WO2020179495A1 - 回転角算出方法および回転角制御装置 - Google Patents

回転角算出方法および回転角制御装置 Download PDF

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勲 大城
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains

Definitions

  • the present invention relates to a rotation angle calculation method for calculating the rotation angle of a rotating body and a rotation angle control device using a plurality of signals from the rotation angle sensor.
  • Patent Document 1 discloses a magnetic sensor signal processing circuit provided in a non-contact rotation angle sensor that detects a magnetic field in a three-dimensional space or a two-dimensional plane. ing. According to the magnetic sensor signal processing circuit, by correcting the non-orthogonality of the two Hall electromotive force signals, the accuracy of the magnetoelectric conversion for generating the three-dimensional electric signal vector from the three-dimensional magnetic field vector is improved, The rotational position of the rotating body to be detected can be detected with high accuracy.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to suppress the manufacturing cost of a circuit configuration that calculates a rotation angle of a rotating body using a plurality of signals from a rotation angle sensor. However, it is to improve the accuracy of the rotation angle.
  • a rotation angle calculation method calculates a rotation angle of a rotating body by receiving first to Nth signals (N is a natural number of 2 or more) having different phases from a rotation angle sensor attached to the rotating body. ..
  • the rotation angle calculation method includes a step of sampling, a step of calculating an estimated value, and a step of calculating the rotation angle of the rotating body.
  • the step of sampling changes the signal value of the signal to be sampled while sequentially changing the signal to be sampled from the first signal to the Nth signal at each sampling interval in each of the continuous first and second sampling time zones. To sample.
  • the step of calculating the estimated value includes, for each of the first to Nth signals, a first sampling time in the first sampling time period, a first signal value at the first sampling time, and a second sampling time in the second sampling time period. And the second signal value at the second sampling time and the specific time included in the second sampling time zone, the estimated value at the specific time is calculated by a linear expression relating to at least one of the first signal value and the second signal value. calculate.
  • the rotation angle of the rotating body is calculated using the estimated values of the first to Nth signals at specific times.
  • the rotation angle control device includes a storage unit and a calculation unit.
  • the calculation unit receives first to Nth signals (N is a natural number of 2 or more) having different phases from the rotation angle sensor attached to the rotating body, and calculates the rotation angle of the rotating body.
  • the arithmetic unit samples the signal value of the sampling target signal while sequentially changing the sampling target signal from the first signal to the Nth signal at each sampling interval in each of the continuous first and second sampling time zones. And save the signal value in the storage unit. For each of the first to Nth signals, the arithmetic unit sets the first signal value in the first sampling time zone and the first sampling time, and the second sampling time and the second sampling in the second sampling time zone.
  • the estimated value at a specific time is calculated by a linear equation for at least one of the first signal value and the second signal value, which is derived from the second signal value at the time and the specific time included in the second sampling time zone.
  • the calculation unit calculates the rotation angle of the rotating body using the estimated values of the first to Nth signals at specific times.
  • the rotation angle calculation method and the rotation angle control device in order to calculate the estimated value at a specific time by the linear equation for the first signal value and the second signal value, a plurality of signals from the rotation angle sensor are used. It is possible to improve the accuracy of the rotation angle while suppressing the manufacturing cost of the circuit configuration for calculating the rotation angle of the rotating body.
  • FIG. 6 is a time chart of a plurality of signals for explaining an example of a rotation angle calculation process performed by the rotation angle control device of FIG. 1. It is a flow chart which shows the flow of rotation angle calculation processing performed by CPU for every sampling time zone. 6 is a time chart of a plurality of signals for explaining another example of the rotation angle calculation processing performed by the rotation angle control device of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a motor drive device 1 according to the embodiment.
  • the motor drive device 1 includes a rotation angle control device 10, a control power supply 21, a drive circuit 22, an interface circuit 23, and a sensor interface circuit 24.
  • the rotation angle control device 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 11 (calculation unit) and a memory 12 (storage unit).
  • CPU Central Processing Unit
  • memory 12 storage unit
  • the control power supply 21 receives DC power from the DC power supply 2 and supplies power to the arithmetic unit 11.
  • the drive circuit 22 receives DC power from the DC power source 2 and drives the drive circuit 22.
  • the drive circuit 22 includes a plurality of switching elements.
  • the drive circuit 22 receives a signal from the rotation angle control device 10 to operate a plurality of switching elements to supply a drive current to the motor 3 (rotating body).
  • the rotation angle sensor 4 is attached to the motor 3.
  • the rotation angle sensor 4 outputs signals Sg1 to Sg4 having different phases to the sensor interface circuit 24 according to the rotation position of the motor 3.
  • Each of the signals Sg1 to Sg4 is a sinusoidal signal.
  • the sensor interface circuit 24 converts the signals Sg1 to Sg4 into a format that the CPU 11 can receive and outputs the signals to the CPU 11.
  • the interface circuit 23 converts the instruction signal from the external circuit 5 into a format that the CPU 11 can receive and outputs the signal to the CPU 11.
