의 축전류와의 차분을 입력으로 하여, 전동기(5)의 전압 지령치를 생성하여 출력한다.

위치 연산부(11)는 위치 검출기(6)로부터의 출력인 전동기(5)의 회전 위치, 또는 검출 위치 보정부(9)로 보정된 위치 정보에 기초하여, 전동기(5)의 각도 정보를 연산하여 출력한다. 또, 좌표 변환기(12)는 전동기(5)를 벡터 제어하는 경우에, 전류 센서(7)로부터의 상전류를, α-β축, d－q축 또는 γ-δ축 등, 제어에 적절한 좌표로 변환한다.

검출 위치 보정부(9)는 위치 검출기(6)로부터의 출력인 전동기(5)의 회전 위치, 또는 위치 검출기(6)로부터의 회전 위치가 위치 연산부(11)로 변환된 각도 정보에 대해서, 각도 오차 추정부(20)로부터의 출력인 각도 오차 추정치를 덧셈 또는 뺄셈하여, 보정 후의 위치 정보 또는 각도 정보를 출력한다.

전류 센서(7)는 전동기(5)의 전류를 측정한다. 예를 들면, 전동기(5)가 3상 전동기인 경우에는, 2상의 상전류를 측정하는 것이 많지만, 3상의 상전류를 측정해도 된다. 또한 도 1~5에서는, 전류 센서(7)가 인버터(4)의 출력 전류를 측정하고 있지만, 전류 센서(7)는 원션트 저항(one-shunt resistor)에 의한 전류 측정법과 같이, 인버터(4)의 모선(母線) 전류를 측정하여, 각 상전류를 추정해도 된다. 이 경우라도, 이 발명에는 하등 영향을 주지 않는다.

인버터(4)는 전류 제어기(3)로부터의 전압 지령치에 기초하여, 도시하지 않는 전원의 전압을, 원하는 가변 전압 가변 주파수로 변환한다. 이 발명에서는, 일반적으로 판매되고 있는 인버터 장치와 같이, 컨버터에 의해서 교류 전압을 직류 전압으로 변환한 후에, 인버터에 의해서 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 전력 변환 장치나, 매트릭스 컨버터와 같이, 교류 전압을 직접 교류의 가변 전압 가변 주파수로 변환하는 전력 변환 장치를 포함하는 가변 전압 가변 주파수의 전력 변환 장치를 가리킨다.

또, 이 발명의 실시 형태 1에 따른 인버터(4)는 상술한 인버터(4)에 더하여, 좌표 변환의 기능을 포함해도 된다. 즉, 전압 지령치가 d－q축의 전압 지령치인 경우에는, d－q축의 전압 지령치를 상전압 또는 선간 전압으로 변환하고, 지령된 전압 지령치에 따른 전압으로 변환하는 좌표 변환 기능도 포함하여, 인버터(4)로 표현한다. 또한 도시하고 있지 않지만, 인버터(4)의 데드 타임(dead time)을 보정하는 장치 또는 수단이 마련되어 있어도, 이 발명은 적용할 수 있다.

위치 검출기(6)는, 예를 들면 광학식 인코더나 자기식 인코더, 리졸버와 같이, 전동기(5)의 제어에 필요한 전동기(5)의 회전 위치를 검출한다. 또, 위치 검출기(6)는, 도 6에 도시되는 것처럼, 출력되는 회전 위치의 정보에는, 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하고 있다.

여기서, 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차란, 예를 들면 상기 특허 문헌 1의 단락 0020, 0021에 기재된 리졸버의 검출 오차나, 광학식 인코더에 있어서의 슬릿 불량(slit defect)에 의한 펄스 소실 및 펄스 사이 거리의 불균형과 같이, 회전 위치에 따라 재현성이 있는 오차를 가리킨다.

이하, 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차는, 위치 정보를 각도로 변환한 각도 오차 θ_err로서 표현한다. 또한 이 발명은, 위치 검출기(6)가 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하고, 또한 각도 오차 θ_err의 주성분 차수를 알고 있는 경우에 적용할 수 있다.

위치 검출기(6)의 주기적인 각도 오차 θ_err는, 다음 식 (1)과 같이, 정현파(sine wave)를 이용하여 근사적(近似的)으로 나타낼 수 있다. 또한 정현파에 의한 표기여도 여현파(cosine wave)에 의한 표기여도 본질적인 차이는 없으므로, 이 발명의 실시 형태 1에서는, 정현파에 의한 표기로 통일한다.

[수 1]

다만, 식 (1)에 있어서, θ_m은 전동기(5)의 기계 각도(mechanical angle)를 나타내고, A₁은 N₁차의 차수에 있어서의 오차 진폭을 나타내고, A₂는 N₂차의 차수에 있어서의 오차 진폭을 나타내고, A_n은 N_n차의 차수에 있어서의 오차 진폭을 나타내고, φ₁은 N₁차의 차수에 있어서의 전동기(5)의 기계 각도에 대한 위상 시프트(phase shift)(오차 위상)를 나타내고, φ₂는 N₂차의 차수에 있어서의 전동기(5)의 기계 각도에 대한 위상 시프트를 나타내고, φ_n은 N_n차의 차수에 있어서의 전동기(5)의 기계 각도에 대한 위상 시프트를 나타내고 있다.

또한 식 (1)의 N₁, N₂ … N_n의 공간 차수는, 1, 2 … Nn과 같이 연속한 정수일 필요는 없고, 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차의 주성분의 공간 차수이다. 여기서 말하는 주성분이란, 다른 주파수의 진폭에 대해서, 그 공간 차수에 있어서의 진폭이 큰 것을 가리킨다.

또, 식 (1)은 3개 이상의 주파수 성분을 합성한 것으로서 표기되어 있지만, 주기적인 각도 오차 θerr의 주파수 성분은, 1개여도 2개여도, 또는 그 이상의 성분으로 구성되어 있어도 된다.

도 7은 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치의 각도 오차 추정부(20)를 나타내는 블록도이다. 도 7에 있어서, 각도 오차 추정부(20)는 주파수 해석부(21) 및 각도 오차 추정기(22)를 가지고 있다.

주파수 해석부(21)는 전류 센서(7)로부터의 상전류, 및 위치 검출기(6)로부터의 출력인 전동기(5)의 회전 위치가, 검출 위치 보정부(9)로 보정된 위치 정보 또는 각도 정보를 입력으로서 입력 전류의 원하는 주파수에 있어서의 진폭, 또는 진폭 및 위상을 얻는다.

