JP4793642B2 - パルス信号変換制御装置及びパルス信号変換制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、１回転毎にＰＮパルスを発生する基準パルス信号を出力するモータ位置検出器から出力される基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮとは異なる１回転分のパルス数ＰＭを発生する変換パルス信号を出力するパルス信号変換制御装置に関する。

モータ等の回転体の回転状態（回転速度、回転角（回転位置））は、その駆動軸等の出力回転体に対峙するように位置検出手段を設けることで判別している。位置検出手段としては、レゾルバ、ホール素子、ロータリエンコーダ等が代表的である。以下、一例として、レゾルバについて説明する。

レゾルバ、特に、ＶＲ型レゾルバでは、ロータとステータ間のギャップパーミアンスが回転角度で正弦波状に変化するようなロータ外径形状をしており、ロータは鉄心のみでステータに入出力巻線を施した極めてシンプルな構造となっている。多極のモータに対応するため、軸倍角×２、×３、×４等が標準的に存在している。このようなＶＲ型レゾルバは、構造的に扁平、薄型が可能であり高速性にも優れた回転角度センサということができる。

なお、参考として、車両における電動パワーステアリングユニットの駆動源であるモータに、回転位置を検出するためのレゾルバが内蔵された技術がある（特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１及び特許文献２に記載のモータでは、当該モータの出力軸（駆動軸）側に取り付けられたレゾルバロータの回転を、当該レゾルバロータの外周に対応して配置されたレゾルバ検出部によって検出し、レゾルバハーネスによってモータ外部のコントローラ等と電気信号として送出している。

上記電気信号は、パルス信号であり、モータ１回転のパルス数は、レゾルバ検出部に依存されるため、異なるパルス数／１回転に変換するために、分周回路を用いる場合がある。この分周回路によって、レゾルバ検出部から出力されるパルス信号の１回転のパルス数を所望のパルス数に変換することができる。
特開２００４−３２２８１４公報 特開２００２−３５４７５５公報

しかしながら、分周回路では、２^X（Ｘは、正の整数、或いは正の整数分の１）であることが前提であり、これを逸脱する分周回路は複雑な回路構成となり実用的ではない。

このため、前記モータ（レゾルバ検出部）からの出力に応じて当該モータ或いは他のアクチュエータの位置決めは速度を制御するために最も最適なパルス信号（所望の繰り返しパルス数）に変換することができない場合があった。

本発明は上記事実を考慮し、モータ検出回路に依存することなく、当該モータ検出回路から出力される基準パルス信号を所望のパルス信号に変換することができ、後工程の制御を容易に行うことができるパルス信号変換制御装置及びその方法を得ることが目的である。

本発明は、１回転毎にＰＮパルスを発生する基準パルス信号を出力するモータ位置検出器から出力される基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮとは異なる１回転分のパルス数ＰＭを発生する変換パルス信号を出力するパルス信号変換制御装置であって、所定のタイミングで、前記モータ位置検出器からの基準パルス信号における現在の出力パルス値ＰＮ１を取り込む取込手段と、取り込んだパルス値ＰＮ１、並びに基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮ、変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭに基づいて、前記取り込んだパルス値ＰＮ１に対応する、変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭの下でのパルス値ＰＭ１を演算する演算手段と、前記演算手段で演算された今回のパルス値ＰＭ１（ｎ）から、前回演算されたパルス値ＰＭ１（ｎ−１）を減算することで、出力パルス数ＰＯを決定する決定手段と、前記変換パルス信号として、前記決定手段で決定された出力パルス数ＰＯ分、前記モータ位置検出器から取り込まれる基準パルス信号の周期と同一の周期で出力する変換パルス出力手段と、変換パルス出力手段で出力された変換パルス信号を、前記モータ位置検出器から取り込まれる基準パルス信号から読み取られる回転方向信号に基づいて、互いに位相の異なる複数の変換パルス信号を生成する異相変換パルス信号生成手段と、を有している。

本発明によれば、所定のタイミングで、前記モータ位置検出器からの基準パルス信号における現在の出力パルス値ＰＮ１を取り込む。

この取り込んだパルス値ＰＮ１、並びに基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮ、変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭに基づいて、前記取り込んだパルス値ＰＮ１に対応する、変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭの下でのパルス値ＰＭ１を演算する。例えば、取り込んだパルス値ＰＮ１×変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭ／基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮの結果が、前記取り込んだパルス値ＰＮ１に対応する、変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭの下でのパルス値ＰＭ１となる。