  • the instruction signal from the external circuit 5 includes, for example, a rotation command, a stop command, a rotation direction, or information regarding a target position.
  • the external circuit 5 includes, for example, an ECU (Engine Control Unit).
  • An instruction signal may be input to the interface circuit 23 from software.
  • the CPU 11 has a multiplexer 111, a sample hold circuit 112, and an AD converter 113.
  • the multiplexer 111 includes a common terminal Ec and terminals E1 to E4. Signals Sg1 to Sg4 are input to terminals E1 to E4, respectively.
  • the multiplexer 111 switches the connection destination of the common terminal Ec between the terminals E1 to E4.
  • the signal Sg1 is output from the common terminal Ec to the sample hold circuit 112, and the signal Sg1 is sampled.
  • the signal Sg2 is output from the common terminal Ec to the sample hold circuit 112, and the signal Sg2 is sampled.
  • the signal Sg3 is output from the common terminal Ec to the sample hold circuit 112, and the signal Sg3 is sampled.
  • the signal Sg4 is output from the common terminal Ec to the sample hold circuit 112, and the signal Sg4 is sampled.
  • the sample hold circuit 112 holds the voltage value of the signal from the multiplexer 111 for a certain period of time.
  • the AD converter 113 converts the voltage value held by the sample hold circuit 112 into a digital signal.
  • the CPU 11 stores the digital signal value output from the AD converter 113 in the memory 12, and calculates the rotation angle of the motor 3 using the digital signal value.
  • the CPU 11 outputs a control signal for the motor 3 to the drive circuit 22 based on the instruction signal from the external circuit 5 and the rotation angle of the motor 3.
  • the signals Sg1 to Sg4 are simultaneously sampled at the sampling time t1 as shown in FIG.
  • the signals Sg1 to Sg4 cannot be simultaneously sampled at the sampling time t1.
  • the signal value of the signal to be sampled is sampled while the signal to be sampled is sequentially changed from the signal Sg1 to Sg4 at each sampling interval.
  • the sampling times for the signals Sg1 to Sg4 deviate.
  • the sampling interval Is is so small that it can be ignored in relation to each period of the signals Sg1 to Sg4. Therefore, as shown in FIG. 4, the difference between each signal value of the signals Sg2 to Sg4 at the sampling time t11 of the signal Sg1 and the signal value at the sampling time of the signal used for calculating the rotation angle is relatively small. ..
  • the difference d4 between the signal value of the signal Sg4 at the sampling time t11 and the signal value of the signal Sg4 at the sampling time t14 is relatively small.
  • the error in the rotation angle of the motor 3 due to the deviation of the sampling time with respect to the signals Sg1 to Sg4 is relatively small.
  • the difference d14 between the signal value of the signal Sg4 at the sampling time t21 and the signal value of the signal Sg4 at the sampling time t24 is larger than that when the motor 3 is in the stopped state. As the rotation speed of the motor 3 increases, the error in the rotation angle of the motor 3 due to the deviation of the sampling time with respect to the signals Sg1 to Sg4 increases.
  • the first sampling time in the previous sampling time zone (first sampling time zone), the first signal value in the first sampling time, and the current sampling.
  • the first which is derived from the second sampling time in the time zone (second sampling time zone), the second signal value in the second sampling time, and the sampling time (specific time) of the signal Sg1 included in the current sampling time zone.
  • the third signal value at the sampling time of the signal Sg1 included in the current sampling time period is estimated by a linear expression regarding the signal value and the second signal value.
  • the sampling of the signal Sg1 is performed by estimating the third signal value at the sampling time of the signal Sg1 included in the current sampling time zone by the linear equation regarding the first signal value and the second signal value.
  • the error between the signal value of each of the signals Sg2 to Sg4 at the time and the value used for calculating the rotation angle of the motor 3 is suppressed. Therefore, the rotation angle of the motor 3 can be calculated with high accuracy by one AD converter. That is, according to the rotation angle control device 10, the accuracy of the rotation angle is improved while suppressing the manufacturing cost of the circuit configuration for calculating the rotation angle of the motor 3 by using a plurality of signals from the rotation angle sensor 4. You can
  • FIG. 6 is a time chart of the signals Sg1 to Sg4 for explaining an example of the rotation angle calculation processing performed by the rotation angle control device 10 of FIG.
  • FIG. 6 shows a coordinate plane in which points are designated by time and voltage (physical quantity of signal value).
  • the sampling time period Ts1 (first sampling time period) and the sampling time period Ts2 (second sampling time period) are continuous in this order.
  • the sampling times of the signals Sg1 to Sg4 in the sampling time period Ts1 are times t31 to t34, respectively.
  • the sampling times of the signals Sg1 to Sg4 in the sampling time period Ts2 are times t35 to t38, respectively.
  • One sampling time zone is a time zone from the sampling time of the signal Sg1 in the sampling time zone to the sampling time of the signal Sg1 in the next sampling time zone. That is, the length of one sampling time zone is the length obtained by multiplying the sampling interval Is by the number of signals from the rotation angle sensor 4 (4 in the embodiment).
