JP5813217B2 - Control device and control method for electronically controlled valve - Google Patents
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Description
この発明は、例えば電子スロットルバルブや排気ガス再循環バルブ等、車載用途での位置決め制御を目的として使用されるバルブが、ブラシレスDCモータにより駆動される電子制御式バルブの制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for an electronically controlled valve in which a valve used for positioning control in an in-vehicle application such as an electronic throttle valve and an exhaust gas recirculation valve is driven by a brushless DC motor.
従来から、バルブ回転軸に設けられた2個のスロットル開度センサと、モータ回転軸に設けられた2個の磁気センサとを有する電子スロットル装置において、多重化されたスロットル開度センサの何れかに故障(異常)が生じた場合に、故障したスロットル開度センサを特定するとともに、正常な他方のスロットル開度センサを使用して制御を継続する電子スロットル装置の制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in an electronic throttle device having two throttle opening sensors provided on a valve rotation shaft and two magnetic sensors provided on a motor rotation shaft, any one of multiplexed throttle opening sensors There is known a control device for an electronic throttle device that specifies a failed throttle opening sensor and continues control using the other normal throttle opening sensor when a failure (abnormality) occurs in For example, see Patent Document 1).
以下、特許文献1に記載された発明について説明する。この発明は、DCモータをHブリッジでドライブし、モータ回転軸と直結されたバルブ回転軸を回転動作させる電子スロットルバルブに関するものである。また、この発明は、アクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサや、車速センサ、温度センサ等の出力から決定されるスロットル開度指令に基づいて、この指令にバルブ回転軸が追従するように、位置制御を実行するものである。実スロットル開度は、スロットル開度指令と、バルブ回転軸に設けられた2重系のスロットル開度センサの出力とを用いた位置制御により、目標開度が実現される。
Hereinafter, the invention described in
ここで、スロットル開度センサの故障検知は、以下のようなステップで実行されている。まず、第1ステップで、2つのスロットル開度センサからの出力(これを、「SS_A」、「SS_B」とする)の差分の絶対値が、所定閾値を超えるか否かが判定される。この差分の絶対値が所定閾値を超える場合には、続く第2ステップまたは第3ステップが実行される。 Here, the failure detection of the throttle opening sensor is performed in the following steps. First, in the first step, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the outputs from the two throttle opening sensors (referred to as “SS_A” and “SS_B”) exceeds a predetermined threshold value. When the absolute value of the difference exceeds a predetermined threshold value, the subsequent second step or third step is executed.
すなわち、第2ステップでは、2つの磁気センサからの出力(これを「ES_A」、「ES_B」とする)の一方ES_Aと、スロットル開度センサの出力の一方SS_Aとの差分の絶対値が、所定閾値を超えるか否かが判定される。このとき、この差分の絶対値が所定閾値を超えない場合には、SS_Bを出力したスロットル開度センサを故障と判断し、SS_Aによる位置制御が実行される。 That is, in the second step, the absolute value of the difference between one ES_A of the outputs from the two magnetic sensors (referred to as “ES_A” and “ES_B”) and one of the throttle opening sensor outputs SS_A is predetermined. It is determined whether or not the threshold value is exceeded. At this time, if the absolute value of the difference does not exceed the predetermined threshold value, the throttle opening sensor that outputs SS_B is determined to be faulty, and position control by SS_A is executed.
また、第2ステップにおいて、ES_AとSS_Aとの差分の絶対値が所定閾値を超える場合に、第3ステップが実行される。第3ステップでは、磁気センサの出力ES_Aと、スロットル開度センサの出力の他方SS_Bとの差分の絶対値が、所定閾値を超えるか否かが判定される。このとき、この差分の絶対値が所定閾値を超えない場合には、SS_Aを出力したスロットル開度センサを故障と判断し、SS_Bによる位置制御が実行される。 In the second step, the third step is executed when the absolute value of the difference between ES_A and SS_A exceeds a predetermined threshold. In the third step, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the output ES_A of the magnetic sensor and the other SS_B of the output of the throttle opening sensor exceeds a predetermined threshold value. At this time, if the absolute value of the difference does not exceed the predetermined threshold value, the throttle opening sensor that outputs SS_A is determined to be faulty, and position control by SS_B is executed.
なお、2つのスロットル開度センサの双方が故障と判断された場合には、2つの磁気センサからの出力の何れか一方(ES_AまたはES_B)による位置制御が実行される。これにより、故障したスロットル開度センサを正確に特定するとともに、正常な他方のスロットル開度センサを使用して、制御を継続している。 When it is determined that both of the two throttle opening sensors are out of order, position control is performed using either one of the outputs from the two magnetic sensors (ES_A or ES_B). Thus, the malfunctioning throttle opening sensor is accurately identified, and the control is continued using the other normal throttle opening sensor.
また、従来から、バルブ回転軸に設けられた2個のスロットル開度センサと、モータ回転軸に設けられた2個の磁気センサとを有する電子スロットル装置において、磁気センサまたはモータロータの故障判別が可能な電子スロットル装置の制御装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 Conventionally, in the electronic throttle device having two throttle opening sensors provided on the valve rotation shaft and two magnetic sensors provided on the motor rotation shaft, it is possible to determine the failure of the magnetic sensor or the motor rotor. A control device for an electronic throttle device is known (see, for example, Patent Document 2).
以下、特許文献2に記載された発明について説明する。この発明も、電子スロットルバルブに関するものであって、特許文献1と同様であるが、故障検知の対象が、磁気センサおよびマグネットロータ(すなわち、モータロータ)である点が異なる。
Hereinafter, the invention described in
ここで、磁気センサおよびマグネットロータの故障検知は、以下のようなステップで実行されている。まず、第1ステップで、磁気センサからの出力ESと、スロットル開度センサからの出力SSから換算したES_THとの差分の絶対値が、所定閾値を超えるか否かが判定される。この差分の絶対値が所定閾値を超える場合には、続く第2ステップまたは第3ステップが実行される。 Here, failure detection of the magnetic sensor and the magnet rotor is performed in the following steps. First, in the first step, it is determined whether or not the absolute value of the difference between the output ES from the magnetic sensor and ES_TH converted from the output SS from the throttle opening sensor exceeds a predetermined threshold value. When the absolute value of the difference exceeds a predetermined threshold value, the subsequent second step or third step is executed.
すなわち、第2ステップでは、実スロットル開度SSが、スロットル開度指令と一致しているか否かが判定される。第2ステップにおいて、実スロットル開度SSがスロットル開度指令と一致していない場合には、第3ステップで、実スロットル開度の変化率が所定閾値を超えるか否かが判定される。 That is, in the second step, it is determined whether or not the actual throttle opening SS matches the throttle opening command. In the second step, when the actual throttle opening SS does not coincide with the throttle opening command, it is determined in the third step whether or not the rate of change of the actual throttle opening exceeds a predetermined threshold value.
第3ステップにおいて、所定閾値を超えた場合には、マグネットロータが正常であり、磁気センサが異常であると判断され、逆の場合には、マグネットロータが異常であり、磁気センサが正常であると判断される。これにより、実スロットル開度SSに基づいて予測される磁気センサ出力が正しくない場合に、それが磁気センサの故障なのか、またはマグネットロータの故障なのかが特定される。 In the third step, when the predetermined threshold value is exceeded, it is determined that the magnet rotor is normal and the magnetic sensor is abnormal. In the reverse case, the magnet rotor is abnormal and the magnetic sensor is normal. It is judged. As a result, when the magnetic sensor output predicted based on the actual throttle opening SS is not correct, it is specified whether it is a magnetic sensor failure or a magnet rotor failure.
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献1に記載の電子スロットル装置の制御装置では、バルブ回転軸およびモータ回転軸にそれぞれ2個のセンサを設ける必要があるので、コストが高くなるという問題がある。However, the prior art has the following problems.
In the control device for the electronic throttle device described in
また、スロットル開度センサの故障を検知するために、2つのスロットル開度センサ出力どうしの閾値判定を実行するとともに、2つの磁気センサ出力の一方および他方と、2つのスロットル開度センサ出力の一方および他方との閾値判定を2段階に分けて実行するという、3つのステップを踏む必要がある。そのため、判定処理が複雑化して、DSP(Digital Signal Processor)やマイコンでの演算処理負荷が高くなるという問題もある。 Further, in order to detect a failure of the throttle opening sensor, a threshold value determination between the two throttle opening sensor outputs is executed, and one and the other of the two magnetic sensor outputs and one of the two throttle opening sensor outputs are performed. In addition, it is necessary to take three steps of performing threshold determination with the other in two stages. For this reason, there is a problem in that the determination process becomes complicated and the processing load on the DSP (Digital Signal Processor) or microcomputer increases.
さらに、特許文献2に記載の電子スロットル装置の制御装置は、スロットル開度センサが正常であることを条件とした磁気センサおよびマグネットロータの故障検知であって、特許文献1と組み合わせることでこの制約を解消することができるものの、判定処理がさらに複雑化するという問題がある。
Furthermore, the control device of the electronic throttle device described in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡易かつ低コストな構成で、故障検出処理を実行するとともに、高速かつ高精度な位置制御を実現することができる電子制御式バルブの制御装置および制御方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is an electronic device capable of executing failure detection processing and realizing high-speed and high-accuracy position control with a simple and low-cost configuration. It is an object to obtain a control device and a control method for a control valve.