次に、今回のパルス値ＰＭ１（ｎ）から、前回演算されたパルス値ＰＭ１（ｎ−１）を減算することで、出力パルス数ＰＯを決定する。

ここで、変換パルス信号として、前記出力パルス数ＰＯ分、前記モータ位置検出器から取り込まれる基準パルス信号の周期と同一の周期として出力する。また、このとき、モータ位置検出器から取り込まれる基準パルス信号から読み取られる回転方向信号に基づいて、互いに位相の異なる複数の変換パルス信号を生成することで、回転方向の情報を加味することができる。

以上説明した如く本発明では、モータ検出回路に依存することなく、当該モータ検出回路から出力される基準パルス信号を所望のパルス信号に変換することができ、後工程の制御を容易に行うことができるという優れた効果を有する。

図１には、本実施の形態に係るパルス信号変換制御装置１０が示されている。

パルス信号変換制御装置１０は、モータ１２に搭載される位置検出装置１４からの信号に基づいて、当該モータ１２の回転状態に基づく信号（パルス信号）を出力するものである。

位置検出装置１４としては、例えば、モータ回転軸に取り付けられたレゾルバロータ１６と、このレゾルバロータ１６の周囲に対峙するように配置されたレゾルバ検出部１８とで構成されている。

レゾルバ検出部１８からは、モータ回転に応じて、１回転のパルス数ＰＮ（ここでは、5242880／１回転）のパルス信号（以下、「基準パルス信号」という）が出力され、パルス信号変換制御装置１０を構成するＭＰＵ２０に入力されるようになっている(図２参照）
ＭＰＵ２０では、この基準パルス信号から現在位置座標、回転方向を認識すると共に、所望の（ユーザーによる設定の）１回転のパルス数ＰＭ（ここでは、360000／１回転）のパルス信号（以下、「変換パルス信号」という）に変換する演算処理等が実行され、その結果は、このＭＰＵ２０と共にパルス信号変換制御装置１０を構成するＣＰＬＤ２２へ送出される（図２参照）。

ＣＰＬＤ２２では、入力された変換パルス信号を出力するが、このとき、回転方向を判別するためにＡ相／Ｂ相に分離して出力する（Ａ相とＢ相とは９０°位相ずれ）。

すなわち、従来、分周回路等によりパルス信号の周波数（周期）の変換を行っているのに対し、本実施の形態では、入力される基準パルス信号に対して、新たに変換パルス信号を生成することにある。また、このとき、分周回路では、基準パルス信号に対して２^X（Ｘは、正の整数、或いは正の整数分の１）の周波数しか生成することができないのに対し、本実施の形態のパルス信号変換制御装置１０では、任意の周波数（すなわち、基準パルス信号の１回転のパルス数の倍数ではない）の変換パルス信号を生成することができる。

図３は、前記ＭＰＵ２０及びＣＰＬＤ２２における、前記変換パルス信号生成のための機能ブロック図が示されている。

位置検出装置１４のレゾルバ検出部１６は、ＭＰＵ２０の基準パルス信号入力部２４に入力される。

この基準パルス信号入力部２４では、当該入力された信号を分散して、パルス数ＰＮ１取込部２６、回転方向検出部２８、周期検出部３０のそれぞれへ送出する。

パルス数ＰＮ１取込部２６では位置情報を判別し、回転方向検出部２８では回転方向を判別し、周期検出部３０では周期を判別する。

パルス数ＰＮ１取込部２６は、パルス数ＰＭ１（ｎ）演算部３２に接続されている。このパルス数ＰＭ１（ｎ）演算部３２には、レゾルバ検出部１６における１回転パルス数を記憶するＰＮ記憶部３４及び設定された出力パルス数を記憶するＰＭ記憶部３６が接続され、前記パルス数ＰＮ１が取り込まれると、ＰＮ記憶部３４からレゾルバ検出部１６における１回転パルス数ＰＮが読み出され、一方、ＰＭ記憶部３６から設定された出力パルス数ＰＭが読み出され、以下の演算式（１）によって変換パルス信号ＰＭの下での位置座標を示すパルス数ＰＭ１が演算される。