여기서, 주파수 해석부(21)는 푸리에 변환, 푸리에 급수 해석(Fourier series analysis) 또는 고속 푸리에 변환과 같이, 입력하는 신호의 원하는 주파수에 있어서의 진폭 및 위상이 얻어지는 구성이 바람직하지만, 노치 필터(notch filter)나 밴드 패스 필터(band pass filter)를 조합한 필터와 같이, 원하는 주파수 신호를 추출하고, 진폭 검출부나 위상 검출부에 의해서, 입력 신호의 원하는 진폭이나 위상을 연산하는 구성이어도 된다. 또, 여기서 이용하는 필터는, 저항이나 콘덴서, 코일 등을 조합한 전기적인 것이어도, 계산기 내에서 행하는 처리여도 된다.

특히, 이 발명의 실시 형태 1에 있어서는, 원하는 주파수의 진폭에 비례한 정보, 또는 진폭의 멱승(power)에 비례한 정보를 검출할 수 있는 구성이면, 주파수 해석부(21)의 구성은 묻지 않는다. 또, 도 2, 도 3에서는, 상전류를 입력으로 하고 있지만, 도 4, 도 5에 도시되는 것처럼, 상전류를 좌표 변환한 d축 전류, q축 전류,γ축 전류, δ축 전류 또는 α축 전류, β축 전류 중 어느 전류를 입력으로 해도 된다.

또한 여기서 말하는 원하는 주파수(특정 주파수)의 신호란, 위치 검출기(6)의 주기적인 각도 오차 θerr에 기인하는, 각도 오차 θerr의 주성분과 같은 주파수의 신호를 가리킨다. 또, 이 발명의 실시 형태 1에서는, 원하는 주파수를 공간 주파수로서 나타내지만, 시간 주파수여도 본질적인 차이는 없다.

여기서, 공간 주파수란, 특정의 구간, 이 발명의 실시 형태 1에 있어서는, 전동기(5)의 1회전에 있어서의 주파수를 말한다. 또, 전동기(5)의 기계 1회전에 있어서의 주기적인 N개의 파(wave)의 신호를, 공간 차수의 N의 파라고 부른다.

위치 검출기(6)를 구비한 전동기(5)의 제어장치에서는, 위치 검출기(6)의 오차가 전동기(5)의 회전 위치에 따른 주기성을 가지기 때문에, 주파수 해석은, 공간 주파수에 의한 해석이 바람직하며, 상기 식 (1)에서도, 각도 오차 θerr가 공간 주파수에 의한 표현으로 되어 있고, 추가로 도 1~5에 도시된 주파수 해석부(21)도, 입력이 공간 주파수 해석에 대응한 입력(전류 및 각도)으로 되어 있다.

그렇지만, 이 발명의 실시 형태 1은, 시간 주파수에 의한 주파수 해석에도 적용할 수 있어, 시간 주파수에 의한 주파수 해석을 행하는 경우에는, 전류 및 각도를 입력으로 하는 대신에, 검출 속도, 시간 계측부에 의한 계측 시간 및 전류를 입력으로 하여, 주파수 해석을 행한다.

각도 오차 추정기(22)는 주파수 해석부(21)의 출력인 원하는 주파수 성분의 전류 진폭치와, 위치 검출기(6)로부터의 출력인 전동기(5)의 회전 위치가, 검출 위치 보정부(9)로 보정된 각도 정보를 입력으로 하여, 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 각도 오차 θerr를 후술하는 추정 방법에 따라 추정하여, 각도 오차 추정치를 각도 정보 또는 위치 정보로서 출력한다.

여기서, 도 2, 4에서는, 검출 위치 보정부(9)의 입력 중 한쪽이, 위치 검출기(6)의 출력 신호(전동기(5)의 회전 위치)이므로, 각도 오차 추정기(22)는 위치 검출기(6)의 출력 신호를 출력한다. 즉, 위치 검출기(6)가 광학식 인코더이고, 그 분해능이 1024펄스/회전이며, 각도 오차 추정기(22)의 추정 결과가 1°인 경우를 생각하면, 각도 오차 추정기(22)는 1°에 상당하는 펄스수 3펄스를 위치 정보로서 출력한다.

또, 도 3, 5에 도시되는 것처럼, 검출 위치 보정부(9)의 입력 중 한쪽이, 위치 검출기(6)로부터의 회전 위치가 위치 연산부(11)로 변환된 각도 정보인 경우에는, 각도 오차 추정기(22)는 각도 정보를 출력한다.

또한 상기 식 (1)에서 도시되는 것처럼, 각도 오차의 주파수 성분이 복수 있는 경우에는, 순서대로 각 성분에서 각도 오차를 추정하여 더하거나, 또는 복수의 주파수 성분을 동시에 추정하면 된다. 이때, 순서대로 각 성분에서 각도 오차를 추정하는 경우에 비해, 동시 추정의 경우에는, 추정 시간을 단축할 수 있다. 여기에서는, 간단화를 위해서, 각도 오차가 단일의 주파수 성분만으로 이루어지는 경우에 대해서 설명한다.

여기서, 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 각도 오차를 포함하는 위치 검출기(6)에 의해서 속도 피드백 제어를 행하면, 각도 오차와 동일 차수의 주파수 성분을 포함하는 전류 맥동(脈動) 또는 전류 지령치의 맥동이 발생하는 것을 알고 있다. 그 때문에, 전류 맥동을 억제하도록 각도 오차를 추정하여 보정해 주면, 각도 오차, 및 위치 검출기(6)로부터의 출력을 이용하여 연산되는 전동기(5)의 회전 위치의 오차를 작게 할 수 있다.

또한 위치 검출기(6)가, 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하는 경우에, 주파수 해석부(21)에 의해서 상전류의 주파수 해석을 행하면, 전동기(5)가 영구 자석 동기 전동기일 때, 상전류에 나타나는 전류 맥동은, 극쌍수(pole pair)를 P_n이라고 하고, 원하는 주파수의 차수를 N_n이라고 하면, 기계 차수로 P_n±N_n차의 차수가 된다.

그 때문에, 상전류 중, 적어도 1상의 전류를 주파수 해석하여, P_n＋N_n차 또는 P_n－N_n차의 전류로부터, P_n＋N_n차 또는 P_n－N_n차의 각도 오차를 추정하면 된다. 다만, P_n－N_n차의 차수에 대해서는, 전동기(5)의 극쌍수 P_n보다도 원하는 주파수의 차수 N_n이 큰 경우에는, 음의 수가 되어 존재하지 않을 가능성이 있으므로, P_n＋N_n차의 전류를 주파수 해석하는 것이 바람직하다. 또, 추정을 행할 때는, 정토크(constant-torque), 정속도 운전이 바람직하다.