この発明に係る電子制御式バルブの制御装置は、開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置であって、駆動源であるブラシレスDCモータと、ブラシレスDCモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第1位置検出器と、バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第2位置検出器と、外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの第1位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、第2位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理部と、キャリブレーション処理部で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第2位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理部と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスDCモータへの駆動指令を生成する制御部と、第1位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、第2位置検出器の故障を検出し、第1位置検出器の出力を適用するか否かの判断を行う故障検出処理部と、を備え、キャリブレーション処理部がバルブ組立後または車両搭載後に定期的に実行されるものである。 An electronically controlled valve control device according to the present invention controls a drive source that applies a drive torque against a return torque for a valve mechanism in which a return torque acts in a valve opening direction or a valve closing direction. A control device for an electronically controlled valve that controls opening and closing of a mechanism, a brushless DC motor that is a drive source, and a first position that detects a motor shaft rotation angle of the brushless DC motor and outputs a discrete signal in a pulse format A detector, a second position detector that detects a valve shaft rotation angle of the valve mechanism and outputs a continuous signal as an analog voltage, and a first position detection that is driven by a reference command input from outside The relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage is obtained based on the discrete motor shaft rotation angle output from the motor and the analog voltage output from the second position detector. Calibration processing unit, and a correction processing unit that converts the analog voltage output from the second position detector into the valve shaft rotation angle based on the relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage obtained by the calibration processing unit. A control unit that generates a drive command for the brushless DC motor based on a valve shaft rotation angle output from the correction processing unit and a valve shaft position command input from the outside, and a first position detector a motor shaft rotation angle to be output, based on the valve shaft rotation angle output from the correction processing unit detects a malfunction of the second position detector, whether to apply the output of the first position detector A failure detection processing unit that performs the above determination , and the calibration processing unit is periodically executed after the valve is assembled or mounted on the vehicle .
また、この発明に係る電子制御式バルブの制御方法は、開弁方向または閉弁方向にリターントルクが作用するバルブ機構について、リターントルクに抗して駆動トルクを付与する駆動源を制御することで、バルブ機構を開閉制御する電子制御式バルブの制御装置によって実行される電子制御式バルブの制御方法であって、電子制御式バルブの制御装置は、駆動源であるブラシレスDCモータと、ブラシレスDCモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第1位置検出器と、バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第2位置検出器と、を備え、外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの第1位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、第2位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理ステップと、キャリブレーション処理ステップで求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第2位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理ステップと、補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスDCモータへの駆動指令を生成する制御ステップと、第1位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角とに基づいて、第2位置検出器の故障を検出し、第1位置検出器の出力を適用するか否かの判断を行う故障検出処理ステップと、を備え、キャリブレーション処理ステップがバルブ組立後または車両搭載後に定期的に実行されるものである。 Further, the electronically controlled valve control method according to the present invention controls a drive source that applies a drive torque against the return torque for a valve mechanism in which a return torque acts in the valve opening direction or the valve closing direction. An electronically controlled valve control method executed by an electronically controlled valve controller that controls opening and closing of a valve mechanism, the electronically controlled valve controller comprising: a brushless DC motor as a drive source; and a brushless DC motor A first position detector that detects the motor shaft rotation angle and outputs a discrete signal in the form of a pulse; and a second position that detects the valve shaft rotation angle of the valve mechanism and outputs a continuous signal as an analog voltage A discrete motor shaft rotation angle output from the first position detector at that time, driven by a reference command input from the outside, and a second position Based on the analog voltage output from the detector, a calibration processing step for determining the relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage, and based on the relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage determined in the calibration processing step. The correction processing step for converting the analog voltage output from the second position detector into the valve shaft rotation angle, the valve shaft rotation angle converted in the correction processing step, and the valve shaft position command input from the outside, based on a control step of generating a drive command to the brushless DC motor, a motor shaft rotation angle outputted from the first position detector, based on the converted valve shaft rotational angle correction processing steps, the detecting a malfunction of the two-position detector, comprising: a failure detection processing step of determining whether or not to apply the output of the first position detector, a key Calibration processing steps are those regularly executed after the valve assembly or vehicle mounted.
この発明に係る電子制御式バルブの制御装置および制御方法によれば、キャリブレーション処理部(ステップ)は、外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの第1位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、第2位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求め、補正処理部(ステップ)は、キャリブレーション処理部で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第2位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換し、制御部(ステップ)は、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスDCモータへの駆動指令を生成し、故障検出処理部(ステップ)は、第1位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、第1位置検出器および第2位置検出器の少なくとも一方の故障を検出する。
そのため、簡易かつ低コストな構成で、故障検出処理を実行するとともに、高速かつ高精度な位置制御を実現することができる。According to the control device and control method for an electronically controlled valve according to the present invention, the calibration processing unit (step) is driven by a reference command input from the outside, and is output from the first position detector at that time. Based on the discrete motor shaft rotation angle and the analog voltage output from the second position detector, the relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage is obtained, and the correction processing unit (step) is a calibration processing unit. The analog voltage output from the second position detector is converted into the valve shaft rotation angle based on the relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage obtained in step 5, and the control unit (step) is output from the correction processing unit. A drive command to the brushless DC motor is generated based on the valve shaft rotation angle and the valve shaft position command input from the outside, and the failure detection processing unit (step) A motor shaft rotation angle output from the first position detector, based on the valve shaft rotation angle output from the correction processing unit, for detecting at least one of the failure of the first position detector and a second position detector.
Therefore, the failure detection process can be executed with a simple and low-cost configuration, and high-speed and highly accurate position control can be realized.
以下、この発明に係る電子制御式バルブの制御装置および制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a control device and a control method for an electronically controlled valve according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. To do.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る電子制御式バルブの制御装置について、図1〜8を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る電子制御式バルブの制御装置を、バルブ機構1とともに示すブロック構成図である。以下、バルブ機構1と電子制御式バルブの制御装置とを合わせて制御システムと称する。
A control device for an electronically controlled valve according to
図1において、この制御システムは、バルブ機構1、ブラシレスDCモータ(BLDCM)2、ブラシレスDCモータ2の駆動回路であるインバータ3、PWM処理部4、ブラシレスDCモータ2のモータ回転軸(厳密には、モータロータ回転軸)の角度(モータ軸回転角)を検出する第1位置検出器5、およびバルブ機構1のバルブ回転軸の角度(バルブ軸回転角)を検出する第2位置検出器6を備えている。
In FIG. 1, this control system includes a
また、この制御システムには、第1位置検出器5および第2位置検出器6の検出値をもとにキャリブレーションを行うキャリブレーション処理部10、第2位置検出器6の検出値に対して補正を加える補正処理部20、バルブ軸回転角を所定の位置に整定させるための制御部30、および第1位置検出器5および第2位置検出器6の故障を判定する故障検出処理部40が設けられている。
The control system also includes a
バルブ機構1を駆動するアクチュエータは、ブラシレスDCモータ2である。また、ブラシレスDCモータ2には、例えばロータに着磁された磁石の磁極位置を、ホールICのようなパルス出力形式で出力する第1位置検出器5が設けられている。第1位置検出器5の角度分解能は、例えば電気角で60deg、30degまたは15degであって、離散的にモータ軸回転角を検出するものとする。
The actuator that drives the
また、バルブ機構1のバルブ軸回転角を検出する第2位置検出器6は、例えばバルブ軸に磁石を備え、バルブ軸の回転に伴う磁界変化を、アナログ出力形式で出力する非接触式の磁気センサとする。
The
なお、バルブ機構1には、付勢手段として、スプリング(図示せず)が連結されている。スプリングには、プレロードが与えられており、スプリングによるリターントルクが、例えばバルブ機構1のバルブ軸(図示せず)の閉弁方向に作用する。
Note that a spring (not shown) is connected to the
一方、ブラシレスDCモータ2には、モータ回転軸と連動した歯車減速機のような動力伝達機構(図示せず)を介してスプリングが連結されており、バルブ機構1が制御されない状態(例えば通電カットされた状態)では、スプリングのプレロードによるリターントルクで、バルブ軸が機械端に押し当てられた状態となる、いわゆる機構的なフェールセーフ機能を有している。
On the other hand, a spring is connected to the
続いて、電子制御式バルブの制御装置の制御の概略的な流れについて説明する。この制御装置は、バルブ軸回転角を所定角度に整定することを主目的としており、位置指令に対して実位置(バルブ軸回転角)が追従するようにフィードバック制御が組まれる。 Next, a schematic flow of control of the electronically controlled valve control device will be described. This control device is mainly intended to set the valve shaft rotation angle to a predetermined angle, and feedback control is set so that the actual position (valve shaft rotation angle) follows the position command.
