JP2012073053A - Rotation angle detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出精度を適正化した回転角度検出装置に関するものである。 The present invention relates to a rotation angle detection device with optimized detection accuracy.
モータの回転を制御する制御システムには、モータの回転角度を検出する検出装置が用いられており、この検出装置の一種としてレゾルバを用いた回転角度検出装置が知られている。レゾルバを用いた回転角度検出装置として例えば特許文献１には、モータの回転角度に応じて周期的に変化するレゾルバ信号を出力するレゾルバと、レゾルバから出力されるレゾルバ信号（出力電圧等）に基づきモータの回転角度を検出する装置が開示されている。この回転角度検出装置は、レゾルバ信号の振幅中心値とオフセットずれが無いとした場合の所定の基準中心値との偏差に基づきこの偏差を無くする方向にレゾルバ信号を補正するオフセット補正手段を有し、オフセット補正手段によってオフセット補正されたレゾルバ信号に基づいて回転角度を算出するように構成されている。このオフセット補正手段は、特許文献１にも開示されるように、レゾルバ信号の値を一周期に亘って実測して最大値及び最小値を取得し、取得した最大値及び最小値から得られる振幅中心値と所定の基準中心値との偏差に基づいてレゾルバ信号のオフセットを補正する構成が一般的である。
In a control system that controls the rotation of a motor, a detection device that detects the rotation angle of the motor is used, and a rotation angle detection device that uses a resolver is known as a type of this detection device. As a rotation angle detection device using a resolver, for example,
ところが、上記のような従来の回転角度検出装置では、オフセット補正に必要なレゾルバ信号の最大値及び最小値を求めるにあたり、レゾルバ信号の値が最大又は最小となるタイミングでの実測が必要となるので最大値及び最小値の取得タイミングに制約があり、この制約によって例えば最大値及び最小値を得た周期から遅れた周期でしかオフセット補正できない等、適切なタイミングでのオフセット補正ができずに回転角度の検出精度が低減する場合がある。特に、モータの一回転あたりにレゾルバ信号に複数の周期が発現し且つ周期毎にオフセット特性が異なるＮｘレゾルバともよばれるレゾルバの場合は、周期毎にオフセットずれが変動するので、異なる周期の最大値及び最小値に基づくオフセット補正を行うと回転角度の検出精度が著しく低減してしまう。さらに、レゾルバ信号の値が最大又は最小となるタイミングとサンプリングタイミングとを同期させる同期機構が必要となり、製造コストの増大を招く。 However, in the conventional rotation angle detection device as described above, when obtaining the maximum value and minimum value of the resolver signal necessary for offset correction, actual measurement is required at the timing when the value of the resolver signal is maximum or minimum. There are restrictions on the timing of obtaining the maximum value and minimum value, and due to this restriction, for example, offset correction can only be performed at a period delayed from the period at which the maximum value and minimum value were obtained. Detection accuracy may be reduced. In particular, in the case of a resolver that is also called an Nx resolver in which a plurality of periods appear in the resolver signal per one rotation of the motor and the offset characteristics differ from period to period, the offset deviation varies from period to period. If the offset correction based on the minimum value is performed, the detection accuracy of the rotation angle is significantly reduced. Furthermore, a synchronization mechanism that synchronizes the timing at which the resolver signal value is maximized or minimized with the sampling timing is required, which increases the manufacturing cost.
本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、その目的は、任意のタイミングでレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出可能とすることで適切なタイミングでのオフセット補正を可能として角度検出精度を向上させた回転角度検出装置を提供することである。 The present invention has been made paying attention to such problems, and its purpose is to perform offset correction at an appropriate timing by making it possible to calculate the maximum and minimum values of the resolver signal at an arbitrary timing. It is an object of the present invention to provide a rotation angle detection device capable of improving the angle detection accuracy as possible.
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。 In order to achieve this object, the present invention takes the following measures.
すなわち、本発明の回転角度検出装置は、回転角度に応じて周期的に変化するレゾルバ信号の振幅中心値とオフセットずれがないとした場合の所定の基準中心値との偏差に基づいて当該偏差が無くなる方向に前記レゾルバ信号を補正するオフセット補正手段と、このオフセット補正手段によってオフセット補正されたレゾルバ信号に基づいて回転角度を算出する角度検出手段とを具備する装置であって、前記オフセット補正手段は、回転角度が予め定めた所定角度になるタイミングを前記レゾルバ信号の振幅中心値を算出するタイミングとして設定するとともに、レゾルバ信号の値と前記所定角度とに基づいて当該レゾルバ信号の最大値及び最小値を算出するための比率に関する比率情報を予め設定しておき、前記算出タイミングで算出されるレゾルバ信号の最大値及び最小値から前記レゾルバ信号の振幅中心値を求め、この振幅中心値と前記基準中心値との偏差に基づいてオフセット補正を行うことを特徴とする。 That is, the rotation angle detection device of the present invention is based on the deviation between the amplitude center value of the resolver signal that periodically changes according to the rotation angle and the predetermined reference center value when there is no offset deviation. An apparatus comprising: an offset correction unit that corrects the resolver signal in a direction in which it disappears; and an angle detection unit that calculates a rotation angle based on the resolver signal offset-corrected by the offset correction unit. The timing at which the rotation angle becomes a predetermined angle is set as the timing for calculating the center value of the amplitude of the resolver signal, and the maximum and minimum values of the resolver signal based on the resolver signal value and the predetermined angle The ratio information on the ratio for calculating the ratio is set in advance, and is calculated at the calculation timing. It obtains the amplitude center value of the resolver signal from the maximum value and the minimum value of the resolver signal, and performs the offset correction on the basis of a deviation between the reference center value and amplitude central value.