또, d축 전류 또는 q축 전류 중 어느 것을 주파수 해석부(21)에 의해서 주파수 해석하는 경우에는, 기계 N_n차의 차수의 각도 오차에 의해서, d q축에 나타나는 전류 맥동 성분은, N_n차와 동일 차수의 맥동하는 성분을 가진다. 또, d축 전류는 각도 오차에 의해서 생기는 자극 오프셋(magnetic pole offset)에 기인하여, 토크 전류인 q축 전류가 돌아 들어가므로, 각도 오차와 닮은 꼴의 전류 맥동이 된다. 추가로, q축 전류는 속도 맥동이 속도 제어 시스템을 통해 전류 지령치의 맥동이 된다. 그 때문에, q축 전류는 속도 맥동의 원인이 되는 각도 오차 닮은 꼴의 전류 맥동이 된다.

이에, 예를 들면, 각도 오차 추정기(22)는 주파수 해석부(21)에 있어서의 주파수 해석에 의해서 얻어진 d축 전류 또는 q축 전류의 N_n차의 전류 진폭을 최소로 하도록, 각도 오차를 추정하면 된다.

또한 d축 전류 또는 q축 전류의 어느 전류 검출치, 또는 어느 전류 지령치로 주파수 해석을 행하는 경우에는, 돌아 들어가는 q축 전류가 일정한 조건, 즉 일정 가속도의 조건으로 추정을 행한다. 특히, 가속도가 제로, 즉 일정 속도로 전동기(5)가 회전하고 있다고 하는 조건으로 추정을 행하는 것이 바람직하다.

여기서, 이 발명의 실시 형태 1에서는, 각도 오차 추정기(22)가 전류의 주파수 해석에 의해서 각도 오차를 추정하는 경우에, 먼저 N_n차의 차수에 있어서의 전동기(5)의 기계 각도에 대한 위상 시프트 φ_n의 추정을 행하고, 다음으로 N_n차의 차수에 있어서의 오차 진폭 A_n의 추정을 행한다. 또, 각도 오차 추정기(22)의 구성을 도 8에 도시한다.

이하, 위상 시프트 φ_n을 먼저 추정하는 이유에 대해서 설명한다. 먼저, 각도 오차 θerr 및 추정 오차 θest를, 각각 다음 식으로 나타낸다.

[수 2]

[수 3]

이때, 각도 오차 θerr와 추정 오차 θest의 차분, 즉 위치 검출기(6)의 출력을 추정 오차 θest로 보정한 후의 각도 오차는, 다음 식 (2)로 나타내진다.

[수 4]

다만, 식 (2)에 있어서, Δθ는 다음 식으로 나타내진다.

[수 5]

이때, (a) 추정 진폭 A_{n_est}을 일정하게 하고, 추정 위상 φ_est을 변화시켰을 때의 보정 후 신호의 진폭, 및 (b) 추정 위상 φ_{n_est}를 일정하게 하고, 추정 진폭의 크기 A_n을 변화시켰을 때의 추정 오차에 대해서 생각한다.

먼저, (a) 추정 진폭 A_{n_est}을 일정하게 하여, 추정 위상 φ_est을 변화시켰을 때의 보정 후 신호의 진폭을 생각하면, 상기 식 (2)로부터, 보정 후의 N_n차의 각도 오차 진폭은, 다음 식 (3)으로 나타내진다.

[수 6]

진폭 추정치 A_{n_est}가 일정한 경우에는, 추정 위상 φ_est에 의해서, 식 (3)으로 나타내지는 보정 후의 각도 오차 진폭은, 도 9에 도시되는 것처럼 변화한다. 도 9로부터, 보정 후의 각도 오차 진폭이 최소가 되는 것은, 위상의 추정 오차 Δθ가 제로가 될 때인 것을 알 수 있다.

즉, 진폭 추정치 A_{n_est}의 값에 의존하지 않고, 위상의 추정 오차 Δθ가 제로가 되는 경우에, 보정 후의 진폭은 최소가 되고, 이때 Δθ가 제로이기 때문에, 추정 위상과 실제의 각도 시프트가 일치한다.

또, 보정 후의 진폭이 최소인 경우에, 각도 오차에 기인하는 전류 맥동도 최소가 되므로, 전류의 주파수 해석에 의한 진폭치도 최소가 된다. 즉, 전류의 주파수 해석에 의한 진폭치가 최소가 되는 추정 위상이, 각도 시프트의 참값(true value)이 된다.

다음으로, (b) 추정 위상 φ_{n_est}를 일정하게 하고, 추정 진폭의 크기 A_n을 변화시켰을 때의 추정 오차를 생각하면, 상기 식 (3)의 보정 후의 각도 오차 진폭이, 다음 식 (4)와 같이 변형된다.

[수 7]

여기서, 위상 추정치는 일정하므로, 추정 위상차 Δθ도 일정치가 된다. 이때 식 (4)에 있어서, 다음 식이 성립하는 경우에, 보정 후의 각도 오차 진폭은 최소가 된다.

[수 8]

따라서 위상차 Δθ=0이 아닌 경우에, 각도 오차 진폭이 최소가 되는, 즉 전류의 주파수 해석에 의한 진폭치가 최소가 되는 추정 진폭은, 실제의 각도 오차의 진폭치와 일치하지 않는다. 반대로, 위상차 Δθ=0인 경우에는, 추정 진폭은, 실제의 각도 오차의 진폭치와 일치한다. 따라서 위상 추정을 먼저 행하여 위상차 Δθ=0으로 한 후에, 진폭 추정을 행함으로써, 각도 오차를 정확하게 추정할 수 있다.

이어서, 도 10의 순서도를 참조하면서, 이 발명의 실시 형태 1에 따른 각도 오차 추정기(22)의 처리에 대해서 설명한다.

먼저, 진폭 추정치 A_{n_est} 및 위상 추정치 φ_{n_est}에, 임의로 설정되는 적당한 초기치(소정의 초기치)를 주고, 보정을 행하면서 전동기(5)를 회전시켜 주파수 해석을 행하여, 각도 오차 주성분의 전류 진폭을 얻는다.