具体的には、位置指令と実位置とに基づいて制御部30で駆動指令を算出し、この駆動指令をPWM処理部4に入力することで、PWM処理部4からはPWM指令が出力される。また、PWM指令に基づいてインバータ3のハイサイドアームおよびローサイドアームを適切なタイミングでスイッチングすることで、ブラシレスDCモータ2が目標値に追従するように駆動される。
Specifically, the
ここで、バルブ機構1に設けられた第2位置検出器6は、アナログ出力形式なので、フィードバック制御におけるフィードバック量である実位置を、角度の次元にスケーリングする必要がある。そこで、以下の初期化動作を実行する。
Here, since the
まず、フィードバック制御を組む前に、参照指令として、例えば一定量の電圧を駆動指令として与え、オープンループでブラシレスDCモータ2を一方向に駆動させる。このとき、ブラシレスDCモータ2のモータ軸回転角を検出する第1位置検出器5の出力と、バルブ機構1に設けられた第2位置検出器6の出力であるアナログ電圧としてのバルブ軸回転角とに基づいて、キャリブレーション処理部10で、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求める。
First, before assembling feedback control, for example, a certain amount of voltage is given as a drive command as a reference command, and the
なお、この初期化動作においては、参照指令とPWM処理部4とが接続され、キャリブレーション処理部10と補正処理部20とが非接続である点に留意する。この初期化動作が完了すると、キャリブレーション処理部10で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係を補正処理部20に移植するために、キャリブレーション処理部10と補正処理部20とが一旦接続され、移植が完了した時点で再び非接続となる。その後、PWM処理部4と制御部30とが接続され、フィードバック制御が可能な状態となる。
Note that in this initialization operation, the reference command and the
また、補正処理部20は、キャリブレーション処理部10で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係と、動力伝達機構の減速比とを情報として有しており、第2位置検出器6からのアナログ電圧をバルブ軸回転角に補正し、これを実位置として出力することで、バルブ軸回転角を目標値に追従させるフィードバック制御系が構成される。
Further, the
また、故障検出処理部40は、補正処理部20の出力であるバルブ軸回転角と、第1位置検出器5の出力であるモータ軸回転角とに基づいて、第2位置検出器6の故障判定を実行し、判定結果をPWM処理部4に出力する。なお、故障検出処理部40は、制御装置の動作中は、常時第2位置検出器6の故障判定を実行している。
Further, the failure
以上が、電子制御式バルブの制御装置の制御の概略的な流れである。次に、演算処理を実行するキャリブレーション処理部10、補正処理部20、制御部30および故障検出処理部40の各部について詳細に説明する。
The above is a schematic flow of the control of the electronically controlled valve control device. Next, each part of the
まず、図2を参照しながら、キャリブレーション処理部10の演算処理について説明する。図2は、図1のキャリブレーション処理部10を詳細に示すブロック構成図である。キャリブレーション処理部10は、電気角の時系列テーブル11、電圧の時系列テーブル12および電圧と電気角との関係を示すテーブル13を有し、第1位置検出器5の出力および第2位置検出器6の出力を入力とする。
First, the calculation processing of the
キャリブレーション処理部10の演算処理は、参照指令とPWM処理部4とが接続された状態でブラシレスDCモータ2が強制的に駆動されている状態で実行されるので、第1位置検出器5のパルス状の入力をパルスのエッジでカウントアップすることで、電気角の時系列テーブル11が生成される。ここで、第1位置検出器5の出力は、上述したように離散的な信号であって、階段状の1ステップが電気角分解能θe0に相当する。Since the calculation processing of the
また、同時に、第2位置検出器6のアナログ状の入力電圧に基づいて、電圧の時系列テーブル12が生成される。このとき、電気角の時系列テーブル11と電圧の時系列テーブル12とは、同期して取得されているので、両者を組み合わせると、電気角1ステップ毎の電圧が離散的に取得されることとなり、結果的に、電圧と電気角との関係を示すテーブル13が生成される。なお、この電圧と電気角との関係は、次式(1)の関数として表される。
At the same time, the voltage time series table 12 is generated based on the analog input voltage of the
式(1)において、f(V)は、電圧Vの関数であることを示している。なお、式(1)の最も簡単な例としては、電気角θeを、電圧Vの一次式とする近似であるが、第2位置検出器6の電気的特性が完全に線形ではないことを考慮して、一般的に電圧Vの多項式として近似してもよい。その結果、キャリブレーション処理部10は、電圧と電気角との関係である式(1)を出力する。In the formula (1), f (V) indicates that it is a function of the voltage V. The simplest example of the expression (1) is an approximation in which the electrical angle θ e is a linear expression of the voltage V, but the electrical characteristics of the
すなわち、キャリブレーション処理部10は、式(1)に相当する電圧と電気角との情報を出力することになるが、出力の形式はこれに限らず、例えば、電圧と電気角との関係を示すテーブル13をそのまま出力し、後述する補正処理部20内で上記テーブルを外挿または内挿して用いてもよい。
That is, the
また、このキャリブレーション処理部10での演算処理は、電子制御式バルブの組立後に1回以上実行することはもちろんのこと、バルブの車両搭載後においても定期的に実行してもよい。
In addition, the arithmetic processing in the
次に、図3を参照しながら、補正処理部20の演算処理について説明する。図3は、図1の補正処理部20を詳細に示すブロック構成図である。図3において、補正処理部20は、伝達機構系および検出器系の補正処理部21を有し、上述した電圧と電気角との関係と、第2位置検出器6からのアナログ電圧とに基づいて、次式(2)を用いて電圧を補正する。
Next, the calculation processing of the
式(2)において、θvは補正処理部20の出力であるバルブ軸回転角を示し、pnはモータ極対数を示し、ηは減速比を示している。また、式(2)において、pnおよびηは定数なので、第2位置検出器6の出力である電圧から補正したバルブ軸回転角を得ることができる。In the formula (2), θ v represents the valve shaft rotation angle, which is the output of the
このように、初期化動作でキャリブレーション処理部10が電圧と電気角との関係を求め、補正処理部20に移植することによって、第2位置検出器6の出力電圧の、角度へのスケーリングが可能になる。また、キャリブレーション処理部10においては、式(1)におけるf(V)を多項式近似で表現しているので、第2位置検出器6が有するアナログ出力形式特有の非線形特性も補正され、バルブ軸回転角の高分解能化が可能となる。
In this way, the
さらに、磁石と検出面との間のギャップ調整等に代表される組立時の公差およびセンサ個体差に起因した出力のばらつきも補正することができるので、通常のようにデータシート上で既知なセンサ単体の特性をそのまま適用する場合と比較して、センサの出力ばらつきも抑制することができる。 Furthermore, it is possible to correct variations in output caused by tolerances during assembly, such as adjusting the gap between the magnet and the detection surface, and individual sensor differences. Compared with the case where the single characteristic is applied as it is, the output variation of the sensor can also be suppressed.
続いて、図4〜6を参照しながら、制御部30の演算処理について説明する。図4は、図1の制御部30を詳細に示すブロック構成図である。図4において、制御部30は、第1制御部31および第2制御部32を有し、位置指令、実位置(バルブ軸回転角)およびインバータ3の母線電圧が入力されて、駆動指令を出力する。
Next, the calculation process of the
なお、以降に示すフィードバック制御の状態では、参照指令とPWM処理部4とは非接続となり、制御部30とPWM処理部4とが接続状態となる。また、キャリブレーション処理部10と補正処理部20とは非接続となる。
In the feedback control state described below, the reference command and the
図5は、図4の第1制御部31を詳細に示すブロック構成図である。図5において、第1制御部31は、不感帯311、PID制御器312および飽和器313を有している。また、第1制御部31は、位置指令および実位置(バルブ軸回転角)が入力されて、電流指令、具体的にはq軸電流指令を出力するもので、位置指令と実位置との実偏差を零にするように電流指令が演算され、出力される制御系である。
FIG. 5 is a block diagram showing in detail the
不感帯311は、この実偏差に対して作用するものであり、具体的な演算は、次式(3)で表される。式(3)において、eは位置指令と実位置との実偏差を示し、εは不感帯幅を示し、kは不感帯の間の傾きを示し、e’は修正偏差を示している。
The
この不感帯311は、PID制御で一般的に使用されるものであるが、作動流体等の負荷抵抗が作用する電子制御式バルブでは、特に実偏差の小さい領域において、第1制御部31の出力である電流指令の感度を小さくすることで、バルブを任意開度で保持する際の微振動を抑制することができる。
This
PID制御器312は、比例器、積分器および微分器(望ましくは、擬似微分器)からなる制御器であって、図5では、一例として微分先行型PI−D制御の構成を示している。しかしながら、これ以外にも、I−PD制御等、古典制御理論の範疇であれば、どのような構成であってもよい。また、飽和器313は、電流指令を上下限値で制限処理する。
The
図6は、図4の第2制御部32を詳細に示すブロック構成図である。図6において、第2制御部32は、電流指令分配器321、誘起電圧推定器322、2つの電流制御器323A、323B、2つの電流推定器324A、324B、飽和器325、電圧補正器326、バルブ軸/電気角変換器327、フィルタ328および位相補正器329を有している。
FIG. 6 is a block diagram showing in detail the
以下、第2制御部32の各部の動作について説明する。なお、第2制御部32は、電流指令、実位置(バルブ軸回転角)およびインバータ3の母線電圧が入力されて、駆動指令である相電圧指令を出力するものであって、いわゆる電流制御を電流センサレスで実現している。
Hereinafter, the operation of each unit of the
電流指令分配器321は、電流指令(q軸電流指令)iq_comを、U相電流指令iu_comおよびV相電流指令iv_comに分配する処理を行う。ここで、分配に当たって必要な電気角は、バルブ軸/電気角変換器327で、実位置であるバルブ軸回転角を、モータ軸回転角(電気角)に変換する次式(4)によって得られる。The
式(4)により、連続的に変化する電気角が与えられるので、ブラシレスDCモータ2の駆動方式の1つである正弦波駆動が可能となる。なお、正弦波駆動以外にも、120度通電矩形波駆動や180度通電矩形波駆動も可能であることは、いうまでもない。
Since the electric angle which changes continuously is given by the equation (4), sinusoidal driving, which is one of the driving methods of the
また、電流指令分配器321は、次式(5)を用いて、直流電流を交流電流に分配する。
The
ここで、式(5)の右辺C(θe、Δθe)は、電気角θeと後述する位相補正量Δθeとの関数であり、三角関数を要素として持つ3×2の方向余弦行列である。また、式(5)の左辺のW相電流指令iw_comは、ブラシレスDCモータ2の電流制御において、3相のうちの2相が制御できれば、残り1相も自動的に制御できるので計算する必要はない。また、式(5)の右辺のd軸電流指令id_comも、簡単のために零とする。Here, the right side C (θ e , Δθ e ) of Expression (5) is a function of the electrical angle θ e and a phase correction amount Δθ e described later, and a 3 × 2 direction cosine matrix having a trigonometric function as an element. It is. Further, the W-phase current command i w_com on the left side of the equation (5) needs to be calculated because in the current control of the
したがって、電流指令分配器321における入出力関係としては、入力が、電流指令、バルブ軸/電気角変換器327から出力された電気角、この電気角をフィルタ328で擬似微分して得られた電気角速度、および位相補正器329から出力された位相補正量Δθeであって、出力が、U相電流指令iu_comおよびV相電流指令iv_comである。なお、フィルタ328および位相補正器329については、後述する。Therefore, the input / output relationship in the
誘起電圧推定器322は、駆動中にブラシレスDCモータ2の各相巻線に発生する誘起電圧を推定する。誘起電圧推定器322の出力であるU相推定誘起電圧eu_estおよびV相推定誘起電圧ev_estは、次式(6)で表される。The induced
ここで、式(6)の右辺のωeは、電気角速度であり、enormは、例えばブラシレスDCモータ2を外部からある一定回転数で駆動させた場合に、ブラシレスDCモータ2に発生するU相誘起電圧およびV相誘起電圧の片振幅を、当該回転数で除した単位角速度あたりの電圧であり、D(θe、Δθe)は、電気角θeと位相補正量Δθeとの関数として表現される三角関数の要素を持つ2×1のベクトルである。Here, ω e on the right side of Equation (6) is an electrical angular velocity, and e norm is, for example, U generated in the