  • the sampling values of the signals Sg1 to Sg4 in the sampling time period Ts1 are signal values Vs11 to Vs14, respectively.
  • the sampling values of the signals Sg1 to Sg4 in the sampling time period Ts2 are signal values Vs21 to Vs24, respectively.
  • the coordinates of point P11 (first point) are time t31 (first sampling time) and signal value Vs11 (first signal value).
  • the coordinates of the point P12 (first point) are the time t32 (first sampling time) and the signal value Vs12 (first signal value).
  • the coordinates of the point P13 (first point) are the time t33 (first sampling time) and the signal value Vs13 (first signal value).
  • the coordinates of the point P14 (first point) are the time t34 (first sampling time) and the signal value Vs14 (first signal value).
  • the coordinates of the point P21 (second point) are the time t35 (second sampling time) and the signal value Vs21 (second signal value).
  • the coordinates of the point P22 (second point) are the time t36 (second sampling time) and the signal value Vs22 (second signal value).
  • the coordinates of the point P23 (second point) are time t37 (second sampling time) and the signal value Vs23 (second signal value).
  • the coordinates of the point P24 (second point) are time t38 (second sampling time) and the signal value Vs24 (second signal value).
  • the estimated values Vc21 to Vc24 of the signals Sg1 to Sg4 at the sampling time t35 (specific time) are represented by the following equations (1) to (4), respectively.
  • the estimated value Vc21 is equal to the signal value Vs21.
  • Estimated value Vc22 is expressed as a linear expression regarding signal values Vs12 and Vs22.
  • the estimated value Vc22 is the voltage of the internal division point P32 that internally divides the line segment having the point P12 and the point P22 at both ends in a ratio of 3: 1.
  • the estimated value Vc23 is represented by a linear expression regarding the signal values Vs13 and Vs23.
  • the estimated value Vc23 is the voltage of the internal division point P33 that internally divides the line segment having the point P13 and the point P23 at both ends on a one-to-one basis.
  • the estimated value Vc24 is represented by a linear expression regarding the signal values Vs14 and Vs24.
  • the estimated value Vc24 is the voltage of the internal division point P34 that internally divides the line segment having the point P14 and the point P24 at both ends in a ratio of 1: 3.
  • the CPU 11 uses the estimated values Vc21 to Vc24 to calculate the rotation angle of the motor 3 at the sampling time t35 included in the sampling time zone Ts2 this time.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the rotation angle calculation process performed by the CPU 11 for each sampling time period. The process shown in FIG. 7 is called from a main routine (not shown) that performs integrated control of the motor 3.
  • the CPU 11 samples the signal value of the sampling target signal and stores it in the memory 12 while sequentially changing the sampling target signal to the signals Sg1 to Sg4 at each sampling interval Is in S101. , The process proceeds to S102.
  • the CPU 11 substitutes the signal values of the signals Sg1 to Sg4 in the previous and current sampling time zones into the equations (1) to (4) to obtain the signal Sg1 at the sampling time of the signal Sg1 in the current sampling time zone.
  • the estimated value of each of ⁇ Sg4 is calculated, and the process proceeds to S103.
  • the CPU 11 calculates the rotation angle of the motor 3 using the estimated values of the signals Sg1 to Sg4 at the sampling time of the signal Sg1 in the current sampling time period, and returns the processing to the main routine.
  • the time for calculating the estimated value may be any time as long as it is the time in the current sampling time zone.
  • the estimated value at the sampling time t38 of the signal Sg4 is also possible to calculate the estimated value at the sampling time t38 of the signal Sg4 in the current sampling time zone.
  • Estimated values Vc25 to Vc28 of the signals Sg1 to Sg4 at the sampling time t38 are expressed by the following equations (5) to (8), respectively.
  • the estimated value Vc25 is expressed as a linear expression regarding the signal values Vs11 and Vs21.
  • the estimated value Vc25 is the voltage of the external division point P41 that externally divides the line segment having the point P11 and the point P21 at both ends in a ratio of 7: 3.
  • Estimated value Vc26 is represented as a linear expression regarding signal values Vs12 and Vs22.
  • the estimated value Vc26 is the voltage of the external division point P42 that externally divides the line segment having the point P12 and the point P22 at both ends in a ratio of 3: 1.
  • Estimated value Vc27 is expressed as a linear expression regarding signal values Vs13 and Vs23.
  • the estimated value Vc27 is the voltage of the external division point P43 that externally divides the line segment having the point P13 and the point P23 at both ends in a ratio of 5 to 1.
  • the estimated value Vc28 is equal to the signal value Vs24.
  • the CPU 11 uses the estimated values Vc25 to Vc28 to calculate the rotation angle of the motor 3 at the sampling time t38 included in the sampling time zone Ts2 this time.
  • the rotation angle calculation method and the rotation angle control device while suppressing the manufacturing cost of the circuit configuration that calculates the rotation angle of the rotating body by using the plurality of signals from the rotation angle sensor, The accuracy of the rotation angle can be improved.

