JP2009068887A

JP2009068887A - Rotation angle detection device

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Publication number: JP2009068887A
Application number: JP2007235182A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tanaka; 眞一田中; Tomomune Hisanaga; 智宗久永; Kaname Suehiro; 要末広
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: JP4930299B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle detection device determining an abnormality with a comparatively simple constitution. <P>SOLUTION: Each resolver output signal (a sine signal and a cosine signal) is sampled in a period of odd-numbered times of a half wavelength of an excitation signal (REF signal), and sampling values of this time are expressed as sinθ', cosθ', and sampling values of the last time are expressed as sinθ, cosθ. Then, the maximum value ϕmax and the minimum value ϕmin of ϕ=(sinθ-sinθ')<SP>2</SP>+(cosθ-cosθ')<SP>2</SP>in a prescribed time T1 are selected, and when the difference Δϕ is a threshold ϕ<SB>TH</SB>or more, it is determined that an abnormality is generated. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、レゾルバ出力信号に基づいて異常判定を行うことができる回転角検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device that can perform abnormality determination based on a resolver output signal.

従来のレゾルバの異常検出装置としては、正常時において、各レゾルバ出力信号ｓｉｎθ，ｃｏｓθの間にｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θ＝１の関係が成立することを利用し、ｓｉｎθ，ｃｏｓθの二乗和（ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θ）が所定の閾値を下回っているときに異常が発生していると判断するというものが知られている。
また、二乗和ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θと、当該二乗和をローパスフィルタリングした値（所定の時定数で平滑化された基準信号）とを比較して異常を検出することで、異常検出の精度を向上させるというものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３４６０５８７号明細書 As a conventional resolver abnormality detection device, the relationship of sin ² θ + cos ² θ = 1 is established between the resolver output signals sin θ and cos θ under normal conditions, and the sum of squares of sin θ and cos θ (sin ² It is known that it is determined that an abnormality has occurred when θ + cos ² θ) is below a predetermined threshold.
Also, by detecting the abnormality by comparing the sum of squares sin ² θ + cos ² θ and the value obtained by low-pass filtering the square sum (reference signal smoothed with a predetermined time constant), the accuracy of abnormality detection is improved. It is also known to make it happen (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent No. 3460587

ところで、ｓｉｎθやｃｏｓθはその関数上の特徴から、その振幅の中心となる電圧が存在する。この電圧は、基準電圧（例えば５Ｖ）の分圧によって生成されるのが一般的であるが、この分圧はハードウェアのばらつきに大きく依存する。
そして、当該ばらつきの結果、ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θが大きく変動することが想定される。ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θは取得した値の二乗値であるため、角度を計算するｓｉｎθ・ｃｏｓθと比較して、そのばらつきの影響が大きい。そのため、実際に角度計算誤差の小さい領域でも、ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θの値は大きく変動する可能性があり、上記誤差を見込んで閾値を大きく設定したり、そもそもばらつきを抑えるために高精度の抵抗等、高価な部品を用いたりする必要がある。またローパスフィルタの設計においても、検出性と誤検出性とをあわせて考える必要があり、煩雑である。 By the way, sin θ and cos θ have a voltage that is the center of their amplitude due to their functional characteristics. This voltage is generally generated by dividing a reference voltage (for example, 5 V), but this voltage division greatly depends on variations in hardware.
As a result of the variation, it is assumed that sin ² θ + cos ² θ varies greatly. Since sin ² θ + cos ² θ is a square value of the acquired value, the influence of the variation is greater than sin θ · cos θ for calculating the angle. Therefore, even in a region where the angle calculation error is actually small, the value of sin ² θ + cos ² θ may fluctuate greatly, and a high-precision resistor is used to set a large threshold value in consideration of the above error or to suppress variations in the first place. It is necessary to use expensive parts. Also in designing a low-pass filter, it is necessary to consider both detectability and false detectability, which is complicated.

そこで、本発明は、比較的簡易な構成で異常判定を行うことができる回転角検出装置を提供することを課題としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that can perform abnormality determination with a relatively simple configuration.

上記課題を解決するために、請求項１に係る回転角検出装置は、励磁信号に基づいて、出力信号として正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバを有し、前記各出力信号に基づいて回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記励磁信号の半波長の奇数倍周期で上記各出力信号をサンプリングし、今回のサンプリングで取得した正弦波信号と前回のサンプリングで取得した正弦波信号との差分の２乗と、今回のサンプリングで取得した余弦波信号と前回のサンプリングで取得した余弦波信号との差分の２乗との和を演算する２乗和演算手段と、前記２乗和演算手段で演算した２乗和に基づいて異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, a rotation angle detection device according to claim 1 includes a resolver that outputs a sine wave signal and a cosine wave signal as output signals based on an excitation signal, and based on each output signal. A rotation angle detection device for detecting a rotation angle of a rotating body,
Each output signal is sampled at an odd multiple of half the wavelength of the excitation signal, and the square of the difference between the sine wave signal acquired in the current sampling and the sine wave signal acquired in the previous sampling, and the current sampling A sum of squares calculating means for calculating the sum of the square of the difference between the acquired cosine wave signal and the cosine wave signal acquired in the previous sampling, and an abnormality based on the square sum calculated by the square sum calculating means And an abnormality detecting means for detecting.

また、請求項２に係る回転角検出装置は、請求項１に係る発明において、前記２乗和演算手段で所定期間内に演算した２乗和の中から最大値及び最小値を選定する最大値／最小値選定手段を有し、前記異常検出手段は、前記最大値／最小値選定手段で選定した最大値と最小値との差が所定値以上であるとき、異常が発生していると判断することを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the rotation angle detecting device according to the first aspect of the invention, wherein the maximum value and the minimum value are selected from the sum of squares calculated within a predetermined period by the square sum calculation means. / Minimum value selection means, and the abnormality detection means determines that an abnormality has occurred when the difference between the maximum value and the minimum value selected by the maximum value / minimum value selection means is equal to or greater than a predetermined value. It is characterized by doing.