続いて、フィルタ328および位相補正器329について説明する。フィルタ328は、バルブ軸/電気角変換器327の出力として得られる電気角を時間微分して、電気角速度ωeを生成するものである。例えば、フィルタ328を擬似微分器とすれば、次式(7)で表される。Subsequently, the
式(7)において、Tおよびαは定数を示している。式(7)のように、右辺分母の特性である一次遅れ要素を加えることで、観測ノイズ等の影響を受けにくくすることができる。また、当然のことながら、フィルタ328は、式(7)で表される擬似微分器以外にも、移動平均フィルタや、前進差分、後退差分のような単純な要素としてもよく、位置から速度を求めるための演算であれば、どのような要素あってもよい。
In the formula (7), T and α are constants. By adding a first-order lag element that is a characteristic of the right-hand side denominator as in Expression (7), it can be made less susceptible to observation noise and the like. As a matter of course, the
次に、位相補正器329について説明する。一般的に、第2制御部32のように、モータ制御に電流ループが存在する場合、モータ角速度の増大に伴って、電流ループの制御周期の影響により、実位置の読み込み遅れ(位相遅れ)が増大する。
Next, the
このことを図6と照らし合わせると、電流指令分配器321の出力である相電流指令および誘起電圧推定器322の出力である推定誘起電圧の位相が、モータ実機の実相電流や実誘起電圧の応答に対して遅れる結果、ブラシレスDCモータ2の応答性が低下する。そこで、位相補正器329は、この応答性低下を解消するために、制御周期に起因する制御演算の位相遅れ分を補正するという観点で導入される。
In comparison with FIG. 6, the phase of the phase current command that is the output of the
位相補正器329は、次式(8)を用いて算出される位相補正量Δθeを、電流指令分配器321および誘起電圧推定器322に出力する。式(8)において、TθはブラシレスDCモータ2の一定回転数における電気角1周期の時間を示し、Δtcは第2制御部32の制御周期を示している。The
すなわち、電流指令分配器321の出力である相電流指令および誘起電圧推定器322の出力である推定誘起電圧を推定する場合に必要な電気角に対して、位相補正器329の出力である位相補正量Δθeを加味することで、電流制御する第2制御部32の制御周期による各相の電流指令の演算遅れや、誘起電圧の演算遅れを抑制することができる。なお、位相補正量Δθeは、例えばブラシレスDCモータ2が発生しうる最大角速度から決定した固定値として設定することができる。In other words, the phase correction that is the output of the
続いて、電流制御器323A、323Bは、電流指令分配器321の出力であるU相電流指令iu_comおよびV相電流指令iv_comと、後述するU相推定電流iu_estおよびV相推定電流iv_estとをそれぞれ差分演算した電流偏差であるiu_com−iu_est、iv_com−iv_estに基づいて、U相電圧指令およびV相電圧指令を生成するものである。最も簡単な例としては、公知技術である電流偏差に比例した電圧指令の出力となるように、比例器のみで電流制御器323A、323Bを構成する。なお、これ以外にも、電流制御器323A、323Bを比例器および積分器で構成してもよい。Subsequently, the
次に、電圧補正器326について説明する。車載用途で用いられる電子制御式バルブでは、その動力源としてバッテリが用いられることが多い。一般的に、バッテリは、経年変化によるバッテリ電圧の低下や、キーON時等のバッテリ電圧の変動といった電圧変化を生じる。具体的には、例えばブラシレスDCモータ2がインバータ3の定格電圧で駆動されている場合に、電圧レベルが低下すると、制御系から出力される駆動指令が同じであっても、ブラシレスDCモータ2の回転数は低下する。
Next, the
このことを制御系の観点から見ると、制御系のゲインが小さくなっていることと等価である。したがって、このように動力源の変化によっても、応答性を損なうことなく安定した駆動を実現するためには、制御系から出力される駆動指令を補正する必要がある。そこで、電圧補正器326は、電流制御器323A、323Bの出力である相電圧指令を、次式(9)を用いて補正する。
From the viewpoint of the control system, this is equivalent to a reduction in the gain of the control system. Therefore, it is necessary to correct the drive command output from the control system in order to realize stable driving without impairing responsiveness even when the power source changes in this way. Therefore, the
ここで、式(9)の左辺Vu_comp、Vv_compおよびVw_compは、電圧補正器326の出力としての各相の相電圧指令である。また、式(9)の右辺について、Vbaseは基準電圧(固定値)を示し、Vbusはインバータ3の母線電圧を示し、Vu *およびVv *は電流制御器323A、323Bの出力であるU相およびV相の相電圧指令であって、Vw *は上記Vu *およびVv *から演算されるW相の相電圧指令である。このようにして、VbusがVbaseに対して小さい場合は、相電圧指令を増やし、逆に、VbusがVbaseに対して大きい場合は、相電圧指令を減らす操作を自動的に行うので、電圧変動による応答性劣化を防止することができる。Here, the left sides V u_comp , V v_comp, and V w_comp of Equation (9) are phase voltage commands for each phase as the output of the
次に、飽和器325は、インバータ3の電圧レベルに応じて、U相電圧指令、V相電圧指令およびW相電圧指令の片振幅を制限するものである。
Next, the
続いて、電流推定器324A、324Bは、飽和器325の出力として得られるU相電圧指令Vu_comp *およびV相電圧指令Vv_comp *と、前述した誘起電圧推定器322の出力として得られるU相推定誘起電圧eu_estおよびV相推定誘起電圧ev_estとに基づいて、U相およびV相に流れる相電流を推定するものである。Subsequently, the current estimators 324 </ b > A and 324 </ b > B output the U-phase voltage command V u_comp * and the V-phase voltage command V v_comp * obtained as outputs of the
一般的に、3相モータの相電流を個別にフィードバック制御する一般的な電流制御では、第2制御部32のゲイン(すなわち、電流制御器323A、323Bのゲイン)を、電流応答が発振しない程度にまでハイゲイン設定し、電流制御の帯域幅を広くして応答性を向上させる。
In general, in general current control in which the phase current of the three-phase motor is individually feedback-controlled, the gain of the second control unit 32 (that is, the gain of the
一方、電流センサを用いずに、擬似的に電流フィードバック制御を実行する場合においても同様に、誘起電圧の推定精度や電流推定器324A、324Bの電流モデルの精度が高く、第2制御部32のゲイン(すなわち、電流制御器323A、323Bのゲイン)を、電流応答が発振しない程度にまでハイゲイン設定すれば、実相電流と推定相電流とはよく一致し、電流応答は向上する。また、このような状態においては、相電圧指令は、3相モータの実相電圧と一致しているものと見なすことができる。
On the other hand, when pseudo current feedback control is executed without using a current sensor, the estimation accuracy of the induced voltage and the accuracy of the current model of the
そこで、U相推定電流iu_estおよびV相推定電流iv_estを演算するために、電流推定器324A、324Bの電流モデルとして、例えばハーネスを含む1相あたりの巻線抵抗をR、1相あたりの巻線インダクタンスをLとした一次遅れ要素を設定する。ここで、電流推定器324A、324Bの具体的な演算は、第2制御部32の制御周期をΔtcとして、次式(10)および次式(11)で表される。式(10)および式(11)において、nはサンプリング数であり、正の整数である。Therefore, in order to calculate the U-phase estimated current i u_est and the V-phase estimated current i v_est , as a current model of the
以上が、電流推定器324A、324Bを一次遅れ要素としてモデル化した場合におけるU相推定電流iu_estおよびV相推定電流iv_estの演算方法である。The above is the
このように、バルブ機構1を開閉制御する場合に、誘起電圧推定器322の出力であるU相およびV相の推定誘起電圧と、飽和器325の出力であるU相およびV相の相電圧指令とに基づいて、3相モータ1相あたりの電圧と電流との関係を一次遅れ要素でモデル化した、電流推定器324A、324Bで演算される各相の推定電流(式(10)および式(11)参照)を、相電流指令に対してフィードバックする構成とすることで、電流センサを不要とした擬似的な電流フィードバック制御系、すなわち電流センサレス制御系を構成することができる。
As described above, when the
また、バルブ機構1をブラシレスDCモータ2で開閉制御する用途において、特にフェールセーフ目的のスプリングが設けられているバルブ機構1では、スプリングによるリターントルクがモータ発生トルクに重畳して、速度が出やすい方向に駆動する場合に、速度上昇による誘起電圧上昇によって、ブラシレスDCモータ2に流れる電流が減少し、停止位置近辺でブレーキを作用させるための電流を流しにくくなって、バルブが機械端と衝突してバウンドするという状態が起こりうる。しかしながら、上述した擬似的な電流フィードバック制御系を構成した第2制御部32の作用によって、巻線インダクタンスの影響による電流遅れを補償できるので、機械端と衝突することなく、高速な応答を実現することができる。
Also, in applications where the
次に、図7を参照しながら、故障検出処理部40の演算処理について説明する。図7は、図1の故障検出処理部40を詳細に示すブロック構成図である。図7において、故障検出処理部40は、電気角の時系列テーブル41、電気角/バルブ軸変換器42および条件判定部43を有し、補正処理部20の出力であるバルブ軸回転角および第1位置検出器5のパルス状の出力が入力されて、駆動可否判定フラグをPWM処理部4に出力する。
Next, the calculation process of the failure
第1位置検出器5のパルス状の入力は、パルスのエッジでカウントアップされ、電気角の時系列テーブル41が生成される。このとき、第1位置検出器5の出力は、離散的な信号なので、階段状の1ステップが電気角分解能θe0に相当する。電気角/バルブ軸変換器42は、電気角の時系列テーブル41から出力される離散的な信号を、次式(12)を用いて、バルブ軸回転角に変換する。The pulse-like input of the first position detector 5 is counted up at the edge of the pulse, and the electrical angle time series table 41 is generated. At this time, since the output of the first position detector 5 is a discrete signal, one step in a step shape corresponds to the electrical angle resolution θ e0 . The electrical angle /
式(12)において、θed_vは電気角/バルブ軸変換器42の出力を示し、θedは電気角/バルブ軸変換器42の入力を示し、pnはモータ極対数を示し、ηは減速比を示している。なお、モータ極対数pnおよび減速比ηは、定数である。In equation (12), θ ed_v indicates the output of the electrical angle /
続いて、条件判定部43は、電気角/バルブ軸変換器42で演算されたθed_vと、バルブ軸回転角θvとの偏差に基づいて、第2位置検出器6の故障判定を実行する。条件判定部43の具体的な演算過程を、図8のフローチャートを参照しながら説明する。Subsequently, the
まず、条件判定部43は、バルブ軸回転角θvと電気角/バルブ軸変換器42で演算されたθed_vとの偏差の絶対値が、角度閾値θth以下であるか否かを判定する(ステップS1)。First, the
ステップS1において、偏差の絶対値が角度閾値θth以下である(すなわち、Yes)と判定された場合には、第2位置検出器6が正常であると判断し、駆動可能であるという駆動可否判定フラグを出力して(ステップS2)、図8の処理を終了する。In step S1, when it is determined that the absolute value of the deviation is equal to or smaller than the angle threshold value θth (that is, Yes), it is determined that the
一方、ステップS1において、偏差の絶対値が角度閾値θth以下でない(すなわち、No)と判定された場合には、第2位置検出器6が異常であると判断し、駆動不可能であるという駆動可否判定フラグを出力して(ステップS3)、図8の処理を終了する。On the other hand, if it is determined in step S1 that the absolute value of the deviation is not equal to or smaller than the angle threshold θth (that is, No), it is determined that the
この駆動可否判定フラグは、PWM処理部4に出力され、受けたフラグが駆動不可能なフラグであれば、PWM処理部4内で駆動指令を強制的に零として、ブラシレスDCモータ2を強制停止させる。すなわち、補正処理部20の出力であるバルブ軸回転角と、第1位置検出器5の出力から式(12)を用いて求めた値とを比較することで、第1位置検出器5と第2位置検出器6とが単一構成であっても、簡易的な論理で第2位置検出器6の故障を検出できるとともに、モータを強制停止させることができる。
This drive propriety determination flag is output to the
このように、バルブ機構1に設けられた第2位置検出器6の出力を高分解能化した量でフィードバック制御が実行され、かつ内部ループに電流センサレスの電流制御系を構成したことから、高速かつ高精度な位置制御を実現することができる。さらに、バルブ機構1およびブラシレスDCモータ2にそれぞれ単一構成のセンサを設けてセンサ個数を減らすことで、位置検出器の故障検出を簡易かつ低コストで実現することができる。