この構成によれば、回転角度が予め定めた所定角度になるタイミングをレゾルバ信号の振幅中心値を算出するタイミングに設定し、レゾルバ信号の値と所定角度とに基づいてレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出するための比率に関する比率情報を予め設定しておき、比率情報を用いてレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出するので、算出タイミングとなる所定角度に合わせて比率情報を設定しておけば所定角度を任意の角度に設定でき、任意の角度すなわち任意のタイミングでレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出でき、適切なタイミングでのオフセット補正を可能として角度検出精度を向上させることができる。さらに、任意のタイミングでレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出できるので、レゾルバ信号の値が最大又は最小となるタイミングにサンプリングタイミングを同期させる同期機構等が不要となり、製造コストを低減させることが可能となる。 According to this configuration, the timing at which the rotation angle becomes a predetermined angle is set as the timing for calculating the center value of the amplitude of the resolver signal, and the maximum and minimum values of the resolver signal are determined based on the resolver signal value and the predetermined angle. Since ratio information regarding the ratio for calculating the value is set in advance and the maximum value and the minimum value of the resolver signal are calculated using the ratio information, the ratio information is set in accordance with a predetermined angle as the calculation timing. If this is the case, the predetermined angle can be set to an arbitrary angle, the maximum value and minimum value of the resolver signal can be calculated at an arbitrary angle, that is, at an arbitrary timing, and offset correction can be performed at an appropriate timing to improve angle detection accuracy. it can. Furthermore, since the maximum value and minimum value of the resolver signal can be calculated at an arbitrary timing, a synchronization mechanism that synchronizes the sampling timing with the timing at which the resolver signal value is maximum or minimum is unnecessary, and the manufacturing cost can be reduced. It becomes possible.
レゾルバ信号の周期毎にオフセット特性が異なる場合に周期毎のオフセットずれを的確に算出するためには、前記レゾルバ信号の最大値及び最小値を同一周期内で相前後して算出するように前記所定角度が設定されていることが好ましい。 In order to accurately calculate the offset deviation for each period when the offset characteristics differ for each period of the resolver signal, the predetermined value is calculated so that the maximum value and the minimum value of the resolver signal are calculated in succession within the same period. It is preferable that an angle is set.
レゾルバ信号の周期毎にオフセット特性が異なる場合に周期に対応するオフセットずれに応じた適切な補正を実現するためには、前記オフセット補正手段は、前記最大値及び最小値を算出した周期内でオフセット補正を行うように構成されていることが望ましい。 In order to realize an appropriate correction according to the offset deviation corresponding to the period when the offset characteristic is different for each period of the resolver signal, the offset correction unit includes an offset within the period in which the maximum value and the minimum value are calculated. It is desirable to be configured to perform correction.
オフセット補正によるレゾルバ信号の過大な変動を抑えるためには、前記オフセット補正手段は、或る周期内で相前後して算出されるレゾルバ信号の最大値又は最小値のうち後に算出される方の値を保持し、その値を、前記或る周期とは１／２周期ずれて開始される新たな周期内において相前後して算出すべき最小値又は最大値のうち先に算出すべき方の値として用い、前記或る周期内及び前記新たな周期内でそれぞれ算出されるレゾルバ信号の最大値及び最小値を用いてオフセット補正を当該最大値及び最小値を算出した周期内で順次行うように構成されていることが効果的である。 In order to suppress an excessive fluctuation of the resolver signal due to the offset correction, the offset correction means is a value calculated later among the maximum value or the minimum value of the resolver signal calculated in succession within a certain period. And the value to be calculated first of the minimum value or the maximum value to be calculated in succession within a new period starting with a half period deviation from the certain period. And using the maximum and minimum values of the resolver signal calculated within the certain period and the new period, respectively, to perform offset correction sequentially within the period in which the maximum and minimum values are calculated. Is effective.
レゾルバ信号の最大値及び最小値を算出するにあたり、オーバーフローによる誤差が生じることを防止するためには、前記オフセット補正手段は、検出されるレゾルバ信号の値を前記所定角度に対応する値で除算することで前記レゾルバ信号の最大値又は最小値を算出するように構成されており、前記所定角度は、除算結果にオーバーフローによる誤差が生じない範囲に設定されていることが好ましい。 In calculating the maximum value and the minimum value of the resolver signal, in order to prevent an error due to overflow, the offset correction means divides the value of the detected resolver signal by a value corresponding to the predetermined angle. Thus, the maximum value or the minimum value of the resolver signal is calculated, and the predetermined angle is preferably set in a range in which an error due to overflow does not occur in the division result.
