JP2019196972A - 回転角補正装置およびモータ制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】回転角補正装置およびモータ制御システムに関し、たとえば、レゾルバデジタルコンバータの出力回転角を補正する技術を提供する。【解決手段】回転角補正装置800は、モータに取り付けられたレゾルバから出力される信号を変換するレゾルバデジタルコンバータの出力回転角を補正する。到達時間計測部801は、現在周期において、出力回転角が基準角から指定回転角に到達するまでの到達時間を計測する。参照時間算出部802は、現在周期において、前回周期の角速度と同じ角速度で回転したと仮定したときに出力回転角が基準角から指定回転角に到達するまでの参照時間を算出する。時間差算出部803は、到達時間と参照時間との時間差を算出する。誤差角度算出部804は、到達時間と参照時間との時間差と前回周期の角速度とを乗算することによって、誤差角度を算出する。補正部805は、誤差角度に基づいて、出力回転角を補正する。【選択図】図1
Description
本発明は、回転角補正装置およびモータ制御システムに関し、たとえば、レゾルバデジタルコンバータの出力回転角を補正する技術に関する。
従来からレゾルバデジタルコンバータの出力回転角を補正する装置が知られている。たとえば、特許文献1に記載の装置では、位置検出器が、電動機電流の特定周波数成分を周波数解析し、周波数解析結果に基づいて位置検出器の周期的な誤差を推定し、角度誤差推定部が、周波数解析部で解析した結果から誤差量を推定して補正する。
しかしながら、特許文献1に記載の回転角補正装置は、周波数数解析などの処理を必要とするため、回転角を補正するための演算量が多くなる。その結果、回転角の補正のための演算をハードウェアで実行する場合には回路規模が増大し、ソフトウェアで実施した場合には、高速なCPUおよび大容量のメモリが必要となる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかであろう。
一実施形態の回転角補正装置は、現在周期において、出力回転角が基準角から指定回転角に到達するまでの到達時間と、現在周期において、モータが前回周期の角速度と同じ角速度で回転したと仮定したときに、出力回転角が基準角から指定回転角に到達するまでの参照時間との差と前回周期の角速度とを乗算することによって、誤差角度を算出し、誤差角度に基づいて、出力回転角を補正する。
一実施形態の回転角補正装置によれば、少ない演算量で、回転角を補正することができる。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の回転角補正装置の構成を表わす図である。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態の回転角補正装置の構成を表わす図である。
図1を参照して、回転角補正装置は、モータに取り付けられたレゾルバから出力される信号を変換するレゾルバデジタルコンバータの出力回転角θ(t)を補正する。
到達時間計測部801は、現在周期において、出力回転角θ(t)が基準角から指定回転角に到達するまでの到達時間を計測する。
参照時間算出部802は、現在周期において、前回周期の角速度と同じ角速度で回転したと仮定したときに出力回転角θ(t)が基準角から指定回転角に到達するまでの参照時間を算出する。
時間差算出部803は、到達時間と参照時間との時間差を算出する。
誤差角度算出部804は、到達時間と参照時間との時間差と前回周期の角速度とを乗算することによって、誤差角度を算出する。
誤差角度算出部804は、到達時間と参照時間との時間差と前回周期の角速度とを乗算することによって、誤差角度を算出する。
補正部805は、誤差角度に基づいて、出力回転角θ(t)を補正する。
以上のように、本実施の形態によれば、周波数解析などの処理を必要としないため、少ない演算量で、出力回転角θ(t)を補正することができる。
以上のように、本実施の形態によれば、周波数解析などの処理を必要としないため、少ない演算量で、出力回転角θ(t)を補正することができる。
[第2の実施形態]
図2は、第2の実施形態のモータ制御システムの構成を表わす図である。
図2は、第2の実施形態のモータ制御システムの構成を表わす図である。
モータ制御システム701は、交流モータ702と、モータドライバ703と、モータ制御部704と、レゾルバ705と、レゾルバデジタルコンバータ706と、回転角補正装置100とを備える。
モータドライバ703は、交流モータ702を駆動する。モータドライバ703は、直流電源からの直流電力をインバータによって交流電流に変換して交流モータ702を駆動する。
モータ制御部704は、マイクロコンピュータにより構成される。モータ制御部704は、モータドライバ703から交流モータ702へ送られる電流を制御する。交流モータ702の通電制御において、モータ制御部704は、レゾルバデジタルコンバータ706により検出されて、回転角補正装置100によって補正されたロータ回転角度θ(t)に応じて、交流モータ702に供給する電流を制御する。