さらに、請求項３に係る回転角検出装置は、請求項２に係る発明において、前記回転体の回転速度を検出する速度検出手段を有し、該速度検出手段で検出した回転速度が大きいほど、前記所定値を大きく設定することを特徴としている。
また、請求項４に係る回転角検出装置は、請求項２又は３に係る発明において、前記回転体の回転加速度を検出する加速度検出手段を有し、該加速度検出手段で検出した回転加速度が大きいほど、前記所定値を大きく設定することを特徴としている。 Furthermore, the rotation angle detection device according to claim 3 has speed detection means for detecting the rotation speed of the rotating body in the invention according to claim 2, and the larger the rotation speed detected by the speed detection means, The predetermined value is set large.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the rotation angle detecting device according to the second or third aspect, further comprising acceleration detecting means for detecting the rotational acceleration of the rotating body, wherein the rotational acceleration detected by the acceleration detecting means is large. As described above, the predetermined value is set larger.

さらにまた、請求項５に係る回転角検出装置は、請求項１〜４の何れか１つに係る発明において、前記回転体の回転速度を検出する速度検出手段を有し、該速度検出手段で検出した回転速度が所定速度以上であるとき、前記異常検出手段による異常検出を禁止する異常判定禁止手段を備えることを特徴としている。 Furthermore, the rotation angle detection device according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, further comprising speed detection means for detecting a rotation speed of the rotating body, wherein the speed detection means When the detected rotational speed is equal to or higher than a predetermined speed, an abnormality determination prohibiting unit that prohibits the abnormality detection by the abnormality detecting unit is provided.

本発明に係る回転角検出装置によれば、レゾルバ出力信号ｓｉｎθ，ｃｏｓθを励磁信号の半波長の奇数倍周期でサンプリングし、今回のサンプリングで取得した正弦波信号と前回のサンプリングで取得した正弦波信号との差分の２乗と、今回のサンプリングで取得した余弦波信号と前回のサンプリングで取得した余弦波信号との差分の２乗との和に基づいて異常判定を行うので、例えば、上記２乗和が変動している場合に異常であると判定することで、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が円とならず、検出角度に誤差が発生する異常モードを複雑なフィルタの設定等を行うことなく、簡便に検出することができるという効果が得られる。 According to the rotation angle detection device of the present invention, the resolver output signals sin θ and cos θ are sampled at an odd multiple of the half wavelength of the excitation signal, and the sine wave signal obtained by the current sampling and the sine wave obtained by the previous sampling are obtained. Since abnormality determination is performed based on the sum of the square of the difference from the signal and the square of the difference between the cosine wave signal acquired by the current sampling and the cosine wave signal acquired by the previous sampling, for example, the above 2 By determining that there is an abnormality when the sum of multiplication is abnormal, the locus of (cos θ, sin θ) does not become a circle, and an abnormal mode in which an error occurs in the detection angle is set with a complicated filter. The effect that it can detect simply is acquired.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る回転角検出装置１の一実施形態を示すブロック図である。
この図１に示すように、レゾルバ１００は、ｓｉｎコイル及びｃｏｓコイルを有し、励磁信号（ＲＥＦ信号）が印加されて出力信号であるｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を発生する。これら２つの信号は、アンプ（レゾルバ信号検出回路）２０，２１を介して、ＣＰＵ１５を用いて構成される異常判定部３０に入力され、アナログデジタル変換器にてデジタル変換される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a rotation angle detection device 1 according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the resolver 100 has a sin coil and a cos coil, and an excitation signal (REF signal) is applied to generate a sin signal and a cos signal as output signals. These two signals are input to an abnormality determination unit 30 configured using the CPU 15 via amplifiers (resolver signal detection circuits) 20 and 21, and are digitally converted by an analog-digital converter.

また、ＲＥＦ信号は、アンプ２２を介してコンパレータ等で構成される同期信号出力回路２３に入力され、この同期信号出力回路２３では、ＲＥＦ信号の最大値または最小値のタイミングで同期信号を異常判定部３０に対して出力する。
そして、異常判定部３０では、同期信号出力回路２３から出力される同期信号に基づいて、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のサンプリングを行い、サンプリングした値をもとに後述する異常判定処理を実行し、レゾルバ信号検出回路２０，２１等の異常判定を行うようになっている。 The REF signal is input to a synchronization signal output circuit 23 constituted by a comparator or the like via an amplifier 22, and the synchronization signal output circuit 23 determines that the synchronization signal is abnormal at the timing of the maximum value or the minimum value of the REF signal. To the unit 30.
Then, the abnormality determination unit 30 samples the sin signal and the cos signal based on the synchronization signal output from the synchronization signal output circuit 23, executes an abnormality determination process described later based on the sampled values, and resolves the resolver. Abnormality determination of the signal detection circuits 20, 21 and the like is performed.

一方、レゾルバ信号検出回路２０，２１を介して入力されるｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号は、角度変換部４０にも入力される。この角度変換部４０では、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号の各ピーク値を検出してＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号を求めると共に、ＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号をもとにｔａｎ^-1θを求めることによりレゾルバ１００で測定している回転角θを算出し、回転角θを所定の制御部に出力する。 On the other hand, the sin signal and the cosine signal input via the resolver signal detection circuits 20 and 21 are also input to the angle conversion unit 40. The angle conversion unit 40 detects the peak values of the sine signal and the cos signal to obtain the SIN signal and the COS signal, and obtains tan ⁻¹ θ based on the SIN signal and the COS signal, thereby measuring with the resolver 100. The rotation angle θ is calculated, and the rotation angle θ is output to a predetermined control unit.