本発明は、以上説明したように、回転角度が予め定めた所定角度となるタイミングをレゾルバ信号の振幅中心値を算出するタイミングに設定し、レゾルバ信号の値と所定角度とに基づきレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出するための比率に関する比率情報を予め設定しておき、検出されるレゾルバ信号の値と所定角度と比率情報とを用いてレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出するので、算出タイミングとなる所定角度に合わせて比率情報を設定しておけば所定角度を任意の角度に設定でき、任意の角度すなわち任意のタイミングでレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出可能となり、適切なタイミングでのオフセット補正を可能として角度検出精度を向上させることが可能となる。さらに、任意のタイミングでレゾルバ信号の最大値及び最小値を算出可能となるので、レゾルバ信号の値が最大又は最小となるタイミングにサンプリングタイミングを同期させる同期機構等が不要となり、製造コストを低減させることが可能となる。 As described above, the present invention sets the timing at which the rotation angle becomes a predetermined angle as a timing for calculating the amplitude center value of the resolver signal, and sets the maximum resolver signal based on the resolver signal value and the predetermined angle. Since the ratio information regarding the ratio for calculating the value and the minimum value is set in advance, the maximum value and the minimum value of the resolver signal are calculated using the value of the detected resolver signal, the predetermined angle, and the ratio information. If ratio information is set in accordance with a predetermined angle as the calculation timing, the predetermined angle can be set to an arbitrary angle, and the maximum and minimum values of the resolver signal can be calculated at an arbitrary angle, that is, at an arbitrary timing. It is possible to improve the angle detection accuracy by enabling offset correction at the timing. Furthermore, since the maximum and minimum values of the resolver signal can be calculated at any timing, there is no need for a synchronization mechanism that synchronizes the sampling timing with the timing at which the resolver signal value is maximum or minimum, thereby reducing manufacturing costs. It becomes possible.
以下、本発明の一実施形態に係る回転角度検出装置を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a rotation angle detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１に示すように、回転角度検出装置は、図示しないモータの出力軸等の角度検出対象となる回転体に取り付けられたレゾルバ１に対して励磁信号ｅｘを印加し、励磁信号ｅｘの印加に対応してレゾルバ１から出力されるレゾルバ信号ｅｖに基づき回転角度を検出する装置である。回転角度検出装置は、レゾルバ１と、レゾルバ１に対して励磁信号ｅｘを印加する励磁信号印加２と、励磁信号ｅｘの印加によってレゾルバ１から出力されるレゾルバ信号ｅｖをデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部３と、Ａ／Ｄ変換部３によりデジタル値に変換されたレゾルバ信号ｅｖに基づき回転角度θを算出する角度検出手段４とを有する。なお、本実施形態では回転角度検出装置がレゾルバを備えるものであるが、外部に設けたレゾルバからのレゾルバ信号を受け付けて、受け付けたレゾルバ信号を処理するように回転角度検出装置を構成してもよい。
As shown in FIG. 1, the rotation angle detection device applies an excitation signal ex to a
図２に示すように、レゾルバ１から出力されるレゾルバ信号ｅｖは、回転角度θに応じて正弦波状に周期的に変動するものであり、Ａ相及びＢ相とも呼ばれる二相の正弦波信号から構成されている。レゾルバ信号ｅｖを構成するＡ相信号及びＢ相信号は、互いに位相が９０度異なり、それぞれＡｃｏｓθ’、Ａｓｉｎθ’で表現される。Ａは振幅値、θ’は電気角を示す。角度検出手段４は、Ａ相信号及びＢ相信号の位相差を利用してＡ相信号の値及びＢ相信号の値から電気角θ’を一意に特定する。電気角θ’は回転角度θと対応関係にある。
As shown in FIG. 2, the resolver signal ev output from the
本実施形態では、モータの回転角度検出精度を向上させるために、レゾルバ１は、図１及び図３に示すように、モータの一回転あたりにレゾルバ信号の周期が一周期となる軸倍角１ｘレゾルバと、モータの一回転あたりにレゾルバ信号の周期が複数（Ｎ個）となる軸倍角Ｎｘレゾルバとを組み合わせて構成されており、１ｘレゾルバＡ相信号、１ｘレゾルバＢ相信号、ＮｘレゾルバＡ相信号及びＮｘレゾルバＢ相信号をＡ／Ｄ変換部３を介して角度検出手段４へ出力する。これに対応して角度検出手段４は、１ｘ合成部４１と、Ｎｘ合成部４２と、絶対位置検出部４３とを含んで構成され、１ｘ合成部４１が１ｘレゾルバＡ相信号及びＢ相信号に基づいて１ｘレゾルバ電気角θ１’を算出し、Ｎｘ合成部４２がＮｘレゾルバＡ相信号及びＢ相信号に基づいてＮｘレゾルバ電気角θＮ’を算出し、絶対位置検出部４３が１ｘ合成部４１及びＮｘ合成部４２により算出された各々の電気角θ１’、θＮ’に基づいて予め設定された図３に示す対応関係の情報を用いて回転角度θを算出するように構成されている。なお、以下では、説明の簡略化のためにＡ相信号についてのみ説明することがあるがＢ相信号も同様であり、Ｎｘレゾルバや１ｘレゾルバも同様である。また、以下では、１ｘレゾルバ電気角θ１’及びＮｘレゾルバ電気角θＮ’を一括して単に電気角θ’と表記する場合がある。
In the present embodiment, in order to improve the rotation angle detection accuracy of the motor, the
