JP6781498B1 - Rotation angle estimation device - Google Patents

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Abstract

【課題】回転角センサの出力信号が信頼不能状態から信頼可能状態に変化した際における推定値の急激な変化を抑制することができる、回転角推定装置を提供する。【解決手段】回転角推定装置１００は、位相差Θを算出する位相差算出器１０と、推定回転速度ωｅを算出する回転速度推定器２０と、推定回転角θｅを算出する回転角推定器３０と、平均回転速度ωａを算出する平均回転速度算出器４０とを備えている。回転角センサの出力信号が信頼不能状態から信頼可能状態に変化すると、平均回転速度算出器４０は、平均回転速度ωａの算出を開始し、当該平均回転速度ωａが算出されると、回転速度推定器２０は、推定回転速度ωｅとして平均回転速度ωａを出力する。【選択図】図３PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle estimation device capable of suppressing a sudden change of an estimated value when an output signal of a rotation angle sensor changes from an unreliable state to a reliable state. SOLUTION: A rotation angle estimation device 100 includes a phase difference calculator 10 for calculating a phase difference Θ, a rotation speed estimator 20 for calculating an estimated rotation speed ωe, and a rotation angle estimator 30 for calculating an estimated rotation angle θe. And an average rotation speed calculator 40 for calculating the average rotation speed ωa. When the output signal of the rotation angle sensor changes from the unreliable state to the reliable state, the average rotation speed calculator 40 starts calculating the average rotation speed ωa, and when the average rotation speed ωa is calculated, the rotation speed is estimated. The vessel 20 outputs the average rotation speed ωa as the estimated rotation speed ωe. [Selection diagram] Fig. 3

Description

本発明は、回転角推定装置に係り、特に回転角センサの出力信号に基づいて推定値を算出する回転角推定装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle estimation device, and more particularly to a rotation angle estimation device that calculates an estimated value based on an output signal of a rotation angle sensor.

従来、モータの回転角を検出する回転角センサの出力信号に基づいて、回転角を推定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, there is known a technique of estimating a rotation angle based on an output signal of a rotation angle sensor that detects a rotation angle of a motor (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１では、回転角センサの出力信号に基づいて算出される回転角と推定回転角との位相差が算出され、位相差に基づいて推定回転速度が算出され、推定回転速度に基づいて推定回転角が算出される。 In Patent Document 1, the phase difference between the rotation angle calculated based on the output signal of the rotation angle sensor and the estimated rotation angle is calculated, the estimated rotation speed is calculated based on the phase difference, and the estimated rotation speed is estimated based on the estimated rotation speed. The rotation angle is calculated.

特許第５０１４９０１号公報Japanese Patent No. 5014901

特許文献１において、モータの回転数の上昇中に、回転角センサが一時的に故障状態となり、その出力信号が信頼不能状態となった場合を考える。この時、位相差を算出する手段からは０が出力される。その結果、位相差に基づいて算出される推定回転速度も０となり、推定回転速度に基づいて算出される推定回転角は、一定値に固定される。 In Patent Document 1, consider a case where the rotation angle sensor temporarily fails and the output signal becomes unreliable while the rotation speed of the motor is increasing. At this time, 0 is output from the means for calculating the phase difference. As a result, the estimated rotation speed calculated based on the phase difference also becomes 0, and the estimated rotation angle calculated based on the estimated rotation speed is fixed at a constant value.

しかしながら、実際のモータは回転を継続しているため、実際の回転角と推定回転角との位相差は、次第に大きくなっていく。このような状況において、回転角センサが故障状態から正常状態に復帰し、その出力信号が信頼可能状態に戻ると、位相差を算出する手段からは、突如として大きな値が出力される。 However, since the actual motor continues to rotate, the phase difference between the actual rotation angle and the estimated rotation angle gradually increases. In such a situation, when the rotation angle sensor returns from the failure state to the normal state and the output signal returns to the reliable state, a large value is suddenly output from the means for calculating the phase difference.

この時、突如急変した位相差に基づいて算出される推定回転速度および推定回転角は、スパイク状に急激に変化する。一般的なモータ制御では、推定回転角に基づいてモータの駆動電流を制御するため、推定回転角の急激な変化は好ましくない。 At this time, the estimated rotation speed and the estimated rotation angle calculated based on the suddenly changed phase difference suddenly change in a spike shape. In general motor control, the drive current of the motor is controlled based on the estimated rotation angle, so a sudden change in the estimated rotation angle is not preferable.