이어서, 위상 추정치 φ_{n_est}만을 변화시키고, 보정을 행하면서 전동기(5)를 회전시켜 주파수 해석을 행하고, 각도 오차 주성분의 전류 진폭이 최소가 되는 φ_{n_est}를 탐색하여, 이것을 위상 추정치로서 결정한다.

다음으로, 상기의 스텝에서 결정한 위상 추정치 φ_{n_est}로 고정하고, 진폭 추정치 A_{n_est}을 변화시키고, 보정을 행하면서 전동기(5)를 회전시켜 주파수 해석을 행하고, 각도 오차 주성분의 전류 진폭이 최소가 되는 A_{n_est}을 탐색하여, 이것을 진폭 추정치로서 결정한다.

이하, 구체적인 예를 들어, 이 발명의 실시 형태 1에 따른 각도 오차 추정기(22)의 추정 방법에 대해서 설명한다.

예를 들면, 위상 추정치의 초기치를 0°로 하고, 위상 추정치의 탐색을 행하는 경우, 먼저, 위상 추정치의 초기치 0°로 보정을 행하면서 주파수 해석을 행한다. 다음으로, 위상 추정치를 120°, 240°로 하고, 각각에 대해서 마찬가지의 보정을 행하면서 주파수 해석을 행한다. 이때, 진폭 추정치 A_{n_est}는 임의로 설정되는 적당한 값으로 고정한다.

여기서, 위상차의 참값이 φ_n=38°인 경우를 생각한다. 추정치 φ_{n_est}를 이용하여 검출 위치 보정부(9)로 보정한 후에 남는, 각도 오차에 의한 공간 n차의 전류 진폭을 I_n(φ_{n_est})이라고 나타내면, 이 예에서는, In(0°)＜In(120°)＜In(240°)처럼, 진폭 추정치 A_{n_est}의 값에 의존하지 않고, 추정 오차 Δθ가 작아지는 순으로 주파수 해석 결과가 작아지는 결과가 된다.

이에, 최소치와, 2번째로 작은 추정치의 중간의 값을 새로운 추정치로 하여, 추가로 주파수 해석을 행하여, 주파수의 진폭을 조사하고, 위상차의 참값을 탐색한다. 이때, 중간치로서 In(60°)을 새로운 추정치로 하여, 최소치 In(0°)과의 비교를 행한다. 이 예에서는, In(60°)＜In(0°)이 된다.

이와 같이, 순차 2분법에 따라서 탐색을 반복해 가면, In(30°)＜In(60°), In(45°)＜In(30°), In(37.5°)＜In(45°)가 되고, 추정치 φ_{n_est}는 점차 φ_n에 가까워져 간다.

또한 이 예에서는, 2분법에 따라 위상치를 추정하는 예를 들어서 설명을 행했지만, 그 외의 선형 탐색(linear search), 등산(hill-climbing)법, 타부 서치(tabu search), 담금질 기법(simulated annealing)과 같은 탐색 알고리즘을 이용해도, 이 발명은 적용할 수 있다.

이어서, 후술하는 위상 추정의 종료 조건이 만족되면, 위상의 추정을 종료하고, 진폭의 추정을 행한다. 진폭의 추정도, 위상의 추정과 마찬가지로, 진폭 추정치 A_{n_est}에 초기치를 주고, 보정을 행하면서 전동기(5)를 회전시켜 주파수 해석을 행하고, 전류 진폭이 보다 작아지도록 진폭 추정치 A_{n_est}을 탐색하여, 진폭이 최소가 되는 진폭 추정치 A_{n_est}을 결정한다. 이때, 위상 추정치는, 상술한 탐색에 의해서 얻어진 값으로 고정된다.

또한 진폭 추정을 행하는 경우의 초기치는, 예를 들면 사양 등에서 미리 위치 검출기(6)의 최대 오차를 알고 있는 경우에는, 최대 오차를 설정하여, 진폭 0과의 사이에서, 상술한 위상과 마찬가지의 방법으로 탐색하면 된다.

또, 추정의 종료 조건은, 시행 횟수, 보정 후의 위치 검출기 정밀도, 또는 전류의 맥동 진폭에 의해서 결정된다. 추정 종료 조건을 만족한 경우, 각도 오차 추정기(22)는 위상 추정치 및 진폭 추정치를 유지하고, 상기 식 (1)에 따른 각도 오차 추정치를 출력한다.

또, 전동기(5)에 장착된 기계 시스템의 가동 범위의 제약 등에 의해, 회전할 수 있는 회전 거리에 제한이 있어, 종료 조건을 만족시키지 못한 경우에는, 추정을 복수회 반복함으로써, 종료 조건을 만족할 때까지 추정을 계속할 수 있다. 이때, 2번째 이후의 추정에서는, 전회의 추정에서 구한 추정치를 초기치로 하여 추정을 행한다.

여기서, 이 발명의 실시 형태 1에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치를 엘리베이터 시스템에 적용하는 경우에 대해서 설명한다. 여기에서는, 예를 들면 권상기의 설치시에, 각도 오차를 추정한다.

엘리베이터 시스템에 있어서의 전동기인 권상기를 설치한 후, 시브(sheave)에 로프를 걸지 않은 상태, 또는 시브에 로프를 건 상태에서, 각도 오차를 추정하기 위한 운전을 행하고, 권상기를 회전시켜 각도 오차의 추정을 행한다.

시브에 로프를 걸지 않은 상태에 있어서는, 권상기의 회전 거리의 제약이 없으므로, 각도 오차의 추정을, 상술한 추정 종료 조건을 만족할 때까지 연속적으로 행할 수 있다. 이것에 대해서, 시브에 로프를 건 상태에 있어서는, 엘리베이터의 승강 거리에 의해, 권상기의 회전 거리에 제약이 걸리므로, 특히 승강 거리가 짧은 경우에는, 승강 운전을 복수회 반복하여 추정을 행한다.

이때, 각도 오차의 추정은, 엘리베이터 칸이 일정 속도로 주행하고 있는 구간만에서 행하고, 가감속 구간에서는 행하지 않는다. 또, 일정 속도로 주행하고 있는 구간을 늘리기 위해서, 주행 속도를, 엘리베이터의 정격 속도보다도 작은 속도로서 운전하도록 해도 된다. 또, 추정 정밀도를 올리기 위해서, 일정 속도로 주행하고 있을 때의 주행 속도를 전류 맥동의 진폭을 크게 하도록 엘리베이터의 주행 속도를 변경해도 된다.