レゾルバ705は、交流モータ702の回転角の正弦(サイン:sine)を表すアナログ正弦波信号と、交流モータ702の回転角の余弦(コサイン:cosine)を表すアナログ余弦波信号とを出力する。
レゾルバデジタルコンバータ706は、レゾルバ705から出力される正弦波信号および余弦波信号をデジタル値に変換し、デジタル変換後の正弦波信号および余弦波信号に基づいて、交流モータ702の回転角を出力する。
図3は、第2の実施形態の回転角補正装置100の構成を表わす図である。図4は、到達時間S(n,i)、参照時間SE(n,i)、時間差ΔS(n,i)、誤差角度Δdeg(n,i)を説明するための図である。
以下の説明では、レゾルバデジタルコンバータ706からの出力回転角θは、0°以上360°未満であり、12ビット(0〜4095)で表されているものとする。出力回転角θを16進数表示で表すと、(XXX)16となる。出力回転角θの1ビットは、以下の式で表される単位角度θuを表わす。
θu=360°/4096≒0.0878°…(1)
出力回転角θの最大値は、以下の数値Xで表される。
出力回転角θの最大値は、以下の数値Xで表される。
X=(4095)10=(FFF)16…(2)
図4に示すように、出力回転角θの最小値から最大値の範囲は、区分R(1)〜区分R(2m)の2m個に分割される。
図4に示すように、出力回転角θの最小値から最大値の範囲は、区分R(1)〜区分R(2m)の2m個に分割される。
区分R(1)の出力回転角θの範囲は、以下の式で表される。
0≦θ<Bθ(1)…(3)
区分R(k)の出力回転角θの範囲は、以下の式で表される。ただし、k=2〜2mである。
0≦θ<Bθ(1)…(3)
区分R(k)の出力回転角θの範囲は、以下の式で表される。ただし、k=2〜2mである。
Bθ(k−1)≦θ<Bθ(t)…(4)
i=1〜mについて、指定回転角Bθ(i)は、以下の式で表される。
i=1〜mについて、指定回転角Bθ(i)は、以下の式で表される。
Bθ(i)=(360/2m)×i…(5)
以下の説明では、m=3として説明する。
以下の説明では、m=3として説明する。
回転角補正装置100は、基準角検出部12と、前回周期時間計測部14と、前回角速度出力部16と、単位時間算出部18と、到達時間計測部20と、参照時間算出部22と、時間差算出部24と、誤差角度算出部26と、補正部28とを備える。
基準角検出部12は、入力される出力回転角θ(t)が基準角である0°に達した時に前回周期時間計測部14に通知する。ここで、出力回転角θ(t)のサンプル間隔は、クロックCLKの周期ΔTckである。
前回周期時間計測部14は、基準角検出部12から前回通知を受けた第1のタイミング(すなわち、前回周期において出力回転角θ(t)が基準角(0°)に達したタイミング)と、基準角検出部12から今回通知を受けた第2のタイミング(すなわち、出力回転角θ(t)が基準角(0°)に達したタイミング)との差に基づいて、前回周期の時間T(n−1)を求める。具体的には、前回周期時間計測部14は、第1のタイミングから第22のタイミングまでの時間をカウントし、カウント結果を前回周期の時間T(n−1)として出力する。前回周期時間計測部14は、クロックCLKの周期ΔTckごとに、カウント値を1つインクリメントする。
前回角速度出力部16は、式(6)に示すように、360°を前回周期時間T(n−1)で除算することによって、前回周期の角速度V(n−1)を求める。具体的には、前回角速度出力部16は、360°を表わす数値X(FFF)16を前回周期時間T(n−1)で除算することによって、前回周期の角速度V(n−1)を求める。
V(n−1)=360°/T(n−1)…(6)
到達時間計測部20は、図4に示すように、出力回転角θ(t)が基準角(0°)から、指定回転角Bθ(i)に達するまでの到達時間S(n,i)を計測する。ただし、i=1〜8である。指定回転角Bθ(8)に達するまでの到達時間S(n,8)は、現在周期の時間T(n)と等しい。
到達時間計測部20は、図4に示すように、出力回転角θ(t)が基準角(0°)から、指定回転角Bθ(i)に達するまでの到達時間S(n,i)を計測する。ただし、i=1〜8である。指定回転角Bθ(8)に達するまでの到達時間S(n,8)は、現在周期の時間T(n)と等しい。
S(n,8)=T(n)…(7)
単位時間算出部18は、前回周期の時間T(n−1)を単位角度(360/θu)で除算することによって、前回周期において、出力回転角θが1ビット変化するのに要する単位時間tu(n−1)を求める。単位時間算出部18は、前回周期の時間T(n−1)を右へ12ビットシフトさせることによって、単位時間tu(n−1)を求める。
単位時間算出部18は、前回周期の時間T(n−1)を単位角度(360/θu)で除算することによって、前回周期において、出力回転角θが1ビット変化するのに要する単位時間tu(n−1)を求める。単位時間算出部18は、前回周期の時間T(n−1)を右へ12ビットシフトさせることによって、単位時間tu(n−1)を求める。
tu(n−1)=T(n−1)×(θu/360)…(8)
参照時間算出部22は、指定回転角Bθ(i)と単位時間tu(n−1)とを乗算することによって、交流モータ702が前回周期の角速度と同じ角速度で回転したと仮定したときに、出力回転角θ(t)が基準角度0°から指定回転角Bθ(i)に達するまでの参照時間SE(n,i)を求める。