As described above, the feedback control is executed with the amount of the output of the
以上のように、実施の形態1によれば、キャリブレーション処理部(ステップ)は、外部から入力される参照指令で駆動される際の、第1位置検出器から出力されるパルス形式の離散的なモータ軸回転角と、第2位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、モータ軸回転角とアナログ電圧との関係を求め、補正処理部(ステップ)は、キャリブレーション処理部で求めたモータ軸回転角とアナログ電圧との関係に基づいて、第2位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換し、制御部(ステップ)は、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、ブラシレスDCモータへの駆動指令を生成し、故障検出処理部(ステップ)は、第1位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、第1位置検出器および第2位置検出器の少なくとも一方の故障を検出する。
そのため、簡易かつ低コストな構成で、故障検出処理を実行するとともに、第2位置検出器の出力ばらつきが抑制されたバルブ軸回転角をフィードバック量とした高速かつ高精度な位置制御を実現することができる。As described above, according to the first embodiment, the calibration processing unit (step) is discrete in the form of pulses output from the first position detector when driven by a reference command input from the outside. The relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage is obtained based on the correct motor shaft rotation angle and the analog voltage output from the second position detector, and the correction processing unit (step) is obtained by the calibration processing unit. Based on the relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage, the analog voltage output from the second position detector is converted into the valve shaft rotation angle, and the control unit (step) outputs the valve output from the correction processing unit. A drive command to the brushless DC motor is generated based on the shaft rotation angle and the valve shaft position command input from the outside, and the failure detection processing unit (step) is output from the first position detector. A motor shaft rotation angle that, based on the valve shaft rotation angle output from the correction processing unit, for detecting at least one of the failure of the first position detector and a second position detector.
For this reason, failure detection processing is executed with a simple and low-cost configuration, and high-speed and high-accuracy position control is realized using the valve shaft rotation angle in which the output variation of the second position detector is suppressed as a feedback amount. Can do.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る電子制御式バルブの制御装置について、図9〜13を参照しながら説明する。図9は、この発明の実施の形態2に係る電子制御式バルブの制御装置を、バルブ機構とともに示すブロック構成図である。
An electronically controlled valve control apparatus according to
この発明の実施の形態2が、上述した実施の形態1と異なる点を図9について示すと、制御部30Aに入力される実位置が、補正処理部20の出力と第1位置検出器5の出力とで選択される点、および図示していないが、制御部30Aに入力される位置指令が、実位置の選択に応じて変更される点である。
When the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment described above with reference to FIG. 9, the actual position input to the
図10は、図9の制御部30Aにおける第2制御部32Aを詳細に示すブロック構成図である。図10において、実位置の選択に応じて、バルブ軸/電気角変換器327の出力と、第1位置検出器5の出力とが選択される点が、上述した実施の形態1と異なる。
FIG. 10 is a block diagram showing in detail the
また、図9において、実位置の選択を考慮したことにより、故障検出処理部40Aの構成も上述した実施の形態1と異なっている。以下、故障検出処理部40Aの構成および演算処理について、詳細に説明する。
Further, in FIG. 9, the configuration of the failure
なお、この発明の実施の形態2の主たる目的は、第2位置検出器6が故障した場合であっても、第1位置検出器5の出力を用いて、バルブ機構1の開閉制御を継続可能とすることにある。
The main object of the second embodiment of the present invention is to continue the opening / closing control of the
図11は、図9の故障検出処理部40Aを詳細に示すブロック構成図である。図11において、故障検出処理部40Aは、図7に示した条件判定部43に代えて、2段階の第1条件判定部44および第2条件判定部45を有している。
FIG. 11 is a block diagram showing in detail the failure
第1条件判定部44の具体的な演算過程を、図12のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、第1条件判定部44は、実施の形態1と同様に、バルブ軸回転角θvと電気角/バルブ軸変換器42で演算されたθed_vとの偏差の絶対値が、角度閾値θth以下であるか否かを判定する(ステップS1)。A specific calculation process of the first
First, as in the first embodiment, the first
ステップS1において、偏差の絶対値が角度閾値θth以下である(すなわち、Yes)と判定された場合には、第2位置検出器6が正常であると判断し、第2位置検出器6が正常であるというフラグを出力して(ステップS11)、図12の処理を終了する。In step S1, when it is determined that the absolute value of the deviation is equal to or smaller than the angle threshold θth (that is, Yes), it is determined that the
一方、ステップS1において、偏差の絶対値が角度閾値θth以下でない(すなわち、No)と判定された場合には、第2位置検出器6が異常であると判断し、第2位置検出器6が異常であるというフラグを出力して(ステップS12)、図12の処理を終了する。On the other hand, if it is determined in step S1 that the absolute value of the deviation is not equal to or smaller than the angle threshold θth (that is, No), it is determined that the
続いて、第2条件判定部45の具体的な演算過程を、図13のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、第2条件判定部45は、第1条件判定部44から出力されるフラグに基づいて、第2位置検出器6が正常であるか否かを判定する(ステップS21)。Next, a specific calculation process of the second
First, the second
ステップS21において、第2位置検出器6が正常である(すなわち、Yes)と判定された場合には、駆動可能であるという駆動可否判定フラグをPWM処理部4に出力して(ステップS22)、図13の処理を終了する。これにより、第2位置検出器6の出力をフィードバック量としたバルブ機構1の開閉制御が実行される。
If it is determined in step S21 that the
一方、ステップS21において、第2位置検出器6が異常である(すなわち、No)と判定された場合には、第2条件判定部45は、第1位置検出器5の出力をフィードバック量として適用するか否かを判定する(ステップS23)。
On the other hand, if it is determined in step S21 that the
なお、この判定は、単に第1位置検出器5の出力を適用するか否かを決めるだけでもよい。また、これに限定されず、例えば一旦フィードバックループを切って、参照指令でブラシレスDCモータ2を一定回転数で駆動した場合に、一定回転数から算出される第1位置検出器5のカウント数の理論的な時間幅と、実際に第1位置検出器5から出力されたパルスをカウントしたときの時間幅との差分の絶対値が所定時間幅以下か否かで、第1位置検出器5の出力を適用するか否かを決めてもよい。
Note that this determination may be made simply by determining whether or not to apply the output of the first position detector 5. Further, the present invention is not limited to this. For example, when the feedback loop is once cut and the
ステップS23において、第1位置検出器5の出力を適用する(すなわち、Yes)と判定された場合には、第2条件判定部45は、駆動可能であるという駆動可否判定フラグをPWM処理部4に出力して(ステップS24)、図13の処理を終了する。
If it is determined in step S23 that the output of the first position detector 5 is to be applied (that is, Yes), the second
これにより、第1位置検出器5の出力をフィードバック量としたバルブ機構1の開閉制御に移行するので、この時点で、制御部30Aへの入力である実位置および位置指令は、第1位置検出器5を参照した実位置およびモータ軸回転角換算の位置指令にそれぞれスイッチされる。また、制御部30A内の第2制御部32Aへの入力である実位置も、第1位置検出器5を参照した実位置へとスイッチされる。
As a result, the control is shifted to the opening / closing control of the
一方、ステップS23において、第1位置検出器5の出力を適用しない(すなわち、No)と判定された場合には、第2条件判定部45は、駆動不可能であるという駆動可否判定フラグをPWM処理部4に出力して(ステップS25)、図13の処理を終了する。これにより、ブラシレスDCモータ2が停止される。
On the other hand, if it is determined in step S23 that the output of the first position detector 5 is not applied (that is, No), the second
このようにすることで、第2位置検出器6が異常であっても、第1位置検出器5の出力を位置のフィードバック量とした駆動制御を継続することが可能となり、位置検出器を相互に監視する簡易なロジックとともに、電子制御式バルブの故障耐性を向上させることができる。
In this way, even if the
なお、上記実施の形態2においては、フィードバック量として第1位置検出器5の出力を適用する状態に移行した時点で、ブラシレスDCモータ2のモータ軸回転角として、離散的な電気角の信号を扱うことになるので、式(5)および式(6)で示した行列C(θe、Δθe)およびベクトルD(θe、Δθe)が、電気角分解能毎の離散的な値となる。In the second embodiment, when the output of the first position detector 5 is applied as the feedback amount, a discrete electrical angle signal is used as the motor shaft rotation angle of the
この場合、実施の形態1で用いる三角関数の演算が必要なくなり、電気角分解能毎に零次ホールドしたものとして、行列C(θe、Δθe)およびベクトルD(θe、Δθe)の要素を、三角関数を使うことなく演算することができる。そのため、電子制御式バルブを駆動するための演算を行うDSP(Digital Signal Processor)やマイコンのような処理装置での演算負荷を軽減することができる。In this case, the calculation of the trigonometric function used in the first embodiment is not necessary, and the elements of the matrix C (θ e , Δθ e ) and the vector D (θ e , Δθ e ) are assumed to be zero-order held for each electrical angle resolution. Can be computed without using trigonometric functions. Therefore, it is possible to reduce a calculation load on a processing device such as a DSP (Digital Signal Processor) or a microcomputer that performs an operation for driving an electronically controlled valve.