권상기의 자극 위치에 대응한 각도 오차의 추정 결과는, 기억 매체(예를 들면, 불휘발성 메모리)에 기록한다. 통상의 운전시에는, 이 기억 매체로부터 위치 검출기(6)의 출력에 대응한 각도 오차 추정치를 판독하여 보정을 행한다. 기억 매체에 기록하는 각도 오차에 관한 정보는, 각도 오차의 오차 진폭 및 위상 시프트로서 상기 식 (1)로부터 연산에 의해서 각도 오차를 구하도록 해도 되고, 테이블 등에 의한 권상기의 자극 위치에 따른 보정 각도 정보 또는 보정 위치 정보여도 된다. 이 경우, 위상 정보 및 진폭 정보를 기억해 두고, 연산에 의해서 보정하는 방법이, 정보가 최저한(最低限)이 되기 때문에 바람직하다.

이상과 같이, 실시 형태 1에 의하면, 위치 검출기는 전동기의 회전 위치를 검출하여, 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하며, 전류 검출부는 전동기에 흐르는 전류를 검출하고, 주파수 해석부는 전동기의 회전 위치를 이용하여, 전류 검출부로 검출된 전류를 주파수 해석하여, 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하고, 각도 오차 추정기는 주파수 해석부로 연산된 진폭과 전동기의 회전 위치에 기초하여, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하고, 각도 오차 보정부는 위치 검출기로 검출된 전동기의 회전 위치에 대해서, 각도 오차 추정치를 이용하여, 각도 오차를 보정한다.

또, 각도 오차 추정기는 각도 오차 추정치를, 전동기의 기계 각도의 함수로서, 정현파 또는 여현파로 나타내진다고 가정하고, 각도 오차의 진폭 및 위상을 추정하는 것으로서, 먼저, 각도 오차의 진폭을 소정의 초기치로 고정하고, 각도 오차의 위상에 대해서, 소정의 초기치로부터 변화시키면서 보정을 행하고, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차에 있어서의 진폭이 최소가 되는 보정치를 위상 추정치로서 선택하고, 추정 종료 조건을 만족했을 때 각도 오차의 위상 추정을 종료하고, 다음으로, 각도 오차의 진폭을 위상 추정치로 고정하고, 각도 오차의 진폭에 대해서, 소정의 초기치로부터 변화시키면서 보정을 행하고, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차에 있어서의 진폭이 최소가 되는 보정치를 진폭 추정치로서 선택하고, 추정 종료 조건을 만족했을 때 각도 오차의 진폭 추정을 종료한다.

그 때문에, 각도 오차를 정확하게 추정하여 보정할 수 있다.

실시 형태 2.

상기 실시 형태 1에서는, 각도 오차 추정기(22)가 전류의 주파수 해석에 의해서 각도 오차를 추정하는 경우에, 먼저 N_n차의 차수에 있어서의 전동기(5)의 기계 각도에 대한 위상 시프트 φ_n의 추정을 행하고, 다음으로 N_n차의 차수에 있어서의 오차 진폭 A_n의 추정을 행하는 것을 예로 들어 설명했다.

이 발명의 실시 형태 2에서는, 각도 오차 추정기(22)가 미리 구해진 전동기(5)에 따른 주파수 특성을 이용하여, 각도 오차를 추정하는 것에 대해서 설명한다. 또한 이 발명의 실시 형태 2에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치의 구성은, 상술한 실시 형태 1과 마찬가지이고, 각도 오차 추정기(22)의 기능만이 다르므로, 장치 구성에 대해서는, 설명을 생략한다.

먼저, 전동기(5)의 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 각도 오차에 의해서 생기는 전류 맥동에는, 공간 차수 N_n과 전동기(5)의 회전 속도의 곱, 즉 속도 오차의 주파수 성분에 따른 주파수 특성이 있다. 또, 이 주파수 특성은, 도 11에 도시되는 것처럼, 전동기(5)의 회전 속도에 따라 단위 각도 오차마다 발생하는 전류 맥동의 진폭과, 전동기(5)의 기계 각도 θ_m에 대한 전류 맥동의 위상 지연이, 보드선도(Bode plot)로서 그려 나타내진다.

또, 도 11의 보드선도는, 전동기(5)의 동력을 전달하는 기계 시스템(물리적으로 스프링매스 댐퍼 시스템(spring-mass damper system)으로 나타내짐)와 제어 상수(속도 제어 시스템의 응답 주파수, 전류 제어 시스템의 응답 주파수)에 따라 변화한다.

여기서, 각도 오차 추정기(22)가 동일한 제어 상수, 또한 기계 시스템이 일정한 조건하에 있어서, 각도 오차 추정을 행하는 경우를 생각하면, 사전에 동일 조건화에서의 주파수 특성을 구해 두면, 1번 주파수 해석을 행하면, 그 해석 결과인 진폭 정보 및 위상 정보와, 주파수 특성에 기초하여, 각도 오차를 구할 수 있다. 또한 주파수 해석부(21)에 의한 주파수 해석은, 푸리에 변환 또는 푸리에 급수 해석이 바람직하다.

예를 들면, 보정 대상의 각도 오차의 공간 차수가 N_n차이고, 전동기(5)의 회전 속도가 ω_m［rad/s］인 경우에, 진폭의 주파수 특성을 G_a(ω)라고 하고, 위상차의 주파수 특성을 G_φ(ω)라고 하면, 주파수 해석으로 얻어진 공간 차수 Nn차의 전류 진폭 I_a(Nn·ω_m) 및 위상차 I_φ(Nn·ω_m)는, 각도 오차 진폭 A_n과 위상차 φ_n을 이용하여, 각각 다음 식 (5), (6)으로 나타낼 수 있다.

[수 9]

[수 10]

따라서 각도 오차 진폭 추정치 A_{n_est} 및 각도 오차의 위상 추정치 φ_{n_est}는, 주파수 해석 결과인 전류 진폭 I_a(Nn·ω_m) 및 위상차 I_a(Nn·ω_m)를 이용하여, 각각 다음 식 (7), (8)로 나타내진다.

[수 11]

[수 12]

이와 같이, 사전에 각도 오차가 전류 센서(7)의 출력인 전류에 미치는 주파수 특성을 조사해 두면, 1번 주파수 해석을 행하는 것만으로, 각도 오차 추정기(22)에 의해, 각도 오차의 진폭 및 위상을 추정할 수 있다. 또, 이 방법에 의하면, 상술한 실시 형태 1의 각도 오차 추정 방법과 비교하여, 주파수 해석을 행하는 횟수를 줄일 수 있다.