ところで、図４に示すように、レゾルバ信号ｅｖは、レゾルバのガタや温度変化、経年変化、環境変化、回転角度又は回転速度などに応じてオフセット特性が変動し、レゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔの平均値である振幅中心値ａｖと所定の基準中心値ｇｎとの偏差（オフセットずれ）が生じる場合がある。このオフセットずれは、角度検出手段４によって検出される回転角度θの誤差の原因となる。さらに、Ｎｘレゾルバは、レゾルバを構成する複数の磁極とレゾルバ信号ｅｖの一周期とが対応しており、磁極毎に異なる特性を有するので、図５に示すように、レゾルバ信号ｅｖの周期毎に振幅中心値ａｖが変動することになる。この結果、従来の回転角度検出装置のように、例えばＮ−１周期で取得した最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔに基づいてＮ周期でオフセット補正するといった、異なる周期の最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔに基づく補正を行うと、角度検出精度が著しく低減してしまうという問題がある。 Incidentally, as shown in FIG. 4, the resolver signal ev varies in offset characteristics in accordance with the backlash of the resolver, temperature change, secular change, environmental change, rotation angle, rotation speed, etc., and the maximum value Pe of the resolver signal ev and There may be a deviation (offset deviation) between the amplitude center value av, which is the average value of the minimum values Bt, and a predetermined reference center value gn. This offset deviation causes an error in the rotation angle θ detected by the angle detection means 4. Further, since the Nx resolver corresponds to a plurality of magnetic poles constituting the resolver and one period of the resolver signal ev, and has different characteristics for each magnetic pole, as shown in FIG. 5, for each period of the resolver signal ev. The amplitude center value av varies. As a result, as in the conventional rotation angle detection device, for example, offset correction is performed in N cycles based on the maximum value Pe and minimum value Bt acquired in the N-1 cycle, so that the maximum value Pe and the minimum value Bt in different cycles are obtained. When the correction based on this is performed, there is a problem that the angle detection accuracy is significantly reduced.
そこで、周期毎に変動するオフセット特性に対応すべく、図１、図４及び図５に示すように、レゾルバ信号ｅｖの値が最大又は最小となるタイミングでの実測を必要とせずに任意のタイミングで実測したレゾルバ信号の値に基づきリアルタイムで最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出し、最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔから算出される振幅中心値ａｖと所定の基準中心値ｇｎとの偏差（オフセットずれ）を算出し、この偏差が無くなる方向にレゾルバ信号ｅｖを補正するオフセット補正手段５を各々のレゾルバ信号毎に設けている。 Accordingly, as shown in FIGS. 1, 4, and 5, any timing can be used without requiring actual measurement at the timing at which the value of the resolver signal ev is maximum or minimum, in order to cope with offset characteristics that vary with each period. The maximum value Pe and the minimum value Bt are calculated in real time based on the value of the resolver signal actually measured in step S1, and the deviation (offset deviation) between the amplitude center value av calculated from the maximum value Pe and the minimum value Bt and the predetermined reference center value gn. ) And an offset correction means 5 for correcting the resolver signal ev in a direction in which this deviation is eliminated is provided for each resolver signal.
具体的には、図２に示すように、Ａ相信号は、その振幅値をＡとするとＡｃｏｓθとモデル化でき、Ｂ相信号は、その振幅値をＡとするとＡｓｉｎθ’とモデル化できる。或る電気角θ’におけるレゾルバ信号ｅｖの値と振幅値Ａとの比率は、Ａ相信号及びＢ相信号でそれぞれｃｏｓθ’：１、ｓｉｎθ’：１で表されることから、以下の式を用いてレゾルバ信号の値及び電気角θ’から振幅値Ａを算出でき、レゾルバ信号ｅｖの値が正値となる電気角θ’の範囲では振幅値Ａが最大値Ｐｅであると算出でき、レゾルバ信号ｅｖの値が負値となる電気角θ’の範囲では（−振幅値Ａ）が最小値Ｂｔであると算出できる。電気角θ’を予め任意の角度に設定することで、任意のタイミングでの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔの算出が可能となる。
Ａ相信号の振幅値Ａ＝電気角θ’で検出されるレゾルバ信号の値／ｃｏｓθ’
Ｂ相信号の振幅値Ａ＝電気角θ’で検出されるレゾルバ信号の値／ｓｉｎθ’
このようにレゾルバ信号ｅｖの振幅値Ａを算出する際に用いるｃｏｓθ’及びｓｉｎθ’は、レゾルバ信号ｅｖの値と予め定めた電気角θ’とに基づいてレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出するための比率に関する比率情報を構成しているといえる。本実施形態では、比率情報は電気角θ’を引数とする三角関数ｃｏｓθ’及びｓｉｎθ’であるが、電気角θ’と比率を関連付けたテーブルであってもよい。
Specifically, as shown in FIG. 2, an A-phase signal can be modeled as A cos θ when its amplitude value is A, and a B-phase signal can be modeled as Asin θ ′ when its amplitude value is A. The ratio of the resolver signal ev to the amplitude value A at a certain electrical angle θ ′ is expressed as cos θ ′: 1 and sin θ ′: 1 for the A phase signal and the B phase signal, respectively. The amplitude value A can be calculated from the value of the resolver signal and the electrical angle θ ′, and the amplitude value A can be calculated to be the maximum value Pe in the range of the electrical angle θ ′ where the value of the resolver signal ev is a positive value. It can be calculated that (−amplitude value A) is the minimum value Bt in the range of the electrical angle θ ′ where the value of the signal ev is negative. By setting the electrical angle θ ′ to an arbitrary angle in advance, the maximum value Pe and the minimum value Bt can be calculated at an arbitrary timing.