当該制御部では、例えば、異常判定部３０からレゾルバ信号検出回路２０，２１が正常であることを示す正常信号（ＦＬＧ＝０）が入力されているときには、回転角θを用いた通常制御を実行し、異常判定部３０からレゾルバ信号検出回路２０，２１に異常が発生していることを示す異常信号（ＦＬＧ＝１）が入力されたときには、所定の異常発生時制御を実行するようになっている。 In the control unit, for example, when the normal signal (FLG = 0) indicating that the resolver signal detection circuits 20 and 21 are normal is input from the abnormality determination unit 30, the normal control using the rotation angle θ is executed. When an abnormality signal (FLG = 1) indicating that an abnormality has occurred is input from the abnormality determination unit 30 to the resolver signal detection circuits 20, 21, predetermined abnormality occurrence control is executed. Yes.

図２は正常モードにおけるサンプリング波形、図３は正常モードでレゾルバ出力信号が描く軌跡を示す図である。図２において、（ａ）は励磁信号、（ｂ）は出力信号（ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号）であり、励磁信号の周期を２λとしたとき、３λ毎にｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号をサンプリングした場合について示している。
なお、ここでは、サンプリング周期を３λとしているが、サンプリング周期は、サンプリング信号の最大値と最小値とを交互に検出できる周期であればよく、励磁信号の１／２周期であるλの奇数倍、即ち（２ｎ＋１）λであればよい。ここで、ｎは自然数である。 FIG. 2 shows a sampling waveform in the normal mode, and FIG. 3 shows a locus drawn by the resolver output signal in the normal mode. In FIG. 2, (a) is an excitation signal, (b) is an output signal (sin signal and cos signal), and when the period of the excitation signal is 2λ, the sin signal and the cos signal are sampled every 3λ. Show.
Here, the sampling cycle is 3λ, but the sampling cycle may be any cycle that can alternately detect the maximum value and the minimum value of the sampling signal, and is an odd multiple of λ, which is a half cycle of the excitation signal. That is, (2n + 1) λ is sufficient. Here, n is a natural number.

上記サンプリング方法によれば、サンプリングポイントＡで、基準電圧レベルより上の（ｓｉｎθ，ｃｏｓθ）、サンプリングポイントＢで、基準電圧レベルより下の（ｓｉｎθ´，ｃｏｓθ´）が夫々得られる。
図３に示すように、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が円であるならば、軌跡の直径と等価となるφの大きさは回転体の回転によらず一定であるはずである。したがって、このφの所定時間内における変動を監視することで、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が円とならない異常モードの検出が可能となる。 According to the sampling method, (sin θ, cos θ) above the reference voltage level is obtained at the sampling point A, and (sin θ ′, cos θ ′) below the reference voltage level is obtained at the sampling point B.
As shown in FIG. 3, if the locus of (cos θ, sin θ) is a circle, the size of φ equivalent to the diameter of the locus should be constant regardless of the rotation of the rotating body. Therefore, by monitoring the fluctuation of φ within a predetermined time, it is possible to detect an abnormal mode in which the locus of (cos θ, sin θ) is not a circle.

ところで、ｓｉｎθ、ｃｏｓθ、ｓｉｎθ´、ｃｏｓθ´は、原点Ｏに対する値であり、この原点Ｏはハードウェアにより誤差を持つため、回転体の実角度をψとすると、例えば、ｓｉｎθ、ｃｏｓθは以下の式で表される。
ｓｉｎθ＝ｓｉｎψ＋Δｓｉｎ，
ｃｏｓθ＝ｃｏｓψ＋Δｃｏｓ ………（１）
ここで、Δｓｉｎ，Δｃｏｓは夫々ハードウェアのばらつきによる誤差である。なお、ｓｉｎθ´，ｃｏｓθ´についても同様に誤差Δｓｉｎ，Δｃｏｓを含む。このように、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号は、それぞれ所定の誤差を含む。 By the way, sin θ, cos θ, sin θ ′, and cos θ ′ are values with respect to the origin O. Since the origin O has an error due to hardware, assuming that the actual angle of the rotating body is ψ, for example, sin θ and cos θ are It is expressed by a formula.
sin θ = sin ψ + Δsin,
cos θ = cos ψ + Δcos (1)
Here, Δsin and Δcos are errors due to variations in hardware, respectively. Similarly, sin θ ′ and cos θ ′ include errors Δsin and Δcos. Thus, the sin signal and the cos signal each include a predetermined error.

そこで、本実施形態では、上記φの大きさを、φ＝ｓｉｎ²φ＋ｃｏｓ²φにより求めるものとする。ここで、ｓｉｎφはｓｉｎθの振幅，ｃｏｓφはｃｏｓθの振幅であり、それぞれ次式で表される。
ｓｉｎφ＝（ｓｉｎθ＋Δｓｉｎ）−（ｓｉｎθ´＋Δｓｉｎ）
＝ｓｉｎθ−ｓｉｎθ´，
ｃｏｓφ＝（ｃｏｓθ＋Δｃｏｓ）−（ｃｏｓθ´＋Δｃｏｓ）
＝ｃｏｓθ−ｃｏｓθ´ ………（２）
このように、ｓｉｎφ及びｃｏｓφには、誤差Δｓｉｎ及びΔｃｏｓが含まない形となるため、φの大きさにも誤差Δｓｉｎ及びΔｃｏｓが含まない形となる。したがって、原点Ｏを挟む２箇所のサンプリング値（ｓｉｎθ，ｃｏｓθ）及び（ｓｉｎθ´，ｃｏｓθ´）を用いることで、上述した原点Ｏの誤差をキャンセルすることができる。 Therefore, in the present embodiment, the size of φ is obtained by φ = sin ² φ + cos ² φ. Here, sin φ is the amplitude of sin θ, and cos φ is the amplitude of cos θ, which are expressed by the following equations, respectively.
sin φ = (sin θ + Δsin) − (sin θ ′ + Δsin)
= Sin θ−sin θ ′,
cos φ = (cos θ + Δcos) − (cos θ ′ + Δcos)
= Cos θ-cos θ ′ (2)
Thus, since sin φ and cos φ do not include errors Δsin and Δcos, the size of φ does not include errors Δsin and Δcos. Therefore, by using the sampling values (sin θ, cos θ) and (sin θ ′, cos θ ′) at two positions sandwiching the origin O, the error of the origin O described above can be canceled.