参照時間算出部22は、指定回転角Bθ(i)と単位時間tu(n−1)とを乗算することによって、交流モータ702が前回周期の角速度と同じ角速度で回転したと仮定したときに、出力回転角θ(t)が基準角度0°から指定回転角Bθ(i)に達するまでの参照時間SE(n,i)を求める。
SE(n−1,i)=Bθ(i)×tu(n−1)…(9)
時間差算出部24は、到達時間S(n,i)から参照時間SE(n,i)を減算することによって、時間差ΔS(n,i)を算出する。
時間差算出部24は、到達時間S(n,i)から参照時間SE(n,i)を減算することによって、時間差ΔS(n,i)を算出する。
ΔS(n,i)=S(n,i)−SE(n,i)…(10)
誤差角度算出部26は、時間差ΔS(n,i)と前回角速度V(n−1)とを乗算することによって、誤差角度Δdeg(n,i)を求める。
誤差角度算出部26は、時間差ΔS(n,i)と前回角速度V(n−1)とを乗算することによって、誤差角度Δdeg(n,i)を求める。
Δdeg(n,i)=V(n−1)×ΔS(n,i)…(11)
たとえば、図4に示すように、到達時間計測部20によって、出力回転角θ(t)が指定回転角Bθ(4)に到達するまでの到達時間S(n,4)が計測される。参照時間算出部22によって、前回角速度V(n−1)の傾きの直線が指定回転角Bθ(4)と交差する参照時間SE(n,4)が算出される。時間差算出部24によって、S(n,4)とSE(n,4)との時間差ΔS(n,i)が算出される。誤差角度算出部26によって、時間差ΔS(n,4)と前回角速度V(n−1)とを乗算することによって、誤差角度Δdeg(n,4)が得られる。
たとえば、図4に示すように、到達時間計測部20によって、出力回転角θ(t)が指定回転角Bθ(4)に到達するまでの到達時間S(n,4)が計測される。参照時間算出部22によって、前回角速度V(n−1)の傾きの直線が指定回転角Bθ(4)と交差する参照時間SE(n,4)が算出される。時間差算出部24によって、S(n,4)とSE(n,4)との時間差ΔS(n,i)が算出される。誤差角度算出部26によって、時間差ΔS(n,4)と前回角速度V(n−1)とを乗算することによって、誤差角度Δdeg(n,4)が得られる。
補正部28は、出力回転角θ(t)と誤差角度Δdeg(n,i)(i=1〜8)を用いて、補正後回転角θ′(t)を求める。補正部28は、出力回転角θ(t)が指定回転角Bθ(j)(j=1〜8のいずれか)に該当する場合には、出力回転角θ(t)と誤差角度Δdeg(n,j)とを加算することによって、補正後回転角θ′(t)を求める。補正部28は、回転角θ(t)が指定回転角Bθ(j)とBθ(j+1)との間に存在する場合には、誤差角度Δdeg(n,j)と誤差角度Δdeg(n,j+1)との線形補間によって、回転角θ(t)に対する誤差角後Δdeg(n,θ(t)を求める)。補正部28は、回転角θ(t)と誤差角度Δdeg(n,θ(t))とを加算することによって、補正後回転角θ′(t)を求める。
図5は、第2の実施形態の到達時間計測部20の構成を表わす図である。
到達時間計測部20は、区分変化検出部151と、リセット付きカウンタ152と、カウント値更新制御部153とを備える。
到達時間計測部20は、区分変化検出部151と、リセット付きカウンタ152と、カウント値更新制御部153とを備える。
区分変化検出部151は、シフタ51と、遅延器52と、減算器53とを備える。
シフタ51は、12ビットの出力回転角θ(t)を右へ(12−m)ビット、すなわち右へ9ビットシフトする。
シフタ51は、12ビットの出力回転角θ(t)を右へ(12−m)ビット、すなわち右へ9ビットシフトする。
遅延器52は、シフタ51の出力をΔTck時間だけ遅延させる。
減算器53は、クロックCLKの周期ΔTckごとにシフタ51の出力から遅延器52の出力を減算して、検出信号DEを出力する。
減算器53は、クロックCLKの周期ΔTckごとにシフタ51の出力から遅延器52の出力を減算して、検出信号DEを出力する。
上記の構成によって、区分変化検出部151によって、出力回転角θ(t)が右へ(12−m)ビットシフトし、シフト後の最下位ビットに変化があるときに、検出信号DEが「1」となり、シフト後の最下位ビットに変化がないときに、検出信号DEが「0」となる。検出信号DEが「1」となることによって、出力回転角θ(t)が指定回転角Bθ(i)(i=1〜2m)に到達されたことが示される。
リセット付きカウンタ152は、クロックCLKの周期ΔTckごとにカウント値CTを更新する。リセット付きカウンタ152は、出力回転角θ(t)が「0」のときに、カウント値CTを「0」にリセットする。
カウント値更新制御部153は、一定値保持レジスタ59と、スイッチ60と、値保持部61とを備える。
一定値保持レジスタ59は、一定値「0」を保持する。
スイッチ60は、出力回転角θ(t)が「0」のときに、一定値保持レジスタ59から出力される「0」を出力する。スイッチ60は、出力回転角θ(t)が「0」以外のときに、リセット付きカウンタ152の出力(カウント値CT)を出力する。
スイッチ60は、出力回転角θ(t)が「0」のときに、一定値保持レジスタ59から出力される「0」を出力する。スイッチ60は、出力回転角θ(t)が「0」以外のときに、リセット付きカウンタ152の出力(カウント値CT)を出力する。