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Abstract

回転角センサからの複数の信号を用いて回転体の回転角を算出する回路構成の製造コストを抑制しながら、当該回転角の精度を向上させる。回転角算出方法は、複数の信号（Ｓｇ１～Ｓｇ４）の各々について、第１サンプリング時間帯（Ｔｓ１）における第１サンプリング時刻および第１サンプリング時刻における第１信号値と、第２サンプリング時間帯における第２サンプリング時刻および第２サンプリング時刻における第２信号値と、第２サンプリング時間帯（Ｔｓ２）に含まれる特定時刻（ｔｓ３５）とから導かれる、第１信号値および第２信号値の少なくとも一方に関する一次式によって、特定時刻（ｔｓ３５）における推定値を算出する。回転角算出方法は、複数の信号（Ｓｇ１～Ｓｇ４）の各々の特定時刻（ｔｓ３５）における推定値（Ｖｃ２１～Ｖｃ２４）を用いて回転体の回転角を算出する。

Description

回転角算出方法および回転角制御装置
　本発明は、回転角センサからの複数の信号を用いて、回転体の回転角を算出する回転角算出方法および回転角制御装置に関する。
　従来、回転角センサからの複数の信号を用いて、回転体の回転角を算出する回転角算出方法および回転角制御装置が知られている。たとえば、特開２０１６－５３５４７号公報（特許文献１）には、３次元の空間内または２次元の平面内における磁界を検出する非接触回転角センサに備えられた磁気センサ信号処理回路が開示されている。当該磁気センサ信号処理回路によれば、２つのホール起電力信号の非直交性が補正されることにより、３次元の磁界ベクトルから３次元の電気信号ベクトルを生成する磁電変換の精度が向上し、検出対象の回転体の回転位置を高精度に検出することができる。
特開２０１６－５３５４７号公報
　特許文献１に開示されている回転角算出方法においては、２つのＡＤ（Analog　to　Digital）変換回路がサンプリングクロック信号に同期して回転角センサからの各信号をデジタル信号に変換する。そのため、回転角センサからの各信号のサンプリング時刻にずれが生じ難い。
　しかし、２つのＡＤ変換回路を同期させるための回路構成は複雑となることが多い。特許文献１に開示されている回転角算出方法によると、当該方法を実現する回路構成の製造コストを抑制することが困難である。
　本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転角センサからの複数の信号を用いて回転体の回転角を算出する回路構成の製造コストを抑制しながら、当該回転角の精度を向上させることである。
　本発明に係る回転角算出方法は、回転体に取り付けられた回転角センサから、位相が互いに異なる第１～第Ｎ信号（Ｎは２以上の自然数）を受けて回転体の回転角を算出する。回転角算出方法は、サンプリングするステップと、推定値を算出するステップと、回転体の回転角を算出するステップとを含む。サンプリングするステップは、連続する第１および第２サンプリング時間帯の各々において、サンプリング対象の信号を第１信号から第Ｎ信号へサンプリング間隔毎に順番に変更しながら、サンプリング対象の信号の信号値をサンプリングする。推定値を算出するステップは、第１～第Ｎ信号の各々について、第１サンプリング時間帯における第１サンプリング時刻および第１サンプリング時刻における第１信号値と、第２サンプリング時間帯における第２サンプリング時刻および第２サンプリング時刻における第２信号値と、第２サンプリング時間帯に含まれる特定時刻とから導かれる、第１信号値および第２信号値の少なくとも一方に関する一次式によって、特定時刻における推定値を算出する。回転体の回転角を算出するステップは、第１～第Ｎ信号の各々の特定時刻における推定値を用いて回転体の回転角を算出する。
　本発明に係る回転角制御装置は、記憶部と、演算部とを備える。演算部は、回転体に取り付けられた回転角センサから、位相が互いに異なる第１～第Ｎ信号（Ｎは２以上の自然数）を受けて回転体の回転角を算出する。演算部は、連続する第１および第２サンプリング時間帯の各々において、サンプリング対象の信号を第１信号から第Ｎ信号へサンプリング間隔毎に順番に変更しながら、サンプリング対象の信号の信号値をサンプリングして記憶部に信号値を保存する。演算部は、第１～第Ｎ信号の各々について、第１サンプリング時間帯における第１サンプリング時刻および第１サンプリング時刻における第１信号値と、第２サンプリング時間帯における第２サンプリング時刻および第２サンプリング時刻における第２信号値と、第２サンプリング時間帯に含まれる特定時刻とから導かれる、第１信号値および第２信号値の少なくとも一方に関する一次式によって、特定時刻における推定値を算出する。演算部は、第１～第Ｎ信号の各々の特定時刻における推定値を用いて回転体の回転角を算出する。