또한, 각도 오차 추정기(22)는 전동기의 주파수 특성을, 테이블 또는 함수로서 내부에 기억하고, 테이블의 경우는 참조하고, 함수의 경우는 연산함으로써, 각도 오차에 따른 진폭 및 위상을 추정한다.

또, 주파수 특성을 조사하는 경우에는, 예를 들면, 새롭게 교정용 위치 검출기를 전동기(5)에 장착하고, 일정 진폭의 Nn차의 공간 차수의 의사적인 각도 오차를, 교정용 위치 검출기의 출력에 맞춰서, 전동기(5)의 회전 속도를 변화시켜서, 그 때의 주파수 해석으로 전류의 진폭 및 위상 지연을 조사함으로써, 주파수 특성을 조사하면 된다.

이때, 전동기(5)의 회전 속도에는 한계가 있으므로, 일정한 회전 속도로 공간 차수 Nn을 변화시키면서, 주파수 특성을 조사하는 것이 바람직하다. 또한 이 발명의 실시 형태 2에 있어서, 주파수 해석을 행하는 전류는 전류 지령치여도, 이 발명은 적용할 수 있다.

이어서, 도 12의 순서도를 참조하면서, 이 발명의 실시 형태 2에 따른 각도 오차 추정부(20)의 처리에 대해서 설명한다.

먼저, 주파수 해석부(21)에 의해, 주파수 해석을 행하고, 이어서, 각도 오차 추정기(22)에 의해, 예를 들면 테이블을 참조하여, 진폭 추정치 A_{n_est} 및 위상 추정치 φ_{n_est}를 결정한다.

여기서, 이 발명의 실시 형태 2에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치를 엘리베이터 시스템에 적용하는 경우에 대해서 설명한다. 먼저, 엘리베이터 시스템의 전동기인 권상기의 기종마다, 제어 파라미터가 다른 경우는, 제어 파라미터 마다, 출하시의 상태에서 몇 대의 권상기로부터, 도 11과 같은 각도 오차와, 전류의 진폭 및 위상차의 주파수 특성을 조사해 둔다.

출하시에 전류 및 위상 진폭을 측정하는 경우에는, 출하시에 권상기를 회전시켜, 전류 맥동의 진폭 정보와 위상 정보를 기록한다. 권상기의 설치 완료 후, 출하시에 측정한 전류 맥동의 진폭 정보, 위상 정보 및 전류의 진폭 및 위상차의 주파수 특성에 기초하여, 각도 오차를 추정하여 보정한다.

한편, 권상기의 설치 후, 시브에 로프를 걸기 전에 측정하는 경우에는, 시브에 로프를 걸기 전에 권상기를 회전시켜, 전류 맥동의 진폭 정보, 위상 정보 및 전류의 진폭 및 위상차의 주파수 특성에 기초하여, 각도 오차를 추정해도 된다. 추정 결과는, 불휘발성 기억 매체에 기록된다. 통상의 운전시에는, 이 기억 매체로부터 위치 검출기의 출력에 대응한 각도 오차의 추정치를 판독하여 보정을 행한다.

다른 한편, 권상기의 설치 후, 시브에 로프를 건 후에 측정하는 경우에는, 시브에 로프를 건 후에 각도 오차를 추정해도 된다. 이 경우에는, 먼저, 권상기의 기종마다, 제어 파라미터가 다른 경우는, 제어 파라미터 마다에, 여러 패턴의 관성(inertia)에 대해서, 몇 대의 권상기로부터, 도 11과 같은 각도 오차와, 전류의 진폭 및 위상차의 주파수 특성을 조사해 둔다.

이어서, 관성 식별을 행하고, 전류 맥동의 진폭 정보, 위상 정보 및 식별한 관성에 가장 가까운 관성에 있어서의 전류의 진폭 및 위상차의 주파수 특성에 기초하여, 각도 오차를 추정한다. 추정 결과는 불휘발성 기억 매체에 기록된다. 통상의 운전시에는, 이 기억 매체로부터 위치 검출기의 출력에 대응한 각도 오차의 추정치를 판독하여 보정을 행한다.

이상과 같이, 실시 형태 2에 의하면, 위치 검출기는 전동기의 회전 위치를 검출하고, 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하며, 전류 검출부는 전동기에 흐르는 전류를 검출하고, 주파수 해석부는 전동기의 회전 위치를 이용하여, 전류 검출부로 검출된 전류를 주파수 해석하고, 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하고, 각도 오차 추정기는 주파수 해석부로 연산된 진폭과 전동기의 회전 위치에 기초하여, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하고, 각도 오차 보정부는 위치 검출기로 검출된 전동기의 회전 위치에 대해서, 각도 오차 추정치를 이용하여, 각도 오차를 보정한다.

또, 각도 오차 추정기는 각도 오차 추정치를, 전동기의 기계 각도의 함수로서, 정현파 또는 여현파로 나타내진다고 가정하고, 각도 오차의 진폭 및 위상을 추정하는 것으로서, 주파수 해석부로 연산된 특정 주파수 성분의 진폭 및 위상과, 미리 구해진, 각도 오차가 전류 검출부의 출력인 전류에 미치는 전동기에 따른 주파수 특성을 대응시켜서, 각도 오차를 추정한다.

그 때문에, 상기 실시 형태 1과 마찬가지의 효과를 얻음과 아울러, 주파수 해석을 행하는 횟수를 줄일 수 있다.

실시 형태 3.

상기 실시 형태 1과 같이, 적당한 초기치의 진폭 추정치 및 위상 추정치를 주고, 주파수 해석 후의 전류 진폭에 기초하여, 각도 오차의 추정을 행하는 경우, 추정치의 갱신은, 주파수 해석을 행한 후가 되므로, 주파수 해석 중에는 추정치를 갱신할 수 없었다. 그 때문에, 리얼 타임으로 각도 오차 추정치를 변경할 수 없었다.

이 발명의 실시 형태 3에서는, 리얼타임성이 뛰어난 필터를 이용하여 주파수 해석을 행함으로써, 각도 오차 추정기(22)가, 도 13에 도시되는 제어 블록을 이용함으로써, 리얼 타임으로 각도 오차를 추정할 수 있는 것에 대해서 설명한다. 또한, 이 발명의 실시 형태 3에 따른 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치의 구성은, 각도 오차 추정기(22)의 구성을 제외하고, 상술한 실시 형태 1과 같다.