値保持部61は、検出信号DEが「1」のときには、スイッチ60の出力(カウント値CT)を出力するとともに、スイッチ60の出力を保持する。値保持部61は、検出信号DEが「0」のときには、保持している値(スイッチ60の出力)を出力する。
上記の構成によって、カウント値更新制御部153は、検出信号DEが「1」のときには、現在のカウント値CTをリセット付きカウンタ152から取得して、カウント値をS(n,i)として出力する。カウント値更新制御部153は、検出信号DEが「0」のときには、現在のカウント値をリセット付きカウンタ152から取得せず、前回に取得したカウント値をS(n,i)として出力する。
以上のように、本実施の形態によれば、到達時間と参照時間との時間差に基づいて、誤差角度を算出するので、周波数解析などの処理に比べて、少ない演算量で、回転角を補正することができる。
[第3の実施形態]
図6は、第3の実施形態で設定される不検出期間を説明するための図である。
図6は、第3の実施形態で設定される不検出期間を説明するための図である。
本実施の形態では、到達時間計測部は、図6に示すような出力回転角θ(t)が指定回転角Bθ(i)に達した直後の不検出期間では、到達時間を計測しない。ここで、不検出期間の長さは、一例として前回周期の時間T(n−1)を2m+1で除算した値とするが、状況に応じて不検出期間は変更できるものとする。本実施の形態では、2m+1は、16である。
図7は、第3の実施形態の回転角補正装置200の構成を表わす図である。
第3の実施形態の回転角補正装置200が、第2の実施形態の回転角補正装置100と相違する点は、到達時間計測部120である。
第3の実施形態の回転角補正装置200が、第2の実施形態の回転角補正装置100と相違する点は、到達時間計測部120である。
図8は、第3の実施形態の到達時間計測部120の構成を表わす図である。
到達時間計測部120は、第2の実施形態の到達時間計測部20の構成要素に加えて、リセット付きカウンタ161と、シフタ71と、関係演算部77と、一定値保持レジスタ78と、スイッチ79と、遅延器80とを備える。また、到達時間計測部120は、第2の実施形態のカウント値更新制御部153に代えて、カウント値更新制御部193を備える。
到達時間計測部120は、第2の実施形態の到達時間計測部20の構成要素に加えて、リセット付きカウンタ161と、シフタ71と、関係演算部77と、一定値保持レジスタ78と、スイッチ79と、遅延器80とを備える。また、到達時間計測部120は、第2の実施形態のカウント値更新制御部153に代えて、カウント値更新制御部193を備える。
リセット付きカウンタ161は、クロックCLKの周期ΔTckごとにカウント値CT2を更新する。リセット付きカウンタ161は、検出信号DE2が「1」のときに、カウント値CT2を「0」にリセットする。
カウント値更新制御部193が、第2の実施形態のカウント値更新制御部153と相違する点は、値保持部61に代えて、値保持部191を備える点である。
値保持部191は、検出信号DE2が「1」のときには、スイッチ60の出力(カウント値CT)を出力するとともに、スイッチ60の出力を保持する。値保持部191は、検出信号DE2が「0」のときには、保持している値(スイッチ60の出力)を出力する。
シフタ71は、前回周期時間T(n−1)を本例の場合m+1、すなわち4ビット右にシフトする。
関係演算部77は、前回周期時間T(n−1)を右に4ビットシフトしたT′(n−1)とリセット付きカウンタ161の出力とを比較する。
前回周期時間T(n−1)を右へ4ビットシフトしたT′(n−1)がリセット付きカウンタ161の出力(カウント値CT2)以下のときに、マスク信号Msを「1」に設定する。
前回周期時間T(n−1)を4ビット右へシフトしたT′(n−1)がリセット付きカウンタ161の出力(カウント値CT2)を超えるときに、マスク信号Msを「0」に設定する。
一定値保持レジスタ78は、一定値「0」を保持する。
スイッチ79は、マスク信号Msが「0」のときには、一定値保持レジスタ78から出力される「0」を検出信号DE2として出力する。スイッチ79は、マスク信号MAが「1」のときには、検出信号DEを検出信号DE2として出力する。
スイッチ79は、マスク信号Msが「0」のときには、一定値保持レジスタ78から出力される「0」を検出信号DE2として出力する。スイッチ79は、マスク信号MAが「1」のときには、検出信号DEを検出信号DE2として出力する。
以上のように、本実施の形態によれば、出力回転角θ(t)が指定回転角Bθ(i)に達した直後の不検出期間では、到達時間を計測しないので、出力回転角の区分の数2mを多くした場合に、出力回転角に発生するランダムノイズなどの影響を受けにくくすることができる。
[第4の実施形態]
第2および第3の実施形態では、周期ごとの時間が相違しないことを前提とした。本実施の形態では、交流モータ702が加速または減速することによって、周期の時間が相違した場合に、前述のノイズに基づく補正に加えて、加速または減速に基づく誤差角を補正する。