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る電子制御式バルブの制御装置について、図14、15を参照しながら説明する。図14は、この発明の実施の形態3に係る電子制御式バルブの制御装置における位相補正器329Aの入出力関係を示す説明図である。なお、位相補正器329Aは、上述した実施の形態1、2の第2制御部32、32Aに適用される。
An electronically controlled valve control apparatus according to
上記実施の形態1で説明したように、位相補正器329は、第2制御部32、32Aの制御周期に起因した位相遅れ分を補正する目的で導入したものであるが、実施の形態1、2では、その位相遅れ分の補正量が固定値であると説明した。しかしながら、ブラシレスDCモータ2が停止している状態からの始動直後には、実位置の取り込みに位相遅れが存在しないので、補正量を固定値とすると、ブラシレスDCモータ2の始動不能、またはブラシレスDCモータ2が意図しない方向に駆動され、場合によっては発振するといった、電子制御式バルブにとっては不適な状態に陥ることがある。
As described in the first embodiment, the
そこで、これに対して、図14に示した位相補正器329Aは、フィルタ328の出力である角速度(電気角換算)に基づいて、位相補正量を変更可能な構成としている。位相補正器329Aにおける具体的な位相補正量を求める処理を、図15に示す。
Accordingly, the
図15(a)は、全閉状態を0degとしてバルブを駆動制御し、所定角度に整定させた場合の、モータ軸回転角(電気角)のプロファイルを示し、15(b)は、上記角度プロファイルにおけるモータの角速度プロファイルを示している。 FIG. 15A shows the profile of the motor shaft rotation angle (electrical angle) when the valve is driven and controlled at a fully closed state of 0 deg and is set to a predetermined angle, and FIG. 15B shows the angle profile. The angular velocity profile of the motor in is shown.
ここで、位相補正器329Aでは、図15(c)に示すように、停止状態での位相補正量を0として、図15(b)の角速度プロファイルを参照しながら、角速度の閾値を境にして一定の位相補正量を出力する。また、別の形態として、図15(d)に示すように、角速度の関数として曲線近似や直線近似を使用して、位相補正量を可変とした出力とする。
Here, in the
このようにすることで、ブラシレスDCモータ2の始動不能、またはブラシレスDCモータ2が意図しない方向に駆動され、場合によっては発振するといった、電子制御式バルブにとっては不適な状態を解消することができる。
By doing so, it is possible to eliminate a state unsuitable for an electronically controlled valve such that the
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る電子制御式バルブの制御装置について、図16〜18を参照しながら説明する。図16は、この発明の実施の形態4に係る電子制御式バルブの制御装置における第2制御部32Bを詳細に示すブロック構成図である。なお、不感帯補正器330は、上述した実施の形態1〜3の第2制御部32、32Aにも同様に適用できる。
A control device for an electronically controlled valve according to
ブラシレスDCモータおよびインバータを含む系では、モータプリドライバの特性やインバータに付随する寄生ダイオード等の影響で、相電圧指令が小さい領域で所定の電流が流せない不感帯領域が生じる場合がある。 In a system including a brushless DC motor and an inverter, there may be a dead zone where a predetermined current cannot flow in a region where the phase voltage command is small due to the characteristics of the motor predriver and the influence of a parasitic diode associated with the inverter.
具体的には、電流制御器323Aおよび323Bの出力である相電圧指令が小さい状態、すなわち相電圧指令のDuty比が小さい状態で、ブラシレスDCモータ2の巻線にこのDuty比相当の電圧が印加されず、Duty比相当の電圧を巻線抵抗で除した所定の電流が流せない状態が生じる。
Specifically, a voltage corresponding to this duty ratio is applied to the winding of the
そこで、飽和器325の出力をもとに、図17に示すように、横軸を飽和器325の出力である相電圧指令とし、縦軸を補正後相電圧としたテーブルを不感帯補正器330に具備する。ここで、電圧の不感帯δは、インバータ3とブラシレスDCモータ2とからなる系の挙動を実測して求める。上記系の挙動とは、インバータ3およびブラシレスDCモータ2までを系とした挙動であって、例えば、PWM処理部4の入力である駆動指令として、相電圧指令0から母線電圧Vbus相当までの相電圧指令の直流値を与えたときの巻線電流を計測すればよい。Therefore, based on the output of the
そして、図18に示すように、横軸を相電圧指令、縦軸を巻線電流として計測データを整理すれば、電圧の不感帯δを求めることができる。ここで、電圧の不感帯δは、正の実数である。また、図18には、電流の流れる方向が正の場合のみを示しているが、電流の流れる方向が負方向、すなわち駆動指令として、電圧指令0から母線電圧−Vbus相当までの電圧指令の直流値を与えたときの巻線電流を計測した結果から、負側の電圧の不感帯を求めることができる。As shown in FIG. 18, if the measurement data is arranged with the phase voltage command on the horizontal axis and the winding current on the vertical axis, the voltage dead zone δ can be obtained. Here, the dead band δ of the voltage is a positive real number. FIG. 18 shows only the case where the direction of current flow is positive, but the direction of current flow is negative, that is, as a drive command, the voltage command from the
ただし、電流の流れる方向が負方向の場合には、通常、図18の原点に対して点対称な計測データとなるので、電流の流れる方向が正方向における電圧の不感帯δに負の符号を付けた−δとして決定できる。よって、電圧の不感帯は、上記計測結果をもとにした固定値として定めることができる。当然のことながら、上記計測結果として電圧の不感帯が無ければ零としてもよい。このようにして、不感帯補正器330に設けるテーブルの具体的な関係式は、次式(13)となる。
However, when the current flow direction is a negative direction, the measurement data is normally point-symmetric with respect to the origin of FIG. 18, and thus a negative sign is added to the dead zone δ of the voltage when the current flow direction is the positive direction. -Δ can be determined. Accordingly, the voltage dead zone can be determined as a fixed value based on the measurement result. Naturally, if there is no dead band of voltage as the measurement result, it may be zero. In this way, a specific relational expression of the table provided in the
式(13)において、V* j_comp_cは、不感帯補正器330の出力である補正後相電圧であって、g(V* j_comp)およびg’(V* j_comp)は、入力V* j_compの増加に対して出力g(V* j_comp)およびg’(V* j_comp)が単調に増加する関数である。また、aは、正の実数であって、計測結果に見合った値として定める。In Expression (13), V * j_comp_c is a corrected post-phase voltage that is an output of the
ここで、g(V* j_comp)は、V* j_compが電圧の不感帯−δよりも小さい領域で定義され、g(−δ)=−δを満たす関数である。また、g’(V* j_comp)は、V* j_compが電圧の不感帯δよりも大きい領域で定義され、g’(δ)=δを満たす関数である。添え字jは、u相ないしv相に対応した入出力を意味する。Here, g (V * j_comp ) is a function that is defined in a region where V * j_comp is smaller than the voltage dead zone −δ and satisfies g (−δ) = − δ. Further, g ′ (V * j_comp ) is a function that is defined in a region where V * j_comp is larger than the voltage dead zone δ and satisfies g ′ (δ) = δ. The subscript j means input / output corresponding to the u phase or the v phase.