A-phase signal amplitude value A = resolver signal value detected by electrical angle θ ′ / cos θ ′
B-phase signal amplitude value A = resolver signal value detected by electrical angle θ ′ / sin θ ′
Thus, cos θ ′ and sin θ ′ used when calculating the amplitude value A of the resolver signal ev are the maximum value Pe and the minimum value of the resolver signal ev based on the value of the resolver signal ev and a predetermined electrical angle θ ′. It can be said that the ratio information regarding the ratio for calculating Bt is configured. In the present embodiment, the ratio information is trigonometric functions cos θ ′ and sin θ ′ using the electrical angle θ ′ as an argument, but may be a table in which the electrical angle θ ′ and the ratio are associated with each other.
オフセット補正手段５は、上記手順を実行すべく、上記角度検出手段４と同様に、ＣＰＵやメモリ、各種インターフェイスを備えたマイクロコンピュータにおいてＣＰＵが予め記憶されている図７に示すオフセット補正処理ルーチンを実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現されるものである。オフセット補正手段５は、図７に示すように、角度検出手段４が検出した回転角度θを図３に示す対応関係を用いて電気角θ’に変換し（処理Ｓ１）、その電気角θ’が予め定めた所定角度であるか否かを判定する（処理Ｓ２）。本実施形態では、図６に示すように、Ａ相信号であれば所定角度を０度と１８０度に、Ｂ相信号であれば所定角度を９０度と２７０度に設定することで、角度検出手段４で検出される回転角度θに対応する電気角θ’が各々の所定角度になるタイミングをレゾルバ信号ｅｖの振幅中心値ａｖを算出するタイミングとしている。 In order to execute the above procedure, the offset correction means 5 performs the offset correction processing routine shown in FIG. 7 in which the CPU is stored in advance in a microcomputer having a CPU, memory, and various interfaces in the same manner as the angle detection means 4. By executing, software and hardware cooperate to be realized. As shown in FIG. 7, the offset correction means 5 converts the rotation angle θ detected by the angle detection means 4 into an electrical angle θ ′ using the correspondence shown in FIG. 3 (processing S1), and the electrical angle θ ′. Is determined to be a predetermined angle (step S2). In this embodiment, as shown in FIG. 6, the angle detection is performed by setting the predetermined angles to 0 degrees and 180 degrees for the A-phase signal and 90 degrees and 270 degrees for the B-phase signal. The timing at which the electrical angle θ ′ corresponding to the rotation angle θ detected by the means 4 reaches each predetermined angle is the timing for calculating the amplitude center value av of the resolver signal ev.