第2および第3の実施形態では、周期ごとの時間が相違しないことを前提とした。本実施の形態では、交流モータ702が加速または減速することによって、周期の時間が相違した場合に、前述のノイズに基づく補正に加えて、加速または減速に基づく誤差角を補正する。
図9は、交流モータ702の加速または減速によって、周期の時間が変化する例を説明するための図である。
前々回周期の時間T(n−2)と前回周期の時間がT(n−1)とが相違することによって、前回周期では、出力回転角θ(t)が前々回周期の角速度V(n−2)で360°に達する時間では、360°に達しない。前回周期で、実際に回転角θ(t)が360°に達するタイミングでは、前々回周期の角速度V(n−2)では、360°+ΔΦ(n−1)の角度に達する。本実施の形態では、角度誤差ΔΦ(n−1)を現在周期において補正する。
図10は、第4の実施形態の回転角補正装置300の構成を表わす図である。
第3の実施の形態の回転角補正装置300が、第2の実施形態の回転角補正装置100と相違する点は、加減速補正量算出部42を備える点と、補正部28の代わりに補正部328とを備える点である。
第3の実施の形態の回転角補正装置300が、第2の実施形態の回転角補正装置100と相違する点は、加減速補正量算出部42を備える点と、補正部28の代わりに補正部328とを備える点である。
図11は、第4の実施形態の加減速補正量算出部42の構成を表わす図である。
加減速補正量算出部42は、演算部97と、乗算部98とを備える。
加減速補正量算出部42は、演算部97と、乗算部98とを備える。
演算部97は、以下の式で表されるように、前回周期の時間T(n−1)と前々回周期の時間T(n−2)との差と前々回周期の角速度V(n−1)との積である角度誤差ΔΦ(n−1)を現在周期において誤差角度算出部26から取得する。
ΔΦ(n−1)=V(n−2){T(n−1)−T(n−2)}…(12)
角度誤差ΔΦ(n−1)は、以下の式で示されるように、誤差角度算出部26から現在周期において出力される誤差角度Δdeg(n−1,8)と等しい。
角度誤差ΔΦ(n−1)は、以下の式で示されるように、誤差角度算出部26から現在周期において出力される誤差角度Δdeg(n−1,8)と等しい。
ΔΦ(n−1)=Δdeg(n−1,8)…(13)
演算部97は、角度誤差ΔΦ(n−1)に基づいて、以下の式に示すように、出力回転角θの単位角度θu当りの角度誤差dφ(n)を求める。ここで、単位角度θuは、式(1)で示されるように出力回転角θの1ビット当たりの角度の大きさである。
演算部97は、角度誤差ΔΦ(n−1)に基づいて、以下の式に示すように、出力回転角θの単位角度θu当りの角度誤差dφ(n)を求める。ここで、単位角度θuは、式(1)で示されるように出力回転角θの1ビット当たりの角度の大きさである。
dφ(n)=ΔΦ(n−1)×(θu/360)…(14)
乗算部98は、出力回転角θ(t)と、現在周期の単位角度θu当りの角度誤差dφ(n)とを乗算することによって、出力回転角θ(t)に対する加減速補正量aθ(n,t)を算出する。
乗算部98は、出力回転角θ(t)と、現在周期の単位角度θu当りの角度誤差dφ(n)とを乗算することによって、出力回転角θ(t)に対する加減速補正量aθ(n,t)を算出する。
aθ(n,t)=θ(t)×dφ(n)…(15)
補正部328は、出力回転角θ(t)と誤差角度Δdeg(n,i)(i=1〜8)と加減速補正量aθ(n,t)とを用いて、補正後回転角θ1′(t)を求める。
補正部328は、出力回転角θ(t)と誤差角度Δdeg(n,i)(i=1〜8)と加減速補正量aθ(n,t)とを用いて、補正後回転角θ1′(t)を求める。
補正部328は、出力回転角θ(t)が指定回転角Bθ(j)(j=1〜8のいずれか)に該当する場合には、出力回転角θ(t)と誤差角度Δdeg(n,j)とを加算することによって、補正後回転角θ1′(t)を求める。補正部328は、回転角θ(t)が指定回転角Bθ(j)とBθ(j+1)との間に存在する場合には、誤差角度Δdeg(n,j)と誤差角度Δdeg(n,j+1)との線形補間によって、回転角θ(t)に対する誤差角後Δdeg(n,θ(t)を求める)。補正部328は、回転角θ(t)と誤差角度Δdeg(n,θ(t))とを加算することによって、補正後回転角θ1′(t)を求める。補正部328は、補正後回転角θ1′(t)から加減速補正量aθ(n,t)を減算することによって、補正後回転角θ′(t)を算出する。
以上のように、本実施の形態によれば、交流モータが加速または減速することによって、周期の時間が変化した場合に、加速または減速に基づく誤差角を補正することができる。
[第5の実施形態]
図12は、第5の実施形態の加減速補正量算出部242の構成を表わす図である。
図12は、第5の実施形態の加減速補正量算出部242の構成を表わす図である。
加減速補正量算出部242は、角度誤差ΔΦ(n−1)が閾値未満のときに、角度誤差Φ(n−1)を「0」として、加減速補正量aθ(n,t)を算出する。
加減速補正量算出部242は、誤差角処理部181と、演算部97と、乗算部98とを備える。演算部97と、乗算部98は、第4の実施形態と同様である。
誤差角処理部181は、絶対値出力部83と、符号出力部86と、一定値保持レジスタ84と、スイッチ85と、符号付加部87とを備える。