　本発明に係る回転角算出方法および回転角制御装置によれば、第１信号値および第２信号値に関する一次式によって特定時刻における推定値を算出するため、回転角センサからの複数の信号を用いて回転体の回転角を算出する回路構成の製造コストを抑制しながら、当該回転角の精度を向上させることができる。
実施の形態に係るモータ駆動装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の複数の信号が同時にサンプリングされる様子を示すタイムチャートである。 図１の複数の信号がサンプリング間隔毎にサンプリングされる様子を示すタイムチャートである。 モータが停止状態である場合の図１の複数の信号のタイムチャートを示す図である。 モータの回転速度が図４よりも速い場合の図１の複数の信号のタイムチャートを示す図である。 図１の回転角制御装置によって行なわれる回転角の算出処理の一例を説明するための複数の信号のタイムチャートである。 サンプリング時間帯毎にＣＰＵによって行なわれる回転角計算処理の流れを示すフローチャートである。 図１の回転角制御装置によって行なわれる回転角の算出処理の他の例を説明するための複数の信号のタイムチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　図１は、実施の形態に係るモータ駆動装置１の構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、モータ駆動装置１は、回転角制御装置１０と、制御電源２１と、駆動回路２２と、インターフェイス回路２３と、センサインターフェイス回路２４とを備える。回転角制御装置１０は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１１（演算部）と、メモリ１２（記憶部）とを含む。
　制御電源２１は、直流電源２から直流電力を受けて演算部１１に電力を供給する。駆動回路２２は、直流電源２から直流電力を受けて駆動する。駆動回路２２は、複数のスイッチング素子を含む。駆動回路２２は、回転角制御装置１０からの信号を受けて複数のスイッチング素子を動作させて、モータ３（回転体）に駆動電流を供給する。
　回転角センサ４は、モータ３に取り付けられている。回転角センサ４は、モータ３の回転位置に応じて、位相が互いに異なる信号Ｓｇ１～Ｓｇ４をセンサインターフェイス回路２４に出力する。信号Ｓｇ１～Ｓｇ４の各々は、正弦波信号である。
　センサインターフェイス回路２４は、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４をＣＰＵ１１が受け取り可能な形式に変換してＣＰＵ１１に出力する。インターフェイス回路２３は、外部回路５からの指示信号をＣＰＵ１１が受け取り可能な形式に変換してＣＰＵ１１に出力する。外部回路５からの指示信号は、たとえば回転指令、停止指令、回転方向、あるいは目標位置に関する情報を含む。外部回路５は、たとえばＥＣＵ（Engine　Control　Unit）を含む。インターフェイス回路２３には、ソフトウェアから指示信号が入力されてもよい。
　ＣＰＵ１１は、マルチプレクサ１１１と、サンプルホールド回路１１２と、ＡＤ変換器１１３とを有する。マルチプレクサ１１１は、共通端子Ｅｃと、端子Ｅ１～Ｅ４とを含む。端子Ｅ１～Ｅ４には、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４がそれぞれ入力される。マルチプレクサ１１１は、共通端子Ｅｃの接続先を、端子Ｅ１～Ｅ４の間で切り替える。
　共通端子Ｅｃおよび端子Ｅ１が接続されている場合、共通端子Ｅｃからサンプルホールド回路１１２に信号Ｓｇ１が出力され、信号Ｓｇ１がサンプリングされる。共通端子Ｅｃおよび端子Ｅ２が接続されている場合、共通端子Ｅｃからサンプルホールド回路１１２に信号Ｓｇ２が出力され、信号Ｓｇ２がサンプリングされる。共通端子Ｅｃおよび端子Ｅ３が接続されている場合、共通端子Ｅｃからサンプルホールド回路１１２に信号Ｓｇ３が出力され、信号Ｓｇ３がサンプリングされる。共通端子Ｅｃおよび端子Ｅ４が接続されている場合、共通端子Ｅｃからサンプルホールド回路１１２に信号Ｓｇ４が出力され、信号Ｓｇ４がサンプリングされる。
　サンプルホールド回路１１２は、マルチプレクサ１１１からの信号の電圧値を一定時間保持する。ＡＤ変換器１１３は、サンプルホールド回路１１２によって保持されている電圧値をデジタル信号に変換する。
　ＣＰＵ１１は、ＡＤ変換器１１３から出力されるデジタル信号値をメモリ１２に保存するとともに、当該デジタル信号値を用いてモータ３の回転角を算出する。ＣＰＵ１１は、外部回路５からの指示信号およびモータ３の回転角に基づいてモータ３の制御信号を駆動回路２２に出力する。