ＰＭ１＝ＰＮ１×（ＰＭ／ＰＮ）・・・（１）
なお、本実施の形態では、ＰＮ１×（360000／5242880）となる。

この演算結果は、ＰＭ１（ｎ）として、出力パルス数ＰＯ演算部３８へ送出される。

前記設定出力パルス数ＰＭ記憶部３６には、出力パルス数ＰＭ指定操作部４０が接続され、ユーザーにより任意の出力パルス数（１回転分）が指定できる。

出力パルス数ＰＯ演算部３８では、前記演算式（１）によって前回演算された結果（ＰＭ１（
ｎ−１）をパルス数ＰＭ１（ｎ−１）記憶部４２から読み出して、その差ＰＯを演算する（演算式（２）参照）。

ＰＯ＝ＰＭ１（ｎ）−ＰＭ１（ｎ−１）・・・（２）
すなわち、ＭＰＵ２０の取込間隔（処理能力による）毎に（以下、「ブロック」という）に周期、回転方向、位置情報等を判別し、ブロック単位で変換パルス信号ＰＭを生成していく。

前記出力パルス数ＰＯ演算部における演算が終了すると、この演算で適用したＰＭ１（ｎ）をパルス数ＰＭ１更新部４４へ送出する。パルス数ＰＭ１更新部４４では、入力されたＰＭ１（ｎ）をＰＭ１（ｎ−１）に置き換えて、パルス数ＰＭ１（ｎ−１）記憶部４２に更新記憶する。

前記出力パルスＰＯ演算部３８で演算された出力パルス数ＰＯは出力部４６へ送出される。

この出力部４６には、前記回転方向検出部２８から回転方向情報が入力され、周期検出部３０から周期情報が入力され、これらの情報（出力パルス数ＰＯ、回転方向情報、周期情報）がＣＰＬＤ２２の情報解析部５０へ送出される。

情報解析部５０には、パルスカウント数ＰＯ設定部５２、周期設定部５４、Ａ／Ｂ相分配部５６が接続されている。

パルスカウント数ＰＯ設定部５２には、前記出力パルスＰＯが入力され、これから出力するパルスカウント値をＰＯに設定し、パルス信号出力制御部５８へ送出する。

このパルス信号出力制御部５８には、発振部６０が接続されている。この発振部６０には、前記周期設定部５４から周期情報が入力され、当該設定された周期に基づくパルス信号が生成され発振する。

パルス信号出力制御部５８では、前記発振部６０から入力される所定の周期のパルス信号をＰＯカウント分、Ａ／Ｂ相分配部５６へ送出する。

Ａ／Ｂ相分配部５６では、前記情報解析部５０から出力される回転方向情報に基づいて、互いに９０°位相が異なる（異なる方向が回転方向によって相反するものとなる）２種類の信号が生成され（Ａ相、Ｂ相）、出力される。

以下に本実施の形態の作用を図４のフローチャートに従い説明する。

ステップ１００では、モータ１２が駆動中か否かが判断され、肯定判定されると、ステップ１０２へ移行して基準パルス信号の１回転のパルス数ＰＮを読み出し、次いでステップ１０４へ移行して変換パルス信号の１回転のパルス数ＰＭを読み出して、ステップ１０６へ移行する。

ステップ１０６では、現在のパルス数ＰＮ１を取り込み、次いでステップ１０８へ移行して演算式（１）に基づいて、変換パルス信号の下での位置座標を示すパルス数ＰＭ１を求める。

次のステップ１１０では、前記ステップ１０８で求めたパルス数ＰＭ１をＰＭ１（ｎ）に代入し、次いでステップ１１２で前回の演算結果（ＰＭ１（ｎ−１））を読み出して、ステップ１１４へ移行する。

ステップ１１４では、演算式（２）によって、出力パルス数ＰＯを演算し、ステップ１１６へ移行する。

ステップ１１６では、周期を読み出し、次いでステップ１１８で回転方向を読み出して、次のステップ１２０において、変換パルス信号をパルス数ＰＯ分、発振（出力）し、ステップ１２２でＡ相及びＢ相に分離して、出力する（ステップ１２４）。

上記工程をモータ駆動中繰り返すことで、モータ１２に搭載された位置検出装置１４からの基準パルス信号を任意（ユーザー所望）の変換パルス信号に変換した形で出力することができる。

例えば、１回転のパルスを３６０の倍数（３６００００パルス）とすることで、回転角１°を単純に１０００パルスとすることができ、後工程（モータ１２へのフィードバックも含む）の速度制御や位置決め制御等が容易となる。