먼저, 주파수 해석부(21)는, 예를 들면 밴드 패스 필터나 노치 필터를 이용하여, 원하는 주파수만의 신호를 취출한다. 이어서, 주파수 해석부(21)는 취출한 주파수의 신호의 진폭 또는 진폭에 상당하는 양(이하, 양자 모두 「진폭」이라고 칭함)을 연산한다.

여기서, 진폭에 대해서는, 예를 들면 취출한 주파수의 신호의 절대치를 취하여, 로우패스 필터를 거침으로써, 평활화한 값을 진폭치로서 연산하거나, 신호의 2승합의 평균을 구하거나, 또는 신호의 피크치를 구하는 등의 연산 방법에 의해, 진폭을 연산한다.

또, 각도 오차의 진폭 및 위상은, 도 13에 도시되는 진폭 연산부(31)의 연산 결과로부터 추정된다. 주파수 해석부(21)에 의해서 취출된 원하는 주파수의 전류 진폭을 연산하는 진폭 연산부(31)의 연산 결과와, 전류 맥동 지령치(32)의 차분을 입력으로 하여, 오차 진폭 추정기(33)는 각도 오차의 진폭을 추정하고, 오차 위상 추정기(34)는 각도 오차의 위상을 연산한다.

또, 오차 위상 추정기(34)로 추정된 위상 추정치는, 위치 검출기(6)에 의해서 발생하는 알고 있는 각도 오차의 공간 차수와, 기계 각도를 곱셈한 것에 덧셈 또는 뺄셈되어, sin 테이블 등에 의해서, 단위 진폭의 정현파로서 출력된다. 한편, 오차 진폭 추정기(33)로 추정된 진폭 추정치는, sin 테이블의 출력인 정현파와 곱해져서, 각도 오차 추정치로서 출력된다.

또한 이 발명의 실시 형태 3에서는, 각도 오차의 진폭과 위상을, 동시에 추정하지 못하고, 위상의 추정과 진폭의 추정을 선택하게 된다. 즉, 위상을 추정하고 있을 때는, 진폭을 어느 초기치 또는 진폭 추정치로 가결정하여 위상의 추정을 행하고, 진폭을 추정하고 있을 때는, 위상을 어느 초기치 또는 위상 추정치로 가결정하여 진폭의 추정을 행한다. 또한 상술한 것처럼, 이 경우에는 위상으로부터 진폭의 순으로 추정하는 것이 바람직하다.

오차 진폭 추정기(33)는, 예를 들면 PID 제어에 의해서, 시간에 따라 보정하는 진폭을 변화시켜, 주파수 해석 후의 전류 진폭이, 전류 맥동 지령치(15)와 일치하도록 제어한다. 이때, 전류 맥동 지령치(15)의 값을 제로로 함으로써, 주파수 해석 후의 전류 맥동이 제로가 되도록, 즉 오차 진폭이 참값이 되도록 제어할 수 있다.

또한 연산 오차 등에 의한 어떠한 이유에 의해, 전류 맥동을 제로로 할 수 할 수 없는 경우에는, 오차 진폭 추정기(33)는 전류 진폭이 최소가 되도록 각도 오차의 진폭을 변경하여, 진폭의 추정을 행한다.

또, 오차 위상 추정기(34)도 마찬가지로, 예를 들면 PID 제어에 의해서, 시간에 따라 보정하는 위상을 변화시켜, 주파수 해석 후의 진폭이, 전류 맥동 지령치(15)와 일치하던지, 또는 전류 진폭이 최소가 되도록 각도 오차의 위상을 변경하여, 진폭의 추정을 행한다.

이 발명의 실시 형태 3에서는, 리얼 타임으로 주파수 해석을 행할 수 있어, 리얼 타임으로 각도 오차를 추정 및 보정할 수 있다. 그 때문에, 각도 오차를 추정하기 위한 운전 모드를 가지지 않아도, 각도 오차를 추정할 수 있다. 이때, 리얼 타임으로 각도 오차를 추정하기 위해서는, 전류 맥동의 주파수, 진폭 및 위상이 안정된 주행 조건, 즉 일정 속도 운전인 것이 바람직하다.

또한 이 발명의 실시 형태 3에 따른 각도 오차의 추정 방법은, 상술한 실시 형태 1, 2에 있어서도 사용할 수 있다. 즉, 상술한 실시 형태 1, 2의 방법에 의해, 각도 오차의 진폭 추정치 혹은 위상 추정치, 또는 진폭 추정치 및 위상 추정치를 추정하여 기록한다. 통상 주행시에는, 기록한 추정치를 판독하여, 회전 위치에 따른 각도 오차를 보정한다.

또, 각도 오차의 진폭 및 위상의 추정 방법과, 주파수 해석의 방법에 대해서는, 이 발명의 실시 형태 1~3의 방법을, 서로 조합해도 된다.

이상과 같이, 실시 형태 3에 의하면, 위치 검출기는 전동기의 회전 위치를 검출하고, 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하며, 전류 검출부는 전동기에 흐르는 전류를 검출하고, 주파수 해석부는 전동기의 회전 위치를 이용하여, 전류 검출부로 검출된 전류를 주파수 해석하고, 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하고, 각도 오차 추정기는 주파수 해석부로 연산된 진폭과 전동기의 회전 위치에 기초하여, 특정 주파수 성분으로 이루어지는 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하고, 각도 오차 보정부는 위치 검출기로 검출된 전동기의 회전 위치에 대해서, 각도 오차 추정치를 이용하여, 각도 오차를 보정한다.

또, 각도 오차 추정기는, 각도 오차 추정치를, 전동기의 기계 각도의 함수로서, 정현파 또는 여현파로 나타내진다고 가정하고, 각도 오차의 진폭 및 위상을 추정하는 것으로서, 전류 검출부의 출력으로부터, 주파수 해석부에 의해서 연산되는 특정 주파수의 전류 맥동의 진폭을 조사하고, 특정 주파수의 진폭을 시간과 함께 각도 보정하면서 변화시켜, 주파수 해석부로 연산되는 진폭이 최소가 되었을 때의 값을, 각도 오차의 진폭 추정치로 하는 오차 진폭 추정부와, 전류 검출부의 출력으로부터, 주파수 해석부에 의해서 연산되는 특정 주파수의 전류 맥동의 진폭을 조사하고, 특정 주파수의 위상을 시간과 함께 각도 보정하면서 변화시켜, 주파수 해석부로 연산되는 진폭이 최소가 되었을 때의 값을, 각도 오차의 위상 추정치로 하는 오차 위상 추정부를 포함한다.