絶対値出力部83は、入力された角度誤差ΔΦ(n−1)(=Δdeg(n−1,8))の絶対値を出力する。
符号出力部86は、入力された角度誤差ΔΦ(n−1)(=Δdeg(n−1,8))の出力の符号を出力する。
一定値保持レジスタ84は、「0」を保持する。
スイッチ85は、絶対値出力部83から出力される角度誤差ΔΦ(n−1)の絶対値が閾値「10」以上の場合に、角度誤差ΔΦ(n−1)の絶対値を出力する。スイッチ85は、絶対値出力部83から出力される角度誤差ΔΦ(n−1)の絶対値が閾値「10」未満の場合に、一定値保持レジスタ84に保持されている「0」を出力する。
スイッチ85は、絶対値出力部83から出力される角度誤差ΔΦ(n−1)の絶対値が閾値「10」以上の場合に、角度誤差ΔΦ(n−1)の絶対値を出力する。スイッチ85は、絶対値出力部83から出力される角度誤差ΔΦ(n−1)の絶対値が閾値「10」未満の場合に、一定値保持レジスタ84に保持されている「0」を出力する。
符号付加部87は、スイッチ85の出力に、符号出力部86から出力される符号を付加する。
以上の構成を有する誤差角処理部181によって、角度誤差ΔΦ(n−1)の大きさが閾値「10」未満の場合に、演算部97へは、角度誤差ΔΦ(n−1)に代わりに、「0」が供給される。
以上のように、本実施の形態によれば、角度誤差が閾値未満のときに、角度誤差を「0」として、加減速補正量を算出するので、交流モータの加速または減速が行われずに、角度誤差にノイズが重畳されただけの場合に、加速または減速による補正が実行されないようにすることができる。
[第6の実施形態]
図13は、第6の実施形態の加減速補正量算出部342の構成を表わす図である。
図13は、第6の実施形態の加減速補正量算出部342の構成を表わす図である。
加減速補正量算出部342は、前回周期の時間T(n−1)と、前々回周期の時間T(n−2)との差が閾値未満のときには、前回周期において加減速補正量aθ(n−1,t)を算出するのに用いた角度誤差を用いて、現在周期の加減速補正量aθ(n,t)を算出する。
加減速補正量算出部342は、周期時間変化判定部182と、演算部97と、乗算部98とを備える。演算部97と、乗算部98は、第4の実施形態と同様である。
周期時間変化判定部182は、ラッチ部88と、遅延器89と、減算器90と、絶対値出力部91と、比較器92と、値保持部95とを備える。
ラッチ部88は、前回周期時間T(n−1)を次の新たな入力があるまで保持する。
遅延器89は、ラッチ部88の出力をΔTck時間だけ遅延させる。
遅延器89は、ラッチ部88の出力をΔTck時間だけ遅延させる。
減算器90は、ラッチ部88の出力から遅延器89の出力を減算する。
絶対値出力部91は、減算器90の出力の絶対値を出力する。
絶対値出力部91は、減算器90の出力の絶対値を出力する。
比較器92は、絶対値出力部91の出力が一例として閾値「100」とした場合、閾値「100」以上の場合に、マスク信号MAを「0」に設定し、絶対値出力部91の出力が閾値「100」未満の場合に、マスク信号MAを「1」に設定する。
値保持部95は、マスク信号MAが「0」のとき(急加減速を表わす)に、角度誤差ΔΦ(n−1)を出力するととともに、角度誤差ΔΦ(n−1)の値を保持する。値保持部95は、マスク信号MAが「1」のとき(急加減速でないことを表わす)に、保持している値(角度誤差ΔΦ(n−1)の値)を出力する。
上記の構成を有する周期時間変化判定部182によって、T(n−1)とT(n−2)の差の大きさが閾値「100」以上の場合に、角度誤差ΔΦ(n−1)が演算部97に送られる。T(n−1)とT(n−2)の差の大きさが閾値「100」未満の場合に、前回周期において演算部97に出力した誤差角(ΔΦ(k)、k≦n−2)が演算部97に送られる。
以上のように、本実施の形態によれば、前回周期の時間と前々回周期の時間との差が閾値未満の場合に、前回周期において演算部に出力した誤差角を演算部に供給し、演算部が、この誤差角を用いて加減速補正量を算出する。これによって、交流モータの加速または減速が行われずに、角度誤差にノイズが重畳されただけの場合に、このようなノイズに基づいて補正が実行されないようにすることができる。
[第7の実施形態]
図14は、第7の実施形態の加減速補正量算出部542の構成を表わす図である。
図14は、第7の実施形態の加減速補正量算出部542の構成を表わす図である。
加減速補正量算出部542は、誤差角処理部181と、周期時間変化判定部182と、演算部97と、乗算部98とを備える。
演算部97および乗算部98は、第4〜第6の実施形態と同様である。誤差角処理部181は、第5の実施形態と同様である。周期時間変化判定部182は、第6の実施形態と同様である。
加減速補正量算出部542は、角度誤差ΔΦ(n−1)が閾値以上であり、かつ前回周期の時間T(n−1)と、前々回周期の時間T(n−2)との差が閾値以上の場合に、角度誤差ΔΦ(n−1)に基づいて、出力回転角θの単位角度θu当りの角度誤差dφ(n)を求める。加減速補正量算出部542は、力回転角θ(t)と、現在周期の単位角度θu当りの角度誤差dφ(n)とを乗算することによって、出力回転角θ(t)に対する加減速補正量aθ(n,t)を算出する。