なお、本実施の形態では、ＭＰＵ２０及びＣＰＬＤ２２による演算処理を行っているため、実際の出力に対してタイムラグが発生する場合があるが、速度制御に関しては何ら支障はなく、また、予めこのタイムラグを考慮しておけば、位置決め制御にも十分適用することができる。

以上説明したように本実施の形態では、モータ１２に搭載された位置検出装置１４からのパルス信号（基準パルス信号）を、ユーザーが所望する任意のパルス信号（変換パルス信号）に変換して、出力することができるため、後工程の速度制御や位置決め制御が簡便となる。

本実施の形態に係る位置検出制御装置のハード構成図である。 ＭＰＵ及びＣＰＬＤによる任意の位置決め用パルス信号生成のための機能ブロック図である。 基準パルス信号と変換パルス信号の相対関係を示す信号出力特性図である。 任意の位置決め用パルス信号生成のための制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ パルス信号変換制御装置
１２ モータ
１４ 位置検出装置
１６ レゾルバロータ
１８ レゾルバ検出部
２０ ＭＰＵ
２２ ＣＰＬＤ
２４ 基準パルス信号入力部
２６ パルス数ＰＮ１取込部（取込手段）
２８ 回転方向検出部
３０ 周期検出部
３２ パルス数ＰＭ１（ｎ）演算部（演算手段）
３４ ＰＮ記憶部
３６ ＰＭ記憶部
３８ 出力パルス数ＰＯ演算部（決定手段）
４０ 出力パルス数ＰＭ指定操作部
４２ パルス数ＰＭ１（ｎ−１）記憶部
４４ パルス数ＰＭ１更新部
４６ 出力部（変換パルス出力手段）
５０ 情報解析部
５２ パルスカウント数ＰＯ設定部
５４ 周期設定部
５６ Ａ／Ｂ相分配部（異相変換パルス信号生成手段）
５８ パルス信号出力制御部
６０ 発振部

Claims (2)

1. １回転毎にＰＮパルスを発生する基準パルス信号を出力するモータ位置検出器から出力される基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮとは異なる１回転分のパルス数ＰＭを発生する変換パルス信号を出力するパルス信号変換制御装置であって、
   所定のタイミングで、前記モータ位置検出器からの基準パルス信号における現在の出力パルス値ＰＮ１を取り込む取込手段と、
   取り込んだパルス値ＰＮ１、並びに基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮ、変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭに基づいて、前記取り込んだパルス値ＰＮ１に対応する、変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭの下でのパルス値ＰＭ１を演算する演算手段と、
   前記演算手段で演算された今回のパルス値ＰＭ１（ｎ）から、前回演算されたパルス値ＰＭ１（ｎ−１）を減算することで、出力パルス数ＰＯを決定する決定手段と、
   前記変換パルス信号として、前記決定手段で決定された出力パルス数ＰＯ分、前記モータ位置検出器から取り込まれる基準パルス信号の周期と同一の周期で出力する変換パルス出力手段と、
   変換パルス出力手段で出力された変換パルス信号を、前記モータ位置検出器から取り込まれる基準パルス信号から読み取られる回転方向信号に基づいて、互いに位相の異なる複数の変換パルス信号を生成する異相変換パルス信号生成手段と、
   を有するパルス信号変換制御装置。
2. １回転毎にＰＮパルスを発生する基準パルス信号を出力するモータ位置検出器から出力される基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮとは異なる１回転分のパルス数ＰＭを発生する変換パルス信号を出力するパルス信号変換制御方法であって、
   所定のタイミングで、前記モータ位置検出器からの基準パルス信号における現在の出力パルス値ＰＮ１を取り込み、
   取り込んだパルス値ＰＮ１×変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭ／基準パルス信号の１回転分のパルス数ＰＮを演算して、前記取り込んだパルス値ＰＮ１に対応する、変換パルス信号の１回転分のパルス数ＰＭの下でのパルス値ＰＭ１を求め、
   今回のパルス値ＰＭ１（ｎ）から、前回演算されたパルス値ＰＭ１（ｎ−１）を減算することで、出力パルス数ＰＯを決定し、
   前記変換パルス信号として、前記出力パルス数ＰＯ分、前記モータ位置検出器から取り込まれる基準パルス信号の周期と同一の周期として出力し、
   前記モータ位置検出器から取り込まれる基準パルス信号から読み取られる回転方向信号に基づいて、互いに位相の異なる複数の変換パルス信号を生成する、
   ことを特徴とするパルス信号変換制御方法。