그 때문에, 상기 실시 형태 1 또는 상기 실시 형태 2와 마찬가지의 효과를 얻음과 아울러, 리얼 타임으로 각도 오차 추정치를 변경할 수 있다.

Claims (11)

1. 전동기의 회전 위치를 검출하여, 상기 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하는 위치 검출기의 각도 오차를 보정하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치로서,
   상기 전동기에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부와,
   상기 전동기의 회전 위치를 이용하여, 상기 전류 검출부로 검출된 전류를 주파수 해석하고, 상기 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하는 주파수 해석부와,
   상기 주파수 해석부로 연산된 진폭과 상기 전동기의 회전 위치에 기초하여, 상기 특정 주파수 성분으로 이루어지는 상기 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하는 각도 오차 추정기와,
   상기 위치 검출기로 검출된 상기 전동기의 회전 위치에 대해서, 상기 각도 오차 추정치를 이용하여, 상기 각도 오차를 보정하는 각도 오차 보정부를 구비한 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 각도 오차 추정기는,
   상기 각도 오차 추정치를, 상기 전동기의 기계 각도의 함수로서, 정현파 또는 여현파로 나타내진다고 가정하고, 상기 각도 오차의 진폭 및 위상을 추정하는 것으로서,
   먼저, 상기 각도 오차의 진폭을 소정의 초기치로 고정하고, 상기 각도 오차의 위상에 대해서, 소정의 초기치로부터 변화시키면서 보정을 행하여, 상기 특정 주파수 성분으로 이루어지는 상기 각도 오차에 있어서의 진폭이 최소가 되는 보정치를 위상 추정치로서 선택하고, 추정 종료 조건을 만족했을 때 각도 오차의 위상 추정을 종료하고,
   다음으로, 상기 각도 오차의 진폭을 상기 위상 추정치로 고정하고, 상기 각도 오차의 진폭에 대해서, 소정의 초기치로부터 변화시키면서 보정을 행하고, 상기 특정 주파수 성분으로 이루어지는 상기 각도 오차에 있어서의 진폭이 최소가 되는 보정치를 진폭 추정치로서 선택하고, 추정 종료 조건을 만족했을 때 각도 오차의 진폭 추정을 종료하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 각도 오차 추정기는,
   상기 각도 오차 추정치를, 상기 전동기의 기계 각도의 함수로서, 정현파 또는 여현파로 나타내진다고 가정하고, 상기 각도 오차의 진폭 및 위상을 추정하는 것으로서,
   상기 주파수 해석부로 연산된 상기 특정 주파수 성분의 진폭 및 위상과, 미리 구해진, 상기 각도 오차가 상기 전류 검출부의 출력인 전류에 미치는 상기 전동기에 따른 주파수 특성을 대응시켜서, 상기 각도 오차를 추정하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각도 오차 추정기는,
   상기 각도 오차 추정치를, 상기 전동기의 기계 각도의 함수로서, 정현파 또는 여현파로 나타내진다고 가정하고, 상기 각도 오차의 진폭 및 위상을 추정하는 것으로서,
   상기 전류 검출부의 출력으로부터, 상기 주파수 해석부에 의해서 연산되는 상기 특정 주파수의 전류 맥동의 진폭을 조사하고, 상기 특정 주파수의 진폭을 시간과 함께 각도 보정하면서 변화시켜, 상기 주파수 해석부로 연산되는 진폭이 최소가 되었을 때의 값을, 상기 각도 오차의 진폭 추정치로 하는 오차 진폭 추정부와,
   상기 전류 검출부의 출력으로부터, 상기 주파수 해석부에 의해서 연산되는 상기 특정 주파수의 전류 맥동의 진폭을 조사하고, 상기 특정 주파수의 위상을 시간과 함께 각도 보정하면서 변화시켜, 상기 주파수 해석부로 연산되는 진폭이 최소가 되었을 때의 값을, 상기 각도 오차의 위상 추정치로 하는 오차 위상 추정부를 포함하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각도 오차 추정기는, 상기 전동기에 대한 속도 지령치가 일정한 경우에, 상기 각도 오차의 추정을 행하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각도 오차 추정기는, 상기 전동기의 가속도가 일정한 경우에, 상기 각도 오차의 추정을 행하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주파수 해석부는, 푸리에 변환, 푸리에 급수 전개 또는 고속 푸리에 변환을 행하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 주파수 해석부는, 상기 특정 주파수만을 통과시키는 밴드 패스 필터를 포함하고, 상기 밴드 패스 필터의 출력 전류에 대해서, 진폭 연산 및 위상 연산, 또는 진폭 연산만을 행하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전류 검출부로 검출된 상기 전동기의 상전류를, 상기 전동기의 축전류로 변환하는 좌표 변환기를 추가로 구비하고,
   상기 주파수 해석부는, 상기 전동기의 축전류를 주파수 해석하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 좌표 변환기는, 상기 전류 검출부로 검출된 상기 전동기의 상전류를, d－q축 좌표로 변환하고,
    상기 주파수 해석부는, 상기 좌표 변환기로 변환된 d축 전류 및 q축 전류 중 어느 것을 주파수 해석하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치.
11. 전동기의 회전 위치를 검출하여, 상기 회전 위치에 따라서 고유하게 정해지는 주기적인 오차를 포함하는 위치 검출기의 각도 오차를 보정하는 위치 검출기의 각도 오차 보정 장치에 의해서 실행되는 각도 오차 보정 방법으로서,
    상기 전동기에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 스텝과,
    상기 전동기의 회전 위치를 이용하여, 상기 전류 검출 스텝에서 검출된 전류를 주파수 해석하고, 상기 각도 오차에 대응한 특정 주파수 성분의 진폭을 연산하는 주파수 해석 스텝과,
    상기 주파수 해석 스텝에서 연산된 진폭과 상기 전동기의 회전 위치에 기초하여, 상기 특정 주파수 성분으로 이루어지는 상기 각도 오차를 각도 오차 추정치로서 추정하는 각도 오차 추정 스텝과,
    상기 위치 검출기로 검출된 상기 전동기의 회전 위치에 대해서, 상기 각도 오차 추정치를 이용하여, 상기 각도 오차를 보정하는 각도 오차 보정 스텝을 가지는 위치 검출기의 각도 오차 보정 방법.

Images