加減速補正量算出部542は、角度誤差ΔΦ(n−1)が閾値未満のときに、角度誤差Φ(n−1)を「0」として、加減速補正量aθ(n,t)を算出する。加減速補正量算出部542は、前回周期の時間T(n−1)と、前々回周期の時間T(n−2)との差が閾値未満のときには、前回周期において加減速補正量aθ(n−1,t)を算出するのに用いた角度誤差を用いて、現在周期の加減速補正量aθ(n,t)を算出する。
以上のように、本実施の形態によれば、第4〜第7の実施形態と同様の効果が得られる。
[第8の実施形態]
図15は、第8の実施形態の回転角補正装置500の構成を表わす図である。
図15は、第8の実施形態の回転角補正装置500の構成を表わす図である。
第8の実施形態の回転角補正装置500が、第2の実施形態の回転角補正装置100と相違する点は、前回角速度出力部516である。
第2の実施形態では、前回角速度出力部16は、式(6)に示すように、360°を前回周期時間T(n−1)で除算することによって、前回周期の角速度V(n−1)を求めた。
V(n−1)=360°/T(n−1)…(6)
本実施の形態では、前回角速度出力部516は、前回周期の時間T(n−1)と前回周期の角速度V(n−1)との式(6)の関係を定めた時間−角速度マップを用いて、前回周期計測部から送られる前回周期の時間T(n−1)に対応する前回周期の角速度V(n−1)を求める。
本実施の形態では、前回角速度出力部516は、前回周期の時間T(n−1)と前回周期の角速度V(n−1)との式(6)の関係を定めた時間−角速度マップを用いて、前回周期計測部から送られる前回周期の時間T(n−1)に対応する前回周期の角速度V(n−1)を求める。
図16は、時間−角速度の関係を表わす図である。
時間−角速度は、反比例特性を有する。反比例特性は、0に収束するため、一部の変化の大きい部分が重要である。図16では、期間t0〜t1の範囲が変化の大きい期間であるとする。
時間−角速度は、反比例特性を有する。反比例特性は、0に収束するため、一部の変化の大きい部分が重要である。図16では、期間t0〜t1の範囲が変化の大きい期間であるとする。
時間−角速度マップは、前回周期の時間T(n−1)が期間t0〜t1の範囲において、前回周期の時間T(n−1)と前回周期の角速度V(n−1)との式(6)の関係を定める。
前回周期の時間T(n−1)がt0より小さい範囲では、V(n−1)とT(n−1)との関係は、以下の一次式で近似することができる。
V(n−1)=a×T(n−1)…(16)
前回周期の時間T(n−1)がt1より大きい範囲では、V(n−1)とT(n−1)との関係は、以下の一次式で近似することができる。
前回周期の時間T(n−1)がt1より大きい範囲では、V(n−1)とT(n−1)との関係は、以下の一次式で近似することができる。
V(n−1)=b×T(n−1)…(17)
前回角速度出力部516は、前回周期の時間T(n−1)が期間t0〜t1の範囲の場合に、時間−角速度マップを用いて、前回周期の時間T(n−1)に対応する前回周期の角速度V(n−1)を求める。前回角速度出力部516は、前回周期の時間T(n−1)がt0より小さい範囲では、式(16)を用いて、前回周期の時間T(n−1)に対応する前回周期の角速度V(n−1)を求める。前回角速度出力部516は、前回周期の時間T(n−1)がt1より大きい範囲では、式(17)を用いて、前回周期の時間T(n−1)に対応する前回周期の角速度V(n−1)を求める。
前回角速度出力部516は、前回周期の時間T(n−1)が期間t0〜t1の範囲の場合に、時間−角速度マップを用いて、前回周期の時間T(n−1)に対応する前回周期の角速度V(n−1)を求める。前回角速度出力部516は、前回周期の時間T(n−1)がt0より小さい範囲では、式(16)を用いて、前回周期の時間T(n−1)に対応する前回周期の角速度V(n−1)を求める。前回角速度出力部516は、前回周期の時間T(n−1)がt1より大きい範囲では、式(17)を用いて、前回周期の時間T(n−1)に対応する前回周期の角速度V(n−1)を求める。
以上のように、本実施の形態によれば、式(6)の除算を実行することなく、前回周期の角速度V(n−1)を求めることができるので、除算回路の数を削減できるので、回路規模を小さくすることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
12 基準角検出部、14 前回周期時間計測部、16,516 前回角速度出力部、18 単位時間算出部、20,120,801 到達時間計測部、22,802 参照時間算出部、24,803 時間差算出部、26,804 誤差角度算出部、28,328,805 補正部、42,242,342,542 加減速補正量算出部、51 シフタ、52,80,89 遅延器、53,90 減算器、59,78,84 一定値保持レジスタ、60,79,85 スイッチ、61,95,191 値保持部、77 関係演算部、83,91 絶対値出力部、86 符号出力部、87 符号付加部、88 ラッチ部、92 比較器、97 演算部、98 乗算部、100,200,300,500,800 回転角補正装置、151 区分変化検出部、153,193 カウント値更新制御部、152,161 リセット付きカウンタ、181 誤差角処理部、182 周期時間変化判定部、701 モータ制御システム、702 交流モータ、703 モータドライバ、704 モータ制御部、705 レゾルバ、706 レゾルバデジタルコンバータ。