図４は、異常モードでレゾルバ出力信号が描く軌跡を示す図である。
この図４に示すように、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が楕円である場合、所定時間Ｔ１内におけるφ＝ｓｉｎ²φ＋ｃｏｓ²φが大きく変動し、その最大値と最小値との差は比較的大きくなる。なお、この図４において、φ´が所定時間Ｔ１内におけるφの最大値、φ″が所定時間Ｔ１内におけるφの最小値であるものとする。 FIG. 4 is a diagram illustrating a trajectory drawn by the resolver output signal in the abnormal mode.
As shown in FIG. 4, when the locus of (cos θ, sin θ) is an ellipse, φ = sin ² φ + cos ² φ varies greatly within a predetermined time T1, and the difference between the maximum value and the minimum value is relatively small. growing. In FIG. 4, it is assumed that φ ′ is the maximum value of φ within the predetermined time T1, and φ ″ is the minimum value of φ within the predetermined time T1.

したがって、本実施形態では、φ＝ｓｉｎ²φ＋ｃｏｓ²φを所定時間Ｔ１収集し、その最大値と最小値との差が所定値以上であるときに、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が円ではなく、検出角度に誤差が発生する異常モードであると判断する。
図５は、異常判定部３０で実行される異常判定処理手順を示すフローチャートである。この異常判定処理は、所定時間毎に実行され、先ず、ステップＳ１では、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のサンプリングが行われる。 Therefore, in this embodiment, φ = sin ² φ + cos ² φ is collected for a predetermined time T1, and when the difference between the maximum value and the minimum value is greater than or equal to the predetermined value, the locus of (cos θ, sin θ) is not a circle. Then, it is determined that this is an abnormal mode in which an error occurs in the detected angle.
FIG. 5 is a flowchart showing an abnormality determination processing procedure executed by the abnormality determination unit 30. This abnormality determination process is executed every predetermined time. First, in step S1, sampling of the sin signal and the cos signal is performed.

次に、ステップＳ２に移行して、前記ステップＳ１でサンプリングされた値をメモリに格納し、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、前記ステップＳ２で格納したｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のサンプリング値のうち、今回値ｓｉｎθ´，ｃｏｓθ´及び前回値ｓｉｎθ，ｃｏｓθに基づいて、φの大きさを、次式をもとに算出する。 Next, the process proceeds to step S2, the value sampled in step S1 is stored in the memory, and the process proceeds to step S3.
In step S3, based on the current values sin θ ′ and cos θ ′ and the previous values sin θ and cos θ among the sampling values of the sin signal and cos signal stored in step S2, the magnitude of φ is calculated based on the following equation: calculate.

φ＝（ｓｉｎθ−ｓｉｎθ´）²＋（ｃｏｓθ−ｃｏｓθ´）² ………（３）
次に、ステップＳ４に移行して、前記ステップＳ３で算出した値φをメモリに格納し、ステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のサンプリングを開始してから所定時間Ｔ１（例えば、１ｓｅｃ程度）が経過したか否かを判定し、所定時間Ｔ１が経過していないときには、サンプリングを継続するものと判断して前記ステップＳ１に移行し、所定時間Ｔ１が経過したときにはステップＳ６に移行する。 φ = (sin θ−sin θ ′) ² + (cos θ−cos θ ′) ² (3)
Next, the process proceeds to step S4, the value φ calculated in step S3 is stored in the memory, and the process proceeds to step S5.
In step S5, it is determined whether or not a predetermined time T1 (for example, about 1 sec) has elapsed since the sampling of the sin signal and the cos signal has started. If the predetermined time T1 has not elapsed, sampling is continued. The process proceeds to step S1, and when the predetermined time T1 has elapsed, the process proceeds to step S6.

図６は、ハードウェアの温度特性による（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡の変動を示す図である。この図６に示すように、温度が高くなるほど円の大きさ（φ）が大きくなる特性がある。したがって、上記所定時間Ｔ１は、温度特性によるφの変動が無視できる程度に短い時間に設定するものとし、ここでは１ｓｅｃ程度に設定している。
ステップＳ６では、前記ステップＳ４で格納した値φのうち、最大値φｍａｘ及び最小値φｍｉｎを選定し、これらの差分Δφ（＝φｍａｘ−φｍｉｎ）を算出してからステップＳ７に移行する。 FIG. 6 is a diagram showing a change in the locus of (cos θ, sin θ) due to the temperature characteristics of the hardware. As shown in FIG. 6, there is a characteristic that the size (φ) of the circle increases as the temperature increases. Therefore, the predetermined time T1 is set to a time short enough to ignore the fluctuation of φ due to the temperature characteristics, and is set to about 1 sec here.
In step S6, the maximum value φmax and the minimum value φmin are selected from the values φ stored in step S4, and the difference Δφ (= φmax−φmin) is calculated. Then, the process proceeds to step S7.