オフセット補正手段５は、図７に示すように、処理Ｓ２において電気角θ’が予め定めた所定角度でないと判定した場合には（処理Ｓ３：ＮＯ）、処理Ｓ１の実行に戻る。一方、電気角θ’が予め定めた所定角度であると判定した場合には（処理Ｓ３：ＹＥＳ）、レゾルバ信号ｅｖの値をサンプリングホールドして実測し（処理Ｓ３）、レゾルバ信号の値と電気角θ’と上記比率情報とに基づきレゾルバ信号ｅｖの振幅値Ａを算出する（処理Ｓ４）。具体的には、Ａ相信号の場合は、検出したレゾルバ信号ｅｖの値をｃｏｓθ’で除算することで振幅値Ａを算出し、Ｂ相信号の場合は、検出したレゾルバ信号ｅｖの値をｓｉｎθ’で除算することで振幅値Ａを算出する。次に、レゾルバ信号ｅｖが正値であるか否かを電気角θ’を指標として判定し（処理Ｓ５参照）、正値であると判定すれば（処理Ｓ５：ＹＥＳ）、振幅値Ａを最大値Ｐｅとして保持し（処理Ｓ６）、正値でないと判定すれば（処理Ｓ５：ＮＯ）、振幅値Ａを最小値Ｂｔ（Ｂｔは負値）として保持する（処理Ｓ７）。次に、保持している最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔの振幅中心値ａｖを算出し、算出した振幅中心値ａｖと所定の基準中心値ｇｎとの偏差（オフセットずれ量）を算出し（処理Ｓ８）、このオフセットずれ量を図１に示すようにレゾルバ信号ｅｖから減算することで、オフセットずれを無くする方向にレゾルバ信号ｅｖを補正する（図７の処理Ｓ９）。
As shown in FIG. 7, when it is determined that the electrical angle θ ′ is not a predetermined angle in the process S <b> 2 (process S <b> 3: NO), the offset
すなわち、図６に示すように、Ａ相信号を例とすると、電気角θ’が０度のときに最大値Ｐｅ１を算出して保持し、電気角θ’が１８０度のときに最小値Ｂｔ１を算出して保持し、０度及び１８０度で算出した最大値Ｐｅ１及び最小値Ｂｔ１を用いて最大値Ｐｅ１及び最小値Ｂｔ１を算出した第１の周期（−９０度〜２７０度）内でオフセット補正を行う。引き続き、電気角θ’が３６０度のときに最大値Ｐｅ２を算出して保持し、１８０度及び３６０度で算出した最小値Ｂｔ１及び最大値Ｐｅ２を用いて最小値Ｂｔ１及び最大値Ｐｅ２を算出した第２の周期内（９０度〜４５０度）でオフセット補正を行い、上記オフセット補正を順次繰り返す。第２の周期は第１の周期とは１／２周期遅れて開始される周期である。 That is, as shown in FIG. 6, taking the A-phase signal as an example, the maximum value Pe1 is calculated and held when the electrical angle θ ′ is 0 degrees, and the minimum value Bt1 when the electrical angle θ ′ is 180 degrees. Is calculated and held, and offset within the first period (−90 degrees to 270 degrees) in which the maximum value Pe1 and the minimum value Bt1 are calculated using the maximum value Pe1 and the minimum value Bt1 calculated at 0 degrees and 180 degrees. Make corrections. Subsequently, the maximum value Pe2 is calculated and held when the electrical angle θ ′ is 360 degrees, and the minimum value Bt1 and the maximum value Pe2 are calculated using the minimum value Bt1 and the maximum value Pe2 calculated at 180 degrees and 360 degrees. Offset correction is performed within the second period (90 to 450 degrees), and the offset correction is sequentially repeated. The second cycle is a cycle started with a delay of ½ cycle from the first cycle.
加えて、本実施形態では、オフセット補正手段５が、レゾルバ信号ｅｖの値を所定角度（電気角θ’）に対応する値（ｃｏｓθ’やｓｉｎθ’）で除算することでレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ又は最小値Ｂｔを算出するように構成しているので、ｃｏｓθ’やｓｉｎθ’の値が小さいと除算結果が過大となり、特に固定小数点演算を採用している場合などにオーバーフローによる誤差等が除算結果に生じることがある。
In addition, in the present embodiment, the offset
そこで、図８に示すように、レゾルバ信号のＡ相信号では、最大値Ｐｅを算出するタイミングを−４５度〜４５度の範囲に、最小値Ｂｔを算出するタイミングを１３５度〜２２５度の範囲内に留め、Ｂ相信号では、最大値Ｐｅを算出するタイミングを４５度〜１３５度の範囲に、最小値Ｂｔを算出するタイミングを１３５度〜３１５度の範囲内に留めることで、除算結果にオーバーフローによる誤差が生じない範囲に所定角度を設定している。除算結果にオーバーフローによる誤差が生じない範囲は、レゾルバ信号の値が変動する範囲と除算結果を格納するビット幅などによって決定される。勿論、除算結果にオーバーフローによる誤差が生じない範囲は、環境により変化するので上述の範囲に限定されるものではない。 Therefore, as shown in FIG. 8, in the phase A signal of the resolver signal, the timing for calculating the maximum value Pe is in the range of −45 degrees to 45 degrees, and the timing for calculating the minimum value Bt is in the range of 135 degrees to 225 degrees. In the B phase signal, the timing for calculating the maximum value Pe is kept in the range of 45 degrees to 135 degrees, and the timing for calculating the minimum value Bt is kept in the range of 135 degrees to 315 degrees. The predetermined angle is set in a range in which an error due to overflow does not occur. The range in which an error due to overflow does not occur in the division result is determined by the range in which the resolver signal value varies, the bit width for storing the division result, and the like. Of course, the range in which an error due to overflow does not occur in the division result changes depending on the environment, and is not limited to the above range.
なお、レゾルバ信号の最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出するタイミングを決定する所定角度は、１８０度毎（電気角θ’）に設定しているが、これに限定されず、例えば１度毎などの或る間隔毎に設定してもよく、所定時間が経過する度に算出するように設定してもよい。勿論、常時算出するように設定してもよい。 The predetermined angle for determining the timing for calculating the maximum value Pe and the minimum value Bt of the resolver signal is set every 180 degrees (electrical angle θ ′), but is not limited to this, for example, every 1 degree, etc. May be set at certain intervals, or may be set so as to be calculated each time a predetermined time elapses. Of course, you may set so that it may calculate always.