すなわち、不感帯補正器330は、飽和器325の出力V* j_compが電圧の不感帯−δより小さい領域では、aδを切片として飽和器325の出力V* j_compを変数とした単調増加な関数g(V* j_comp)からなる式(13)の一行目で補正後相電圧V* j_comp_cを出力する。That is, the
また、不感帯補正器330は、飽和器325の出力V* j_compが電圧の不感帯−δ以上+δ以下の領域では、式(13)の二行目で補正後相電圧V* j_comp_cを零として出力し、飽和器325の出力V* j_compが電圧の不感帯δよりも大きい領域では、−aδを切片として飽和器325の出力V* j_compを変数とした単調増加な関数g’(V* j_comp)からなる式(13)の三行目で補正後相電圧V* j_comp_cを出力する。なお,この単調増加な関数g(V* j_comp)およびg’(V* j_comp)の最も簡易な一例として、V* j_compとした次式(14)で、関係式を与えることもできる。Further, the
次に、不感帯補正器330の効果を説明する。まず、不感帯補正器330がない場合について説明する。電流指令と電流推定器324A、324Bが出力する推定電流とは、電流制御器323A、323Bで決定される電流制御帯域内で一致するので、電流指令と推定電流とが完全に一致した時点の電流制御器323A、323Bの入力である電流偏差は零となり、電流制御器323A、323Bの出力である相電圧指令Vj *(j=u〜v)が零となる。さらに、相電圧指令Vj *(j=u〜v)が、電圧補正器326および飽和器325を通過した後の駆動指令も零となる。Next, the effect of the
ここで、電流センサレスで擬似的な電流フィードバック制御系を組んだ場合、インバータ3で駆動されるブラシレスDCモータ2の巻線電流が不明であることに注意されたい。つまり、電流センサレスでの擬似的な電流フィードバック制御系は、実質的に電流のフィードフォワード制御となる。よって、電流制御器323A、323Bと電圧補正器326と飽和器325と電流推定器324A、324Bとからなる制御ループで、いかにしてインバータ3とブラシレスDCモータ2とからなる系の挙動を忠実に再現した上での電圧指令が生成できるかという点が重要である。
Here, it should be noted that when a pseudo current feedback control system is built without a current sensor, the winding current of the
そこで、この発明の実施の形態4では、インバータ3とブラシレスDCモータ2とからなる系の挙動をさらに精緻化するモデルとして、不感帯補正器330を追加する。これは、電流指令が小さい場合に、電流偏差が零になることで電流指令どおりの巻線電流(以下、実相電流とも呼ぶ)が流せないことを解決するためのものである。
Thus, in the fourth embodiment of the present invention, a
この不感帯補正器330は、先の図18に示したように、相電圧指令と巻線電流との関係をあらかじめ計測し、その計測結果をもとにしたテーブルを図17のように構成し、飽和器325の出力V* j_comp(j=u〜v)より補正後相電圧V* j_comp_c(j=u〜v)を生成して出力する。その結果、飽和器325の出力が電圧の不感帯の範囲内だった場合にも、電流指令と電流推定器324A、324Bの出力である推定電流との電流偏差が零ではないので、電流制御器323A、323Bからは、常に所定の相電圧指令が生成されるようになる。As shown in FIG. 18, the
このようにすることで、電流指令が小さい領域でもブラシレスDCモータ2の巻線に電流指令どおりの巻線電流を流すことができるので、電流の推定精度をより向上させることができる。特に、直流の電流指令に対する巻線電流の推定精度が向上し、バルブ機構1の負荷が比較的軽い、例えば全閉近傍における低電流領域での電流制御が緻密にできるので、実位置応答を衝突させることなく、さらに安定に滑らかな応答とすることができる。
By doing in this way, since the winding current according to the current command can be passed through the winding of the
なお、実施の形態1では、アナログ出力形式の第2位置検出器6によるフィードバック制御、実施の形態2では、アナログ出力形式の第2位置検出器6によるフィードバック制御、および第2位置検出器6が故障と判断された場合には、パルス出力形式の第1位置検出器5によるフィードバック制御、という制御の形態について説明した。ここで、これらの複合形態として、第2位置検出器6によるフィードバック制御および第1位置検出器5によるモータ転流タイミングの制御としてもよい。
In the first embodiment, feedback control by the
この制御形態は、例えばブラシレスDCモータ2の通電方法として、120度通電矩形波駆動を適用する場合には、第2位置検出器6のようにアナログ信号を使用して転流パターンを決定するよりも、むしろ第1位置検出器5のように離散的な電気角が直接検出できるパルス出力形式で転流パターンを決定したほうが、パルスのエッジ検出だけで転流パターンを決定できるという意味で、転流パターンのロジックを簡易化することができる。
In this control mode, for example, when 120-degree energization rectangular wave driving is applied as the energization method of the
また、この発明のすべての実施の形態において、参照指令によるモータの強制駆動は、両方向、すなわちバルブの開方向へも閉方向へも当然可能である。モータ軸とバルブ軸との中間に歯車減速機構のような動力伝達機構が介在する構成では、バックラッシのガタに起因して、開方向と閉方向との行き帰りで、第2位置検出器6の出力特性がガタ分だけ異なることがある。
In all the embodiments of the present invention, the forced driving of the motor by the reference command is naturally possible in both directions, that is, in the valve opening direction and in the closing direction. In a configuration in which a power transmission mechanism such as a gear reduction mechanism is interposed between the motor shaft and the valve shaft, the output of the
そこで、上記両方向へのバルブ軸の動作角度全範囲にわたってモータを強制駆動したときの第1位置検出器5および第2位置検出器6を利用して、キャリブレーション処理部10で開側と閉側との特性をそれぞれ多項式近似し、補正処理部20にこれを移植する。そして、制御される方向が開方向か閉方向かによって、補正のための上記多項式を使い分ける。
Therefore, the
このようにすることで、動力伝達機構のガタ分に起因した第2位置検出器6の出力誤差も抑制され、補正処理部20から出力されるバルブ軸回転角の精度をより向上させることができる。
By doing in this way, the output error of the
さらに、この発明のすべての実施の形態について、電子スロットルバルブ、排気ガス再循環バルブ、廃熱回収バルブ、VG(Variable Geometry)アクチュエータ、電動ポンプに代表される車載用機器への適用はもちろんのこと、ブラシレスDCモータで駆動される機器であれば何でもよく、例えばロボットや工作機械のようなFA機器等への適用もまた可能である。 Furthermore, all embodiments of the present invention can be applied not only to electronic throttle valves, exhaust gas recirculation valves, waste heat recovery valves, VG (Variable Geometry) actuators, and in-vehicle devices such as electric pumps. Any device can be used as long as it is driven by a brushless DC motor, and application to FA devices such as robots and machine tools is also possible.
Claims (11)
前記駆動源であるブラシレスDCモータと、
前記ブラシレスDCモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第1位置検出器と、
前記バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第2位置検出器と、
外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの前記第1位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、前記第2位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理部と、
前記キャリブレーション処理部で求めた前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係に基づいて、前記第2位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理部と、
前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、前記ブラシレスDCモータへの駆動指令を生成する制御部と、
前記第1位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角とに基づいて、前記第2位置検出器の故障を検出し、前記第1位置検出器の出力を適用するか否かの判断を行う故障検出処理部と、
を備え、前記キャリブレーション処理部での処理がバルブ組立後または車両搭載後に定期的に実行される電子制御式バルブの制御装置。 Control of an electronically controlled valve that controls opening and closing of the valve mechanism by controlling a drive source that applies a drive torque against the return torque for a valve mechanism in which a return torque acts in a valve opening direction or a valve closing direction A device,
A brushless DC motor as the drive source;
A first position detector for detecting a motor shaft rotation angle of the brushless DC motor and outputting a discrete signal in a pulse format;
A second position detector for detecting a valve shaft rotation angle of the valve mechanism and outputting a continuous signal as an analog voltage;
Based on a discrete motor shaft rotation angle output from the first position detector and an analog voltage output from the second position detector, driven by a reference command input from the outside, A calibration processing unit for obtaining a relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage;
A correction processing unit that converts an analog voltage output from the second position detector into a valve shaft rotation angle based on the relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage obtained by the calibration processing unit;
A control unit that generates a drive command to the brushless DC motor based on a valve shaft rotation angle output from the correction processing unit and a valve shaft position command input from the outside;
A motor shaft rotation angle output from the first position detector, on the basis on the valve shaft rotation angle output from the correction processing unit, detects the leading SL malfunction of the second position detector, said first A failure detection processing unit for determining whether to apply the output of the position detector ;
An electronically controlled valve control apparatus , wherein the processing in the calibration processing unit is periodically executed after the valve is assembled or mounted on the vehicle .
請求項1に記載の電子制御式バルブの制御装置。 The electronically controlled valve according to claim 1, wherein the first position detector has a resolution of 60 deg, 30 deg, or 15 deg in electrical angle, and the second position detector is a non-contact type of magnetic detection. Control device.
請求項1または請求項2に記載の電子制御式バルブの制御装置。 When the calibration processing unit is driven by a reference command input from the outside, a motor shaft rotation angle output from the first position detector and an analog voltage output from the second position detector based on, Ru obtain an approximate relationship of the motor shaft rotation angle as a polynomial of the voltage
Electronically controlled control valve according to 請 Motomeko 1 or claim 2.
請求項1から請求項3までの何れか1項に記載の電子制御式バルブの制御装置。 The correction processing unit calculates the output from the second position detector, the coefficient of the transmission mechanism system between the motor shaft and the valve shaft, and the motor shaft rotation angle obtained by the calibration processing unit as a voltage polynomial. The electronically controlled valve control device according to any one of claims 1 to 3, wherein a nonlinear characteristic of the second position detector is corrected and output based on a relationship approximated as:
前記位置指令と前記バルブ軸回転角とインバータの母線電圧とを入力として駆動指令を出力する第1制御部および第2制御部から構成され、The position command, the valve shaft rotation angle and the bus voltage of the inverter are input, and a first control unit and a second control unit that output a drive command are configured.
前記第1制御部は、The first controller is
前記位置指令と前記バルブ軸回転角との差分演算で得られる偏差が零となるようにフィードバック制御演算された結果として電流指令を出力し、A current command is output as a result of feedback control calculation so that a deviation obtained by a difference calculation between the position command and the valve shaft rotation angle becomes zero,
前記第2制御部は、The second controller is
前記電流指令と前記バルブ軸回転角と前記インバータの母線電圧とをもとに、前記電流指令に実相電流が追従するように、電流センサレスでフィードバック制御演算された結果として駆動指令を出力するBased on the current command, the valve shaft rotation angle, and the bus voltage of the inverter, a drive command is output as a result of feedback control calculation without a current sensor so that the actual phase current follows the current command.