ステップＳ７では、回転体の回転数Ｎに基づいて閾値φ_THを設定する。ここでは、回転数Ｎが高いほど閾値φ_THを大きく設定するものとする。
次にステップＳ８に移行して、前記ステップＳ６で算出した差分Δφが、前記ステップＳ７で設定した閾値φ_TH以上であるか否かを判定し、Δφ≧φ_THであるときには（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が楕円であると判断してステップＳ９に移行し、異常信号（ＦＬＧ＝１）を出力してから異常判定処理を終了する。 In step S7, a threshold φ _TH is set based on the rotational speed N of the rotating body. Here, the threshold value _φTH is set to be larger as the rotational speed N is higher.
Next, the process proceeds to step S8, where it is determined whether or not the difference Δφ calculated in step S6 is greater than or _equal to the threshold value φ _TH set in step S7, and when Δφ ≧ φ _TH (cos θ, sin θ) Is determined to be an ellipse, the process proceeds to step S9, an abnormality signal (FLG = 1) is output, and the abnormality determination process ends.

一方、前記ステップＳ８でΔφ＜φ_THであると判定したときには、ステップＳ１０に移行して、正常信号（ＦＬＧ＝０）を出力してから異常判定処理を終了する。
図５の処理において、ステップＳ１〜Ｓ５が２乗和演算手段に対応し、ステップＳ６が最大値／最小値選定手段に対応し、ステップＳ８及びＳ９が異常検出手段に対応している。 On the other hand, when it is determined in step S8 that Δφ < _φTH , the process proceeds to step S10, and after outputting a normal signal (FLG = 0), the abnormality determination process is terminated.
In the process of FIG. 5, steps S1 to S5 correspond to the square sum calculation means, step S6 corresponds to the maximum value / minimum value selection means, and steps S8 and S9 correspond to the abnormality detection means.

次に、本実施形態の動作及び効果について説明する。
今、レゾルバ信号検出回路２０，２１が正常に作動している状態であるものとする。この状態でレゾルバ１００にＲＥＦ信号が印加されると、それに応じたｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号が出力され、これらが異常判定部３０に入力される。このとき、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡は、前述した図３に示すように円となる。 Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
Now, it is assumed that the resolver signal detection circuits 20 and 21 are operating normally. When a REF signal is applied to the resolver 100 in this state, a sin signal and a cos signal corresponding to the REF signal are output and are input to the abnormality determination unit 30. At this time, the locus of (cos θ, sin θ) is a circle as shown in FIG.

異常判定部３０では、図５に示す異常判定処理が実行され、励磁信号ＲＥＦの半波長の奇数倍周期でｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号のサンプリングが行われる。そして、各サンプリングポイントで取得したサンプリング値に基づいて、前記（３）式をもとにφが算出される。この算出処理を所定時間Ｔ１継続すると、図５のステップＳ５からステップＳ６に移行し、所定時間Ｔ１内に算出されたφの中から最大値φｍａｘ及び最小値φｍｉｎを選定すると共に、これらの差分Δφを算出する。そして、ステップＳ８で、最大値φｍａｘと最小値φｍｉｎとの差ΔφがステップＳ７で設定される閾値φ_TH以上であるかを判定する。 In the abnormality determination unit 30, the abnormality determination process shown in FIG. 5 is executed, and the sin signal and the cos signal are sampled at an odd multiple of the half wavelength of the excitation signal REF. Then, φ is calculated based on the expression (3) based on the sampling values acquired at each sampling point. When this calculation process is continued for a predetermined time T1, the process proceeds from step S5 to step S6 in FIG. 5, and the maximum value φmax and the minimum value φmin are selected from φ calculated within the predetermined time T1, and the difference Δφ between them is selected. Is calculated. In step S8, it is determined whether or not the difference Δφ between the maximum value φmax and the minimum value φmin is equal to or greater than the threshold value φ _TH set in step S7.

ここで、上述したようにｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号の軌跡は円であり、各サンプリングポイントで求められるφは一定であるため、差分値Δφが閾値φ_TH以上となることはなく、その結果、ステップＳ９で正常信号（ＦＬＧ＝０）が出力される。
一方、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が、図４に示すような楕円となる異常モードであるものとすると、所定時間Ｔ１内に算出されるφが大きく変動する。そのため、最大値φｍａｘと最小値φｍｉｎとの差Δφが閾値φ_TH以上となって、ステップＳ８からステップＳ１０に移行し、異常信号（ＦＬＧ＝１）が出力される。 Here, as described above, since the locus of the sin signal and the cos signal is a circle and φ obtained at each sampling point is constant, the difference value Δφ does not exceed the threshold value φ _TH, and as a result, the step In S9, a normal signal (FLG = 0) is output.
On the other hand, if the locus of (cos θ, sin θ) is an abnormal mode in which the locus becomes an ellipse as shown in FIG. 4, φ calculated within the predetermined time T1 varies greatly. Therefore, the difference Δφ between the maximum value φmax and the minimum value φmin becomes equal to or greater than the threshold value φ _{TH, the process} proceeds from step S8 to step S10, and an abnormal signal (FLG = 1) is output.