以上のように、本実施形態の回転角度検出装置は、回転角度θに応じて周期的に変化するレゾルバ信号ｅｖの振幅中心値ａｖとオフセットずれがないとした場合の所定の基準中心値ｇｎとの偏差に基づいて偏差が無くなる方向にレゾルバ信号ｅｖを補正するオフセット補正手段５と、このオフセット補正手段５によってオフセット補正されたレゾルバ信号ｅｖに基づいて回転角度θを算出する角度検出手段４とを具備し、オフセット補正手段５は、回転角度θに対応する電気角θ’が予め定めた所定角度（０度、９０度、１８０度、２７０度など）になるタイミングをレゾルバ信号ｅｖの振幅中心値ａｖを算出するタイミングとして設定するとともに、レゾルバ信号ｅｖの値と所定角度とに基づいてレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出するための比率に関する比率情報（ｃｏｓθ’、ｓｉｎθ’）を予め設定しておき、算出タイミングで算出されるレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔからレゾルバ信号ｅｖの振幅中心値ａｖを求め、この振幅中心値ａｖと基準中心値ｇｎとの偏差に基づいてオフセット補正を行うので、算出タイミングとなる所定角度（０度、９０度、１８０度、２７０度など）に合わせて比率情報（ｃｏｓθ’、ｓｉｎθ’）を設定しておけば所定角度を任意の角度に設定でき、任意の角度すなわち任意のタイミングでレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出でき、適切なタイミングでのオフセット補正を可能として角度検出精度を向上させることが可能となる。さらに、任意のタイミングでレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出できるので、レゾルバ信号ｅｖの値が最大又は最小となるタイミングにサンプリングタイミングを同期させる同期機構等が不要となり、製造コストを低減させることが可能となる。
As described above, the rotation angle detection device of the present embodiment has the amplitude center value av of the resolver signal ev that periodically changes according to the rotation angle θ and the predetermined reference center value gn when there is no offset deviation. An offset
特に、本実施形態では、レゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを同一周期内で相前後して算出するように所定角度が設定されていることので、Ｎｘレゾルバのようにレゾルバ信号ｅｖの周期毎にオフセット特性が異なる場合に周期毎のオフセットずれを的確に算出することが可能となる。 In particular, in the present embodiment, since the predetermined angle is set so that the maximum value Pe and the minimum value Bt of the resolver signal ev are calculated in succession within the same period, the resolver signal ev of the resolver signal ev is different from that of the Nx resolver. When the offset characteristics are different for each period, the offset deviation for each period can be accurately calculated.
さらに、本実施形態では、上記に構成に加えて、オフセット補正手段５が、最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出した周期内でオフセット補正を行うので、周期に対応するオフセットずれに応じた適切な補正を実現し、検出精度をより一層向上させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, in addition to the above configuration, the offset
加えて、オフセット補正手段５は、或る周期内（第１の周期）で相前後して算出されるレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ１又は最小値Ｂｔ１のうち後に算出される方の値たる最小値Ｂｔ１を保持し、その値を、或る周期（第１の周期）とは１／２周期ずれて開始される新たな周期（第２の周期）内において相前後して算出すべき最小値Ｂｔ１又は最大値Ｐｅ２のうち先に算出すべき方の値として用い、或る周期（第１の周期）内及び新たな周期（第２の周期）内でそれぞれ算出されるレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ１及び最小値Ｂｔ１（最大値Ｐｅ２及び最小値Ｂｔ１）を用いてオフセット補正を最大値及び最小値を算出した周期（第１の周期、第２の周期）内で順次行うので、図６に示すように、或る周期（第１の周期）のオフセット特性と、或る周期（第１の周期）とは一周期ずれて開始される第３の周期のオフセット特性とが大きく異なる場合であっても、或る周期（第１の周期）及び第３の周期の両方にまたがる周期（第２の周期）内で相前後して算出されるレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ２及び最小値Ｂｔ１を用いてオフセット補正を行うことで、オフセット補正によるレゾルバ信号ｅｖの過大な変動を抑えることが可能となる。また、１／２周期前の周期内で算出される最大値又は最小値の値を有効利用して、オフセット補正を逐次連続して適切に行うことが可能となる。 In addition, the offset correction means 5 is the minimum value which is the value calculated later among the maximum value Pe1 or the minimum value Bt1 of the resolver signal ev calculated in succession within a certain period (first period). Bt1 is held, and the value is calculated as a minimum value Bt1 that is to be calculated in succession within a new period (second period) that is shifted from a certain period (first period) by ½ period. Alternatively, the maximum value Pe1 of the resolver signal ev that is used as the value to be calculated first of the maximum value Pe2 and is calculated within a certain period (first period) and within a new period (second period). And offset correction using the minimum value Bt1 (maximum value Pe2 and minimum value Bt1) in order within the period (first period and second period) in which the maximum value and minimum value are calculated, as shown in FIG. And an offset characteristic of a certain period (first period) Even if the offset characteristic of the third period that is shifted by one period is significantly different from the certain period (first period), the certain period (first period) and the third period Excessive fluctuations in the resolver signal ev due to offset correction by performing offset correction using the maximum value Pe2 and the minimum value Bt1 of the resolver signal ev calculated in succession within a period that spans both (second period). Can be suppressed. In addition, offset correction can be performed sequentially and appropriately by effectively using the maximum value or the minimum value calculated within the previous 1/2 cycle.