　モータ３の回転角を正確に算出するためには、図２に示されるようにサンプリング時刻ｔ１において信号Ｓｇ１～Ｓｇ４に対して同時にサンプリングされることが望ましい。しかし、マルチプレクサ１１１のスイッチングには時間を要するため、サンプリング時刻ｔ１において信号Ｓｇ１～Ｓｇ４に対して同時にサンプリングすることはできない。サンプリング対象の信号は信号Ｓｇ１からＳｇ４へサンプリング間隔毎に順番に変更されながら、サンプリング対象の信号の信号値がサンプリングされる。その結果、図３に示されるように、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４に対するサンプリング時刻にはずれが生じる。
　モータが停止状態（モータ３の回転速度が基準速度より小さい状態）である場合、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４の各々の周期との関係では、サンプリング間隔Ｉｓは無視することができる程度に小さい。そのため、図４に示されるように、信号Ｓｇ１のサンプリング時刻ｔ１１における信号Ｓｇ２～Ｓｇ４の各々の信号値と、回転角の算出に用いられる当該信号のサンプリング時刻における信号値との差は比較的小さい。すなわち、サンプリング時刻ｔ１１における信号Ｓｇ２の信号値と信号Ｓｇ２のサンプリング時刻ｔ１２における信号値との差ｄ２、サンプリング時刻ｔ１１における信号Ｓｇ３の信号値と信号Ｓｇ３のサンプリング時刻ｔ１３における信号値との差ｄ３、サンプリング時刻ｔ１１における信号Ｓｇ４の信号値と信号Ｓｇ４のサンプリング時刻ｔ１４における信号値との差ｄ４は、比較的小さい。モータが停止状態である場合、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４に対するサンプリング時刻のずれに起因するモータ３の回転角の誤差は比較的小さい。
　モータ３の回転速度が上昇するにつれて、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４の各々の周期が短くなる。そのため、図５に示されるように、信号Ｓｇ１のサンプリング時刻ｔ２１における信号Ｓｇ２～Ｓｇ４の各々の信号値と、回転角の算出に用いられる当該信号のサンプリング時刻における信号値との差はモータ３が停止状態である場合よりも大きくなる。すなわち、サンプリング時刻ｔ２１における信号Ｓｇ２の信号値と信号Ｓｇ２のサンプリング時刻ｔ２２における信号値との差ｄ１２、サンプリング時刻ｔ２１における信号Ｓｇ３の信号値と信号Ｓｇ３のサンプリング時刻ｔ２３における信号値との差ｄ１３、サンプリング時刻ｔ２１における信号Ｓｇ４の信号値と信号Ｓｇ４のサンプリング時刻ｔ２４における信号値との差ｄ１４は、モータ３が停止状態である場合よりも大きい。モータ３の回転速度が上昇するにつれて、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４に対するサンプリング時刻のずれに起因するモータ３の回転角の誤差が大きくなる。
　そこで、回転角制御装置１０においては、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４の各々について、前回のサンプリング時間帯（第１サンプリング時間帯）における第１サンプリング時刻および第１サンプリング時刻における第１信号値と、今回のサンプリング時間帯（第２サンプリング時間帯）における第２サンプリング時刻および第２サンプリング時刻における第２信号値と、今回のサンプリング時間帯に含まれる信号Ｓｇ１のサンプリング時刻（特定時刻）とから導かれる、第１信号値および第２信号値に関する一次式によって、今回のサンプリング時間帯に含まれる信号Ｓｇ１のサンプリング時刻における第３信号値を推定する。
　回転角制御装置１０によれば、第１信号値および第２信号値に関する一次式によって今回のサンプリング時間帯に含まれる信号Ｓｇ１のサンプリング時刻における第３信号値を推定することにより、信号Ｓｇ１のサンプリング時刻における信号Ｓｇ２～Ｓｇ４の各々の信号値とモータ３の回転角の算出に用いられる値との誤差が抑制される。そのため、１つのＡＤ変換器によってモータ３の回転角を高精度に算出することができる。すなわち、回転角制御装置１０によれば、回転角センサ４からの複数の信号を用いてモータ３の回転角を算出する回路構成の製造コストを抑制しながら、当該回転角の精度を向上させることができる。
　図６は、図１の回転角制御装置１０によって行なわれる回転角の算出処理の一例を説明するための信号Ｓｇ１～Ｓｇ４のタイムチャートである。図６には、時刻と電圧（信号値の物理量）とによって点が指定される座標平面が示されている。
　図６に示されるように、サンプリング時間帯Ｔｓ１（第１サンプリング時間帯）およびサンプリング時間帯Ｔｓ２（第２サンプリング時間帯）は、この順に連続している。サンプリング時間帯Ｔｓ１における信号Ｓｇ１～Ｓｇ４のサンプリング時刻は、それぞれ時刻ｔ３１～ｔ３４である。サンプリング時間帯Ｔｓ２における信号Ｓｇ１～Ｓｇ４のサンプリング時刻は、それぞれ時刻ｔ３５～ｔ３８である。
　１つのサンプリング時間帯は、当該サンプリング時間帯における信号Ｓｇ１のサンプリング時刻から、次のサンプリング時間帯の信号Ｓｇ１のサンプリング時刻までの時間帯である。すなわち、１つのサンプリング時間帯の長さは、サンプリング間隔Ｉｓに回転角センサ４からの信号数（実施の形態においては４）を乗じた長さである。