このように、所定時間Ｔ１内におけるφの最大値φｍａｘと最小値φｍｉｎとの差Δφが閾値φ_TH以上であるか否かを判定し、Δφ≧φ_THであるときには所定時間Ｔ１内にφが比較的大きく変動しているものとして、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が楕円となる異常モードを確実に検出することができる。
レゾルバを用いた回転角の検出において、ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θ＝１であることを利用して異常検出することは、三角関数の原理でありよく知られている技術である。また、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が楕円を描く異常モードにおいて、ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θの値とｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θをローパスフィルタ処理して得られた値とを比較することによって、異常を検出するものも知られている。 Thus, the difference [Delta] [phi between the maximum value φmax and minimum φmin of phi at a given time within the T1 it is determined whether the threshold value phi _TH or more, phi within the predetermined time T1 when a [Delta] [phi ≧ phi _TH It is possible to reliably detect an abnormal mode in which the locus of (cos θ, sin θ) is an ellipse, assuming that the variation is relatively large.
In detecting the rotation angle using a resolver, detecting an abnormality using the fact that sin ² θ + cos ² θ = 1 is a well-known technique based on the principle of trigonometric functions. Further, (cos [theta], sin [theta) in the abnormal mode in which the locus of an elliptical, by comparing the values obtained with the sin ^² θ + cos ² θ values and sin ^² θ + cos ² θ by low-pass filtering, the abnormality detection What to do is also known.

しかしながら、ｓｉｎθやｃｏｓθはその関数上の特徴から、その振幅の中心となる電圧が存在する。この電圧は、基準電圧（例えば５Ｖ）の分圧によって生成されるのが一般的であるが、この分圧はハードウェアのばらつきに大きく依存する。
そして、当該ばらつきの結果、ｓｉｎθ，ｃｏｓθの二乗和が大きく変動することが想定される。ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θは取得した値の二乗値であるため、角度を計算するｓｉｎθ・ｃｏｓθと比較して、そのばらつきの影響が大きい。そのため、実際に角度計算誤差の小さい領域でも、ｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θの値は大きく変動する可能性があり、閾値の設定には、上記誤差を見込んで大きく設定するか、そもそもばらつきを抑えるために高精度の抵抗等、高価な部品を用いる必要があるばかりでなく、ローパスフィルタの設計も検出性と誤検出性とをあわせて考える必要があり、煩雑である。 However, sin θ and cos θ have a voltage at the center of their amplitude due to their functional characteristics. This voltage is generally generated by dividing a reference voltage (for example, 5 V), but this voltage division greatly depends on variations in hardware.
As a result of the variation, it is assumed that the sum of squares of sin θ and cos θ varies greatly. Since sin ² θ + cos ² θ is a square value of the acquired value, the influence of the variation is greater than sin θ · cos θ for calculating the angle. Therefore, even in a region where the angle calculation error is actually small, the value of sin ² θ + cos ² θ may fluctuate greatly. To set the threshold value, allow for the above error or to suppress variation in the first place. Not only is it necessary to use expensive parts such as high-precision resistors, but the design of the low-pass filter needs to be considered in combination with detectability and misdetection, which is complicated.

これに対して、本実施形態では、励磁信号ＲＥＦの半波長の奇数倍周期でｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号をサンプリングし、原点を挟む２箇所のサンプリング値から求められるφ＝ｓｉｎ²φ＋ｃｏｓ²φを用いることで、上記誤差をキャンセルしている。したがって、従来のように誤差を考慮して閾値を設定したり、複雑なフィルタ設計を行ったりする必要がなくなり、簡便な演算にて異常検出を行うことができる。 In contrast, in the present embodiment, the sin signal and the cos signal are sampled at an odd multiple of the half wavelength of the excitation signal REF, and φ = sin ² φ + cos ² φ obtained from two sampling values sandwiching the origin is used. This cancels the above error. Therefore, it is not necessary to set a threshold value in consideration of an error or to perform a complicated filter design as in the prior art, and it is possible to detect an abnormality with a simple calculation.

ところで、回転体が高速で回転している場合、所定時間Ｔ１内におけるｓｉｎθ及びｃｏｓθの基準電圧に対する振幅が大きく変動する。
図７は、高速回転時におけるサンプリング波形である。
回転体の回転数が低い場合には、図２に示すように、所定時間Ｔ１内で振幅の変動はほとんどないが、回転体の回転数が高い場合には、ｓｉｎ信号（又はｃｏｓ信号）のピーク値をプロットしたＳＩＮ信号（又はＣＯＳ信号）の周期が短くなることから、図７に示すように、所定時間Ｔ１内で振幅の変動が大きく、サンプリングポイントＡでの振幅とサンプリングポイントＸでの振幅とは大きく異なることになる。また、この振幅の変化量は回転数が高くなるほど大きくなる。 By the way, when the rotating body rotates at a high speed, the amplitudes of sin θ and cos θ with respect to the reference voltage within the predetermined time T1 vary greatly.
FIG. 7 shows a sampling waveform during high-speed rotation.
When the rotational speed of the rotating body is low, as shown in FIG. 2, there is almost no fluctuation in amplitude within the predetermined time T1, but when the rotational speed of the rotating body is high, the sin signal (or cos signal) Since the period of the SIN signal (or COS signal) in which the peak value is plotted is shortened, the amplitude varies greatly within a predetermined time T1, as shown in FIG. 7, and the amplitude at the sampling point A and the sampling point X are large. It will be very different from the amplitude. Further, the amount of change in amplitude increases as the rotational speed increases.

したがって、図７に示す高速回転時に、各サンプリングポイントにて上記（３）式をもとにφの大きさを求めると、その大きさは所定時間Ｔ１内で大きく変動することになり、最大値φｍａｘと最小値φｍｉｎとの差Δφが大きくなる。その結果、レゾルバ信号検出回路２０，２１が正常であるにもかかわらず、異常が発生していると誤判定され易くなる。 Accordingly, when the magnitude of φ is obtained based on the above equation (3) at each sampling point during high-speed rotation shown in FIG. 7, the magnitude varies greatly within the predetermined time T1, and the maximum value The difference Δφ between φmax and the minimum value φmin increases. As a result, although the resolver signal detection circuits 20 and 21 are normal, it is easy to erroneously determine that an abnormality has occurred.