さらにまた、本実施形態では、オフセット補正手段５は、比率情報を所定角度に対応する値（ｃｏｓθ’、ｓｉｎθ’）とし、検出されるレゾルバ信号ｅｖの値を所定角度に対応する値（ｃｏｓθ’、ｓｉｎθ’）で除算することでレゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ又は最小値Ｂｔを算出するように構成されており、所定角度は、除算結果にオーバーフローによる誤差が生じない範囲に設定されているので、レゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出するにあたり、オーバーフローによる誤差が生じることを防止して、角度検出精度を向上させることが可能となる。 Furthermore, in the present embodiment, the offset correction means 5 sets the ratio information to values (cos θ ′, sin θ ′) corresponding to a predetermined angle, and sets the detected resolver signal ev to a value (cos θ ′) corresponding to the predetermined angle. , Sin θ ′) to calculate the maximum value Pe or the minimum value Bt of the resolver signal ev, and the predetermined angle is set in a range in which an error due to overflow does not occur in the division result. In calculating the maximum value Pe and the minimum value Bt of the resolver signal ev, it is possible to prevent an error due to overflow and improve the angle detection accuracy.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific structure of each part is not limited only to embodiment mentioned above.
例えば、本実施形態では、レゾルバ信号ｅｖの最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを同一の周期内で算出しているが、周期毎にオフセット特性が変動しない適用例では、最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔをそれぞれ異なる周期で算出してもよい。また、本実施形態では、オフセット補正は最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出した周期内で行っているが、周期毎にオフセット特性が変動しない適用例では、最大値Ｐｅ及び最小値Ｂｔを算出した周期以外の周期で行ってもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 For example, in the present embodiment, the maximum value Pe and the minimum value Bt of the resolver signal ev are calculated within the same cycle. However, in an application example in which the offset characteristics do not vary from cycle to cycle, the maximum value Pe and the minimum value Bt are calculated. You may calculate with a different period, respectively. In this embodiment, the offset correction is performed within the cycle in which the maximum value Pe and the minimum value Bt are calculated. However, in an application example in which the offset characteristics do not vary for each cycle, the maximum value Pe and the minimum value Bt are calculated. You may carry out with a period other than a period. In addition, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
４…角度検出手段
５…オフセット補正手段
θ…回転角度（電気角θ’）
ａｖ…振幅中心値
ｃｏｓθ’、ｓｉｎθ’…比率情報
ｅｖ…レゾルバ信号
ｇｎ…基準中心値
Ｐｅ…レゾルバ信号の最大値
Ｂｔ…レゾルバ信号の最小値
4 ... Angle detection means 5 ... Offset correction means θ ... Rotation angle (electrical angle θ ')
av: amplitude center value cos θ ′, sin θ ′: ratio information ev: resolver signal gn: reference center value Pe: maximum value of resolver signal Bt: minimum value of resolver signal
Claims (5)
前記オフセット補正手段は、回転角度が予め定めた所定角度になるタイミングを前記レゾルバ信号の振幅中心値を算出するタイミングとして設定するとともに、レゾルバ信号の値と前記所定角度とに基づいて当該レゾルバ信号の最大値及び最小値を算出するための比率に関する比率情報を予め設定しておき、前記算出タイミングで算出されるレゾルバ信号の最大値及び最小値から前記レゾルバ信号の振幅中心値を求め、この振幅中心値と前記基準中心値との偏差に基づいてオフセット補正を行うことを特徴とする回転角度検出装置。 Offset correction that corrects the resolver signal in a direction in which the deviation disappears based on the deviation between the amplitude center value of the resolver signal that periodically changes according to the rotation angle and a predetermined reference center value when there is no offset deviation. And an angle detection means for calculating a rotation angle based on the resolver signal offset-corrected by the offset correction means,
The offset correction means sets the timing at which the rotation angle becomes a predetermined angle as a timing for calculating the center value of the amplitude of the resolver signal, and based on the value of the resolver signal and the predetermined angle, Ratio information regarding the ratio for calculating the maximum value and the minimum value is set in advance, and the amplitude center value of the resolver signal is obtained from the maximum value and minimum value of the resolver signal calculated at the calculation timing, and the amplitude center A rotation angle detection device that performs offset correction based on a deviation between a value and a reference center value.
The offset correction means calculates the maximum value or the minimum value of the resolver signal by setting the ratio information as a value corresponding to the predetermined angle and dividing the detected resolver signal value by a value corresponding to the predetermined angle. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the predetermined angle is set in a range in which an error due to overflow does not occur in a division result.
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| JP2016109554A (en) * | 2014-12-05 | 2016-06-20 | 株式会社ジェイテクト | Rotation angle detection device |
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