請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の電子制御式バルブの制御装置。The electronically controlled valve control device according to any one of claims 1 to 4.
前記位置指令および前記バルブ軸回転角を入力として、電流指令を出力する第1制御部と、
前記電流指令、前記バルブ軸回転角および前記ブラシレスDCモータを駆動するインバータの母線電圧を入力として、前記駆動指令を出力する第2制御部と、を有し、
前記第1制御部は、
前記位置指令と前記バルブ軸回転角との偏差を入力として、修正偏差を出力する不感帯と、
前記修正偏差および前記バルブ軸回転角を入力として、比例器、積分器および微分器によりPID演算して前記電流指令を出力するPID制御器と、
前記電流指令を制限処理する第1飽和器と、
を有し、位置制御系および速度制御系として機能し、
前記第2制御部は、
制御周期の影響で遅れる電気角の位相遅れ分を補正する位相補正量を出力する位相補正器と、
前記位相補正量、前記電気角および角速度に基づいて、前記電流指令を前記ブラシレスDCモータの各相の相電流指令に分配する電流指令分配器と、
前記相電流指令と、フィードバックされた前記ブラシレスDCモータの各相の推定電流との差分演算で得られる電流偏差を入力として、相電圧指令を出力する電流制御器と、
前記電流制御器から出力される相電流指令に対して、基準電圧と前記インバータの母線電圧との比率で前記相電流指令を補正する電圧補正器と、
前記電圧補正器からの出力を実使用電圧範囲内で制限処理する第2飽和器と、
前記電気角を平滑化して前記ブラシレスDCモータの角速度を求めるフィルタと、
前記位相補正量、前記電気角、前記角速度およびあらかじめ測定された誘起電圧に基づいて、前記ブラシレスDCモータの各相の誘起電圧を推定する誘起電圧推定器と、
前記誘起電圧推定器から出力される推定誘起電圧と、前記飽和器から出力される相電圧指令との差分演算で得られる電圧偏差に基づいて、推定電流を求めるための、モータ1相あたりの電圧と電流との関係を一次遅れ要素でモデル化した電流推定器と、
を有し、電流制御系として機能する
請求項1から請求項4までの何れか1項に記載の電子制御式バルブの制御装置。 The controller is
A first controller that outputs the current command with the position command and the valve shaft rotation angle as inputs;
A second control unit that outputs the drive command with the current command, the valve shaft rotation angle, and a bus voltage of an inverter that drives the brushless DC motor as inputs, and
The first controller is
With a deviation between the position command and the valve shaft rotation angle as an input, a dead zone for outputting a correction deviation,
A PID controller that receives the corrected deviation and the valve shaft rotation angle as input, and performs a PID calculation by a proportional device, an integrator and a differentiator, and outputs the current command;
A first saturator for limiting the current command;
And functions as a position control system and a speed control system,
The second controller is
A phase corrector that outputs a phase correction amount that corrects the phase delay of the electrical angle delayed by the influence of the control cycle;
A current command distributor that distributes the current command to a phase current command of each phase of the brushless DC motor based on the phase correction amount, the electrical angle, and the angular velocity;
A current controller that outputs a phase voltage command by inputting a current deviation obtained by a difference calculation between the phase current command and the estimated current of each phase of the fed back brushless DC motor;
A voltage corrector that corrects the phase current command in a ratio of a reference voltage and a bus voltage of the inverter with respect to the phase current command output from the current controller;
A second saturator for limiting the output from the voltage corrector within the actual operating voltage range;
A filter for smoothing the electrical angle and obtaining an angular velocity of the brushless DC motor;
An induced voltage estimator that estimates the induced voltage of each phase of the brushless DC motor based on the phase correction amount, the electrical angle, the angular velocity, and the previously measured induced voltage;
Voltage per motor phase for obtaining an estimated current based on a voltage deviation obtained by a difference calculation between an estimated induced voltage output from the induced voltage estimator and a phase voltage command output from the saturator Current estimator that models the relationship between current and current with a first-order lag element;
5. The electronically controlled valve control device according to claim 1, wherein the electronic control valve control device has a function as a current control system.
前記第2飽和器の出力をもとに、補正後相電圧を演算して出力する不感帯補正器を有し、
前記不感帯補正器は、直流の相電圧指令を与えたときのブラシレスDCモータの巻線電流を計測して得られる相電圧指令と巻線電流との関係から得られる電圧の不感帯をδ、前記第2飽和器の出力をV* j_comp、係数をa、前記不感帯補正器の出力をV* j_comp_cとして、g(V* j_comp)およびg’(V* j_comp)を、V* j_compを変数とした単調増加関数とする次式で与えられる
Based on the output of the second saturator, it has a dead zone corrector that calculates and outputs a corrected phase voltage,
The dead zone corrector is δ which represents a dead zone of voltage obtained from a relationship between a phase voltage command obtained by measuring a winding current of a brushless DC motor when a DC phase voltage command is given and a winding current. The output of the two saturators is V * j_comp , the coefficient is a, the output of the dead zone corrector is V * j_comp_c , g (V * j_comp ) and g ′ (V * j_comp ) are monotonic with V * j_comp as a variable Given as an increasing function
請求項6または請求項7に記載の電子制御式バルブの制御装置。 The electronically controlled valve control device according to claim 6 or 7 , wherein a phase correction amount output from the phase corrector is a fixed value or a variable value.
前記第1位置検出器から出力される電気角をもとに演算したバルブ軸回転角と、前記補正処理部から出力されるバルブ軸回転角との偏差の絶対値と、所定の閾値との大小関係を判別する条件判定部を有し、
前記条件判定部での判定結果を駆動可否判定フラグとして出力する
請求項1から請求項8までの何れか1項に記載の電子制御式バルブの制御装置。 The failure detection processing unit
The absolute value of the deviation between the valve shaft rotation angle calculated based on the electrical angle output from the first position detector and the valve shaft rotation angle output from the correction processing unit, and the predetermined threshold value A condition determination unit for determining the relationship;
The electronic control type valve control device according to any one of claims 1 to 8, wherein a determination result in the condition determination unit is output as a drive availability determination flag.
請求項1から請求項9までの何れか1項に記載の電子制御式バルブの制御装置。 The drive control is continued based on the output of the first position detector when it is determined by the failure determination in the failure detection processing unit that the second position detector has failed. Item 10. The electronically controlled valve control device according to any one of Items 9 to 9 .
前記電子制御式バルブの制御装置は、
前記駆動源であるブラシレスDCモータと、
前記ブラシレスDCモータのモータ軸回転角を検出し、パルス形式の離散的な信号を出力する第1位置検出器と、
前記バルブ機構のバルブ軸回転角を検出し、アナログ電圧として連続的な信号を出力する第2位置検出器と、を備え、
外部から入力される参照指令により駆動され、そのときの前記第1位置検出器から出力される離散的なモータ軸回転角と、前記第2位置検出器から出力されるアナログ電圧とに基づいて、前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係を求めるキャリブレーション処理ステップと、
前記キャリブレーション処理ステップで求めた前記モータ軸回転角と前記アナログ電圧との関係に基づいて、前記第2位置検出器から出力されるアナログ電圧をバルブ軸回転角に変換する補正処理ステップと、
前記補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角と、外部から入力されるバルブ軸の位置指令とに基づいて、前記ブラシレスDCモータへの駆動指令を生成する制御ステップと、
前記第1位置検出器から出力されるモータ軸回転角と、前記補正処理ステップで変換されたバルブ軸回転角とに基づいて、前記第2位置検出器の故障を検出し、前記第1位置検出器の出力を適用するか否かの判断を行う故障検出処理ステップと、
を備え、前記キャリブレーション処理ステップがバルブ組立後または車両搭載後に定期的に実行される電子制御式バルブの制御方法。 Control of an electronically controlled valve that controls opening and closing of the valve mechanism by controlling a drive source that applies a drive torque against the return torque for a valve mechanism in which a return torque acts in a valve opening direction or a valve closing direction An electronically controlled valve control method executed by an apparatus,
The control device for the electronically controlled valve is:
A brushless DC motor as the drive source;
A first position detector for detecting a motor shaft rotation angle of the brushless DC motor and outputting a discrete signal in a pulse format;
A second position detector that detects a valve shaft rotation angle of the valve mechanism and outputs a continuous signal as an analog voltage;
Based on a discrete motor shaft rotation angle output from the first position detector and an analog voltage output from the second position detector, driven by a reference command input from the outside, A calibration processing step for obtaining a relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage;
A correction processing step of converting an analog voltage output from the second position detector into a valve shaft rotation angle based on the relationship between the motor shaft rotation angle and the analog voltage obtained in the calibration processing step;
A control step of generating a drive command to the brushless DC motor based on the valve shaft rotation angle converted in the correction processing step and a valve shaft position command input from the outside;
Wherein the motor shaft rotation angle outputted from the first position detector, the correction processing based on the converted and the valve shaft rotation angle in step detects the leading SL malfunction of the second position detector, said first A failure detection processing step for determining whether to apply the output of the position detector ;
An electronically controlled valve control method , wherein the calibration processing step is periodically executed after the valve is assembled or mounted on the vehicle .
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001041789A (en) * | 1999-07-08 | 2001-02-16 | Lockheed Martin Corp | Constant temperature difference flowmeter |
JP2001098987A (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-10 | Honda Motor Co Ltd | Controller for electronic throttle device |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001041789A (en) * | 1999-07-08 | 2001-02-16 | Lockheed Martin Corp | Constant temperature difference flowmeter |
JP2001098987A (en) * | 1999-09-30 | 2001-04-10 | Honda Motor Co Ltd | Controller for electronic throttle device |
JP2004052665A (en) * | 2002-07-19 | 2004-02-19 | Mitsuba Corp | Opening detection system for throttle valve |
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