この対策として、回転体の高回転時における振幅の変動を考慮し、異常判定条件としての閾値φ_THを予め大きく設定することが考えられるが、この場合、異常検出範囲が狭くなってしまう。また、回転体の最大回転数を規定することは困難であり、根本的な解決にはならない。
そこで、本実施形態では、回転体の回転数Ｎに基づいて閾値φ_THを設定する。 As a countermeasure, it is conceivable to set a large threshold value φ _TH as an abnormality determination condition in consideration of fluctuations in amplitude when the rotating body rotates at a high speed. In this case, however, the abnormality detection range becomes narrow. Moreover, it is difficult to specify the maximum number of rotations of the rotating body, and this is not a fundamental solution.
Therefore, in the present embodiment, the threshold φ _TH is set based on the rotational speed N of the rotating body.

すなわち、レゾルバ信号検出回路２０，２１に異常が発生していない状態で、回転体が高速で回転しているものとすると、図５の異常判定処理では、ステップＳ７で閾値φ_THが回転数Ｎに応じて比較的大きい値に設定される。
上述したように、回転体が高速回転している場合には、ステップＳ３で上記（３）式をもとに算出されるφの大きさが一定値とならず、最大値φｍａｘと最小値φｍｉｎとの差Δφが比較的大きい値となるが、ステップＳ７で閾値φ_THが大きい値に設定されることで、差分値Δφが閾値φ_TH以上となることがなく、ステップＳ８ではΔφ＜φ_THであると判定されて、レゾルバ信号検出回路２０，２１が正常であると判定される。 That is, in a state where the abnormality in the resolver signal detection circuit 20, 21 has not occurred, assuming that the rotating body is rotating at high speed, in the abnormality determination process of FIG. 5, the threshold value phi _TH rotational speed in step S7 N It is set to a relatively large value according to.
As described above, when the rotating body rotates at a high speed, the magnitude of φ calculated based on the above equation (3) in step S3 does not become a constant value, but the maximum value φmax and the minimum value φmin. Although the difference [Delta] [phi is relatively large values of, is set to a value threshold phi _TH is larger at step S7, without difference value [Delta] [phi is equal to or greater than a threshold phi _TH, in step S8 Δφ <φ _TH And the resolver signal detection circuits 20 and 21 are determined to be normal.

したがって、回転体が高速回転しており、φの大きさが一定値にならなくても、レゾルバ信号検出回路２０，２１に異常が発生していると誤判定されることを防止することができる。
このように、上記実施形態では、レゾルバ出力信号（ｓｉｎθ，ｃｏｓθ）を励磁信号の半波長の奇数倍周期でサンプリングし、今回のサンプリングで取得した正弦波信号と前回のサンプリングで取得した正弦波信号との差分の２乗と、今回のサンプリングで取得した余弦波信号と前回のサンプリングで取得した余弦波信号との差分の２乗との和（φ）に基づいて異常判定を行う。したがって、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡における原点Ｏを挟む２箇所のサンプリング値の差を用いるので、ハードウェアのばらつきによる原点Ｏの誤差をキャンセルすることができ、当該誤差を考慮した閾値の設定や複雑なフィルタの設定等を行うことなく、異常検出を行うことができる。 Therefore, it is possible to prevent erroneous determination that an abnormality has occurred in the resolver signal detection circuits 20 and 21 even if the rotating body rotates at high speed and the magnitude of φ does not become a constant value. .
Thus, in the above-described embodiment, the resolver output signal (sin θ, cos θ) is sampled at an odd multiple of the half wavelength of the excitation signal, and the sine wave signal acquired by the current sampling and the sine wave signal acquired by the previous sampling are obtained. Is determined based on the sum (φ) of the square of the difference between and the square of the difference between the cosine wave signal acquired by the current sampling and the cosine wave signal acquired by the previous sampling. Therefore, since the difference between two sampling values sandwiching the origin O in the locus of (cos θ, sin θ) is used, the error of the origin O due to hardware variations can be canceled, and a threshold value can be set in consideration of the error. Abnormality detection can be performed without setting complicated filters.

また、上記２乗和の所定期間における最大値及び最小値を求め、これらの差が所定の閾値以上であるときに異常であると判定するので、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が円とならず、検出角度に誤差が発生する異常モードを簡便に検出することができる。
さらに、回転体の回転数が高いほど異常判定を行うための閾値を大きく設定するので、回転数が高く（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が楕円となった場合であっても、φの最大値と最小値との差が上記閾値を上回らないようにすることができ、回転角検出装置が正常であるにもかかわらず正弦波信号及び余弦波信号の振幅が大きく変動することに起因する誤判定を防止することができ、適正に異常判定を行うことができる。 Further, the maximum value and the minimum value of the sum of squares in a predetermined period are obtained, and it is determined that the difference is not less than a predetermined threshold value, so that the locus of (cos θ, sin θ) is not a circle. Thus, it is possible to easily detect an abnormal mode in which an error occurs in the detection angle.
Furthermore, since the threshold value for performing the abnormality determination is set larger as the rotational speed of the rotating body is higher, even when the rotational speed is high and the locus of (cos θ, sin θ) becomes an ellipse, the maximum value of φ is It is possible to prevent the difference from the minimum value from exceeding the above-mentioned threshold value, and to make a false determination due to the fact that the amplitude of the sine wave signal and the cosine wave signal fluctuates greatly even though the rotation angle detection device is normal. Therefore, it is possible to appropriately determine an abnormality.