Claims (15)
- モータに取り付けられたレゾルバから出力される信号を変換するレゾルバデジタルコンバータの出力回転角を補正する回転角補正装置であって、
現在周期において、前記出力回転角が基準角から指定回転角に到達するまでの到達時間を計測する到達時間計測部と、
前記現在周期において、前記モータが前回周期の角速度と同じ角速度で回転したと仮定したときに、前記出力回転角が前記基準角から前記指定回転角に到達するまでの参照時間を算出する参照時間算出部と、
前記到達時間と前記参照時間との時間差を算出する時間差算出部と、
前記時間差と前回周期の角速度とを乗算することによって、誤差角度を算出する誤差角度算出部と、
前記誤差角度に基づいて、前記出力回転角を補正する補正部とを備えた、回転角補正装置。 - 前記補正部は、前記出力回転角が前記指定回転角の場合には、前記出力回転角と前記誤差角度とを加算することによって、前記出力回転角の補正後回転角を算出する、請求項1記載の回転角補正装置。
- 前記指定回転角は、360°を2mで除算した角度のi倍(i=1〜2m)である、請求項2記載の回転角補正装置。
- 前記補正部は、前記出力回転角が複数の前記指定回転角と一致しない場合に、複数の前記指定回転角のうちの2つに対する誤差角度の線形補間によって、前記出力回転角に対する誤差角度を求め、前記出力回転角と前記出力回転角に対する誤差角度とを加算することによって、前記出力回転角の補正後回転角を算出する、請求項3記載の回転角補正装置。
- 前記回転角補正装置は、
前回周期において前記出力回転角が前記基準角に達した第1のタイミングと、前記出力回転角が前記基準角に達した第2のタイミングとの差に基づいて、前回周期の時間を計測する前回周期時間計測部を備える、請求項1記載の回転角補正装置。 - 前記回転角補正装置は、
前記計測された前回周期の時間に基づいて、前回周期の角速度を求める前回角速度出力部を備える、請求項5記載の回転角補正装置。 - 前記前回角速度出力部は、前回周期の時間と前回周期の角速度との関係を定めたマップを用いて、前記計測された前回周期の時間に対応する前回周期の角速度を求める、請求項6記載の回転角補正装置。
- 前記出力回転角は、nビットで表現されており、
前記指定回転角が、360°を2mで除算した角度のi倍(i=1〜2m)のときに、
前記到達時間計測部は、前記出力回転角を右へ(n−m)ビットシフトし、シフト後の最下位ビットが変化したときに、前記出力回転角が前記指定回転角に到達したと判断する、請求項1記載の回転角補正装置。 - 前記到達時間計測部は、前記出力回転角が前記指定回転角に到達した直後の不検出期間では、前記到達時間を計測しない、請求項8記載の回転角補正装置。
- 前記不検出期間の長さは、前記前回周期の時間未満の値である、請求項9記載の回転角補正装置。
- 前回周期の時間と前々回周期の時間との差と前々回周期の角速度との積である角度誤差を現在周期において取得し、前記角度誤差に基づいて前記出力回転角の単位角度当りの角度誤差を求め、前記出力回転角と前記単位角度当りの角度誤差とに基づいて、前記出力回転角に対する加減速補正量を算出する加減速補正量算出部を備え、
前記補正部は、前記誤差角度と前記加減速補正量とに基づいて、前記出力回転角を補正する、請求項1記載の回転角補正装置。 - 前記加減速補正量算出部は、前記角度誤差が閾値未満のときに、前記角度誤差を0として、前記加減速補正量を算出する、請求項11記載の回転角補正装置。
- 前記加減速補正量算出部は、前記前回周期の時間と前記前々回周期の時間との差が閾値未満のときには、前回周期において前記加減速補正量を算出するのに用いた角度誤差を用いて、現在周期の前記加減速補正量を算出する、請求項11記載の回転角補正装置。
- 前記出力回転角は、nビットで表現されており、
前記前回周期の時間を右へnビットシフトさせることによって、前記前回周期において前記出力回転角が1ビット変化するのに要する単位時間を算出する単位時間算出部を備え、
前記参照時間算出部は、前記指定回転角と前記単位時間とを乗算することによって、前記モータが前回周期の角速度と同じ角速度で回転したと仮定したときに、前記出力回転角が前記基準角から前記指定回転角に到達するまでの参照時間を算出する、請求項1記載の回転角補正装置。 - モータと、
前記モータに取り付けられたレゾルバと、
前記レゾルバから出力される信号を変換するレゾルバデジタルコンバータと、
前記レゾルバデジタルコンバータの出力回転角を補正する回転角補正装置とを備え、
前記回転角補正装置は、現在周期において、前記出力回転角が基準角から指定回転角に到達するまでの到達時間と、前記現在周期において、前記モータが前回周期の角速度と同じ角速度で回転したと仮定したときに、前記出力回転角が前記基準角から前記指定回転角に到達するまでの参照時間との差と前回周期の角速度とを乗算することによって、誤差角度を算出し、前記誤差角度に基づいて、前記出力回転角を補正する、モータ制御システム。
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