　サンプリング時間帯Ｔｓ１における信号Ｓｇ１～Ｓｇ４のサンプリング値は、それぞれ信号値Ｖｓ１１～Ｖｓ１４である。サンプリング時間帯Ｔｓ２における信号Ｓｇ１～Ｓｇ４のサンプリング値は、それぞれ信号値Ｖｓ２１～Ｖｓ２４である。
　点Ｐ１１（第１点）の座標は、時刻ｔ３１（第１サンプリング時刻）および信号値Ｖｓ１１（第１信号値）である。点Ｐ１２（第１点）の座標は、時刻ｔ３２（第１サンプリング時刻）および信号値Ｖｓ１２（第１信号値）である。点Ｐ１３（第１点）の座標は、時刻ｔ３３（第１サンプリング時刻）および信号値Ｖｓ１３（第１信号値）である。点Ｐ１４（第１点）の座標は、時刻ｔ３４（第１サンプリング時刻）および信号値Ｖｓ１４（第１信号値）である。
　点Ｐ２１（第２点）の座標は、時刻ｔ３５（第２サンプリング時刻）および信号値Ｖｓ２１（第２信号値）である。点Ｐ２２（第２点）の座標は、時刻ｔ３６（第２サンプリング時刻）および信号値Ｖｓ２２（第２信号値）である。点Ｐ２３（第２点）の座標は、時刻ｔ３７（第２サンプリング時刻）および信号値Ｖｓ２３（第２信号値）である。点Ｐ２４（第２点）の座標は、時刻ｔ３８（第２サンプリング時刻）および信号値Ｖｓ２４（第２信号値）である。
　サンプリング時刻ｔ３５（特定時刻）における信号Ｓｇ１～Ｓｇ４の推定値Ｖｃ２１～Ｖｃ２４は、以下の式（１）～（４）のようにそれぞれ表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　推定値Ｖｃ２１は、信号値Ｖｓ２１に等しい。推定値Ｖｃ２２は、信号値Ｖｓ１２およびＶｓ２２に関する一次式として表される。推定値Ｖｃ２２は、点Ｐ１２と点Ｐ２２とを両端とする線分を３対１に内分する内分点Ｐ３２の電圧である。推定値Ｖｃ２３は、信号値Ｖｓ１３およびＶｓ２３に関する一次式によって表される。推定値Ｖｃ２３は、点Ｐ１３と点Ｐ２３とを両端とする線分を１対１に内分する内分点Ｐ３３の電圧である。推定値Ｖｃ２４は、信号値Ｖｓ１４およびＶｓ２４に関する一次式によって表される。推定値Ｖｃ２４は、点Ｐ１４と点Ｐ２４とを両端とする線分を１対３に内分する内分点Ｐ３４の電圧である。ＣＰＵ１１は、推定値Ｖｃ２１～Ｖｃ２４を用いて、今回のサンプリング時間帯Ｔｓ２に含まれるサンプリング時刻ｔ３５におけるモータ３の回転角を算出する。
　図７は、サンプリング時間帯毎にＣＰＵ１１によって行なわれる回転角計算処理の流れを示すフローチャートである。図７に示される処理は、モータ３の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンから呼び出される。
　図７に示されるように、ＣＰＵ１１は、Ｓ１０１においてサンプリング対象の信号を信号Ｓｇ１～Ｓｇ４へサンプリング間隔Ｉｓ毎に順番に変更しながら、サンプリング対象の信号の信号値をサンプリングしてメモリ１２に保存し、処理をＳ１０２に進める。
　ＣＰＵ１１は、Ｓ１０２において、前回および今回のサンプリング時間帯の信号Ｓｇ１～Ｓｇ４各々の信号値を式（１）～（４）に代入して、今回のサンプリング時間帯の信号Ｓｇ１のサンプリング時刻における信号Ｓｇ１～Ｓｇ４各々の推定値を算出し、処理をＳ１０３に進める。
　ＣＰＵ１１は、Ｓ１０３において今回のサンプリング時間帯の信号Ｓｇ１のサンプリング時刻における信号Ｓｇ１～Ｓｇ４各々の推定値を用いてモータ３の回転角を算出し、処理をメインルーチンに返す。
　実施の形態においては、信号Ｓｇ１～Ｓｇ４各々について、今回のサンプリング時間帯の信号Ｓｇ１のサンプリング時刻における推定値を算出する場合について説明した。推定値を算出する時刻は、今回のサンプリング時間帯の時刻であればどの時刻でもよい。たとえば、図８に示されるように、今回のサンプリング時間帯の信号Ｓｇ４のサンプリング時刻ｔ３８における推定値を算出することも可能である。サンプリング時刻ｔ３８における信号Ｓｇ１～Ｓｇ４の推定値Ｖｃ２５～Ｖｃ２８は、以下の式（５）～（８）のようにそれぞれ表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　推定値Ｖｃ２５は、信号値Ｖｓ１１およびＶｓ２１に関する一次式として表される。推定値Ｖｃ２５は、点Ｐ１１と点Ｐ２１とを両端とする線分を７対３に外分する外分点Ｐ４１の電圧である。推定値Ｖｃ２６は、信号値Ｖｓ１２およびＶｓ２２に関する一次式として表される。推定値Ｖｃ２６は、点Ｐ１２と点Ｐ２２とを両端とする線分を３対１に外分する外分点Ｐ４２の電圧である。推定値Ｖｃ２７は、信号値Ｖｓ１３およびＶｓ２３に関する一次式として表される。推定値Ｖｃ２７は、点Ｐ１３と点Ｐ２３とを両端とする線分を５対１に外分する外分点Ｐ４３の電圧である。推定値Ｖｃ２８は、信号値Ｖｓ２４に等しい。ＣＰＵ１１は、推定値Ｖｃ２５～Ｖｃ２８を用いて、今回のサンプリング時間帯Ｔｓ２に含まれるサンプリング時刻ｔ３８におけるモータ３の回転角を算出する。