なお、上記実施形態においては、回転体の回転数Ｎが、高速回転していると判定することができる程度の所定回転数を超えて、（ｃｏｓθ，ｓｉｎθ）の軌跡が楕円となっても問題ない領域となったとき、異常判定処理の実施を禁止する異常判定禁止手段を設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、回転体の回転加速度（回転数の変化量）に応じて、閾値φ_THを変更するようにしてもよい。図８に示すように、回転体の回転速度に応じてφの大きさは変化する。したがって、回転数変化量の絶対値が大きいほどφの大きさの変動は大きいため、回転数変化量の絶対値が大きいほど閾値φ_THを大きく設定するようにする。これにより、所定時間Ｔ１内に回転体の回転速度が変化した場合であっても、適正に異常判定を行うことができる。 In the above embodiment, there is a problem even if the rotational speed N of the rotating body exceeds a predetermined rotational speed that can be determined to be high-speed rotation and the locus of (cos θ, sin θ) becomes an ellipse. An abnormality determination prohibiting unit that prohibits the execution of the abnormality determination process when there is no area may be provided.
In the above embodiment, the threshold φ _TH may be changed according to the rotational acceleration (the amount of change in the rotational speed) of the rotating body. As shown in FIG. 8, the magnitude of φ changes according to the rotational speed of the rotating body. Therefore, since the variation in the magnitude of φ increases as the absolute value of the rotational speed change amount increases, the threshold φ _TH is set to be larger as the absolute value of the rotational speed change amount increases. Thereby, even if it is a case where the rotational speed of a rotary body changes within predetermined time T1, abnormality determination can be performed appropriately.

本発明の実施形態における回転角検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the rotation angle detection apparatus in embodiment of this invention. 正常モードにおけるサンプリング波形である。It is a sampling waveform in a normal mode. 正常モードでレゾルバ出力信号が描く軌跡を示す図である。It is a figure which shows the locus | trajectory which a resolver output signal draws in normal mode. 異常モードでレゾルバ出力信号が描く軌跡を示す図である。It is a figure which shows the locus | trajectory which a resolver output signal draws in abnormal mode. 異常判定部で実行される異常判定処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the abnormality determination process procedure performed in the abnormality determination part. ハードウェアの温度特性によるφの変動を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation | variation of (phi) by the temperature characteristic of hardware. 高速回転時におけるサンプリング波形である。It is a sampling waveform at the time of high speed rotation. 回転体の回転速度とφの大きさとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotational speed of a rotary body, and the magnitude | size of (phi).

符号の説明Explanation of symbols

１…回転角検出装置、２０，２１…レゾルバ信号検出回路、２２…アンプ、２３…同期信号出力回路、３０…異常判定部、４０…角度変換部、１００…レゾルバ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotation angle detection apparatus, 20, 21 ... Resolver signal detection circuit, 22 ... Amplifier, 23 ... Synchronization signal output circuit, 30 ... Abnormality determination part, 40 ... Angle conversion part, 100 ... Resolver

Claims

励磁信号に基づいて、出力信号として正弦波信号及び余弦波信号を出力するレゾルバを有し、前記各出力信号に基づいて回転体の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記励磁信号の半波長の奇数倍周期で上記各出力信号をサンプリングし、今回のサンプリングで取得した正弦波信号と前回のサンプリングで取得した正弦波信号との差分の２乗と、今回のサンプリングで取得した余弦波信号と前回のサンプリングで取得した余弦波信号との差分の２乗との和を演算する２乗和演算手段と、前記２乗和演算手段で演算した２乗和に基づいて異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とする回転角検出装置。 A rotation angle detection device that has a resolver that outputs a sine wave signal and a cosine wave signal as an output signal based on an excitation signal, and detects a rotation angle of a rotating body based on each output signal,
Each output signal is sampled at an odd multiple of half the wavelength of the excitation signal, and the square of the difference between the sine wave signal acquired in the current sampling and the sine wave signal acquired in the previous sampling, and the current sampling A sum of squares calculating means for calculating the sum of the square of the difference between the acquired cosine wave signal and the cosine wave signal acquired in the previous sampling, and an abnormality based on the square sum calculated by the square sum calculating means And a rotation angle detecting device.

前記２乗和演算手段で所定期間内に演算した２乗和の中から最大値及び最小値を選定する最大値／最小値選定手段を有し、前記異常検出手段は、前記最大値／最小値選定手段で選定した最大値と最小値との差が所定値以上であるとき、異常が発生していると判断することを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。 A maximum value / minimum value selecting means for selecting a maximum value and a minimum value from the sum of squares calculated within a predetermined period by the square sum calculating means; and the abnormality detecting means is the maximum value / minimum value. 2. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein when the difference between the maximum value and the minimum value selected by the selection means is a predetermined value or more, it is determined that an abnormality has occurred.

前記回転体の回転速度を検出する速度検出手段を有し、該速度検出手段で検出した回転速度が大きいほど、前記所定値を大きく設定することを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。 The rotation angle detection according to claim 2, further comprising speed detection means for detecting a rotation speed of the rotating body, wherein the predetermined value is set to be larger as the rotation speed detected by the speed detection means is larger. apparatus.

前記回転体の回転加速度を検出する加速度検出手段を有し、該加速度検出手段で検出した回転加速度が大きいほど、前記所定値を大きく設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の回転角検出装置。 4. The rotation according to claim 2, further comprising an acceleration detection unit configured to detect a rotation acceleration of the rotating body, wherein the predetermined value is set to be larger as the rotation acceleration detected by the acceleration detection unit is larger. Angle detection device.

前記回転体の回転速度を検出する速度検出手段を有し、該速度検出手段で検出した回転速度が所定速度以上であるとき、前記異常検出手段による異常検出を禁止する異常判定禁止手段を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の回転角検出装置。 A speed detection unit that detects a rotation speed of the rotating body, and a failure determination prohibiting unit that prohibits the abnormality detection by the abnormality detection unit when the rotation speed detected by the speed detection unit is equal to or higher than a predetermined speed. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle detection device is a rotation angle detection device.