　以上、実施の形態に係る回転角算出方法および回転角制御装置によれば、回転角センサからの複数の信号を用いて回転体の回転角を算出する回路構成の製造コストを抑制しながら、当該回転角の精度を向上させることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　モータ駆動装置、２　直流電源、３　モータ、４　回転角センサ、５　外部回路、１０　回転角制御装置、１１　演算部、１２　メモリ、２１　制御電源、２２　駆動回路、２３　インターフェイス回路、２４　センサインターフェイス回路、１１１　マルチプレクサ、１１２　サンプルホールド回路、１１３　ＡＤ変換器、Ｅ１～Ｅ４　端子、Ｅｃ　共通端子。

Claims (10)

  1. 　回転体に取り付けられた回転角センサから、位相が互いに異なる第１～第Ｎ信号（Ｎは２以上の自然数）を受けて前記回転体の回転角を算出する回転角算出方法であって、
    　連続する第１および第２サンプリング時間帯の各々において、サンプリング対象の信号を前記第１信号から前記第Ｎ信号へサンプリング間隔毎に順番に変更しながら、前記サンプリング対象の信号の信号値をサンプリングするステップと、
    　前記第１～第Ｎ信号の各々について、前記第１サンプリング時間帯における第１サンプリング時刻および前記第１サンプリング時刻における第１信号値と、前記第２サンプリング時間帯における第２サンプリング時刻および前記第２サンプリング時刻における第２信号値と、前記第２サンプリング時間帯に含まれる特定時刻とから導かれる、前記第１信号値および前記第２信号値の少なくとも一方に関する一次式によって、前記特定時刻における推定値を算出するステップと、
    　前記第１～第Ｎ信号の各々の前記特定時刻における推定値を用いて前記回転角を算出するステップとを含む、回転角算出方法。
  2. 　時刻と信号値の物理量とによって点が指定される座標平面において、前記推定値は、前記第１サンプリング時刻および前記第１信号値によって指定される第１点と、前記第２サンプリング時刻および前記第２信号値によって指定される第２点とを通過する直線上の点の前記物理量である、請求項１に記載の回転角算出方法。
  3. 　前記特定時刻は、前記第１信号の第２サンプリング時刻であり、
    　前記推定値は、前記第１点と前記第２点とを両端とする線分の内分点の前記物理量である、請求項２に記載の回転角算出方法。
  4. 　前記特定時刻は、前記第Ｎ信号の第２サンプリング時刻であり、
    　前記推定値は、前記第１点と前記第２点とを両端とする線分の外分点の前記物理量である、請求項２に記載の回転角算出方法。
  5. 　前記第１～第Ｎ信号の各々は、正弦波信号である、請求項１～４のいずれか１項に記載の回転角算出方法。
  6. 　記憶部と、
    　回転体に取り付けられた回転角センサから、位相が互いに異なる第１～第Ｎ信号（Ｎは２以上の自然数）を受けて前記回転体の回転角を算出する演算部とを備え、
    　前記演算部は、
    　連続する第１および第２サンプリング時間帯の各々において、サンプリング対象の信号を前記第１信号から前記第Ｎ信号へサンプリング間隔毎に順番に変更しながら、前記サンプリング対象の信号の信号値をサンプリングして前記記憶部に前記信号値を保存し、
    　前記第１～第Ｎ信号の各々について、前記第１サンプリング時間帯における第１サンプリング時刻および前記第１サンプリング時刻における第１信号値と、前記第２サンプリング時間帯における第２サンプリング時刻および前記第２サンプリング時刻における第２信号値と、前記第２サンプリング時間帯に含まれる特定時刻とから導かれる、前記第１信号値および前記第２信号値の少なくとも一方に関する一次式によって、前記特定時刻における推定値を算出し、
    　前記第１～第Ｎ信号の各々の前記特定時刻における推定値を用いて前記回転角を算出する、回転角制御装置。
  7. 　時刻と信号値の物理量とによって点が指定される座標平面において、前記推定値は、前記第１サンプリング時刻および前記第１信号値によって指定される第１点と、前記第２サンプリング時刻および前記第２信号値によって指定される第２点とを通過する直線上の点の前記物理量である、請求項６に記載の回転角制御装置。
  8. 　前記特定時刻は、前記第１信号の第２サンプリング時刻であり、
    　前記推定値は、前記第１点と前記第２点とを両端とする線分の内分点の前記物理量である、請求項７に記載の回転角制御装置。
  9. 　前記特定時刻は、前記第Ｎ信号の第２サンプリング時刻であり、
    　前記推定値は、前記第１点と前記第２点とを両端とする線分の外分点の前記物理量である、請求項７に記載の回転角制御装置。
  10. 　前記第１～第Ｎ信号の各々は、正弦波信号である、請求項６～９のいずれか１項に記載の回転角制御装置。
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