本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、回転角センサの出力信号が信頼不能状態から信頼可能状態に変化した際における推定値の急激な変化を抑制することができる、回転角推定装置を提供することを目的とする。 The present invention is for solving the above-mentioned problems, and can suppress a sudden change in the estimated value when the output signal of the rotation angle sensor changes from an unreliable state to a reliable state. An object of the present invention is to provide a rotation angle estimation device.

上記の課題を解決するために、本発明に係る回転角推定装置は、回転角センサの出力信号に基づいて算出される検出回転角と推定回転角との位相差を算出する位相差算出器と、位相差に基づいて、推定回転速度を算出する回転速度推定器と、推定回転速度に基づいて、推定回転角を算出する回転角推定器と、検出回転角に基づいて、予め決定された時間内における平均回転速度を算出する平均回転速度算出器とを備え、回転角センサの出力信号が信頼不能状態から信頼可能状態に変化すると、平均回転速度算出器は、予め決定された時間内における平均回転速度の算出を開始し、当該平均回転速度が算出されると、回転速度推定器は、推定回転速度として平均回転速度を出力する。 In order to solve the above problems, the rotation angle estimation device according to the present invention includes a phase difference calculator that calculates the phase difference between the detected rotation angle and the estimated rotation angle calculated based on the output signal of the rotation angle sensor. , A rotation speed estimator that calculates the estimated rotation speed based on the phase difference, a rotation angle estimator that calculates the estimated rotation angle based on the estimated rotation speed, and a predetermined time based on the detected rotation angle. It is equipped with an average rotation speed calculator that calculates the average rotation speed within, and when the output signal of the rotation angle sensor changes from an unreliable state to a reliable state, the average rotation speed calculator is averaged within a predetermined time. When the calculation of the rotation speed is started and the average rotation speed is calculated, the rotation speed estimator outputs the average rotation speed as the estimated rotation speed.

本発明に係る回転角推定装置によれば、回転角センサの出力信号が信頼不能状態から信頼可能状態に変化した際における推定値の急激な変化を抑制することができる。 According to the rotation angle estimation device according to the present invention, it is possible to suppress a sudden change in the estimated value when the output signal of the rotation angle sensor changes from an unreliable state to a reliable state.

本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置を含む、モータの制御システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control system of the motor including the rotation angle estimation apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図１の制御システムにおける検出回転角および推定回転角の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the detected rotation angle and estimated rotation angle in the control system of FIG. 図１の推定装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the estimation apparatus of FIG. 図３の位相差算出器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the phase difference calculator of FIG. 図３の回転速度推定器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the rotation speed estimator of FIG. 図３の回転角推定器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the rotation angle estimator of FIG. 図３の平均回転速度算出器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the average rotation speed calculator of FIG. 図３の判定器の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the determination device of FIG. 図８の判定器の動作の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the operation of the determination device of FIG. 図３の推定装置から出力される推定回転速度の挙動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the behavior of the estimated rotation speed output from the estimation device of FIG. 図３の推定装置から出力される回転角の挙動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the behavior of the rotation angle output from the estimation device of FIG. 従来技術によって算出される推定回転速度の挙動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the behavior of the estimated rotation speed calculated by the prior art. 従来技術によって算出される推定回転角の挙動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the behavior of the estimated rotation angle calculated by the prior art. 本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置の各機能を専用のハードウェアである処理回路で実現する場合を示した構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a case where each function of the rotation angle estimation device according to the first embodiment of the present invention is realized by a processing circuit which is dedicated hardware. 本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置の各機能をプロセッサおよびメモリを備えた処理回路より実現する場合を示した構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a case where each function of the rotation angle estimation device according to the first embodiment of the present invention is realized by a processing circuit including a processor and a memory.

以下、添付図面を参照して、本願が開示する回転角推定装置の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって、本願発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the rotation angle estimation device disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments shown below are examples, and the present invention is not limited to these embodiments.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置１００を含む、モータの制御システムの構成を示す図である。 Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor control system including a rotation angle estimation device 100 according to a first embodiment of the present invention.

図１の制御システムは、モータ１と、回転角センサ２と、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）変換器３と、演算器４と、回転角推定装置１００と、制御装置５とを備えている。 The control system of FIG. 1 includes a motor 1, a rotation angle sensor 2, an A / D (Analog / Digital) converter 3, an arithmetic unit 4, a rotation angle estimation device 100, and a control device 5. ..

モータ１は、制御装置５から出力される三相交流電流によって駆動される。 The motor 1 is driven by a three-phase alternating current output from the control device 5.

回転角センサ２は、モータ１の回転角に対応するアナログ信号を出力する。 The rotation angle sensor 2 outputs an analog signal corresponding to the rotation angle of the motor 1.

Ａ／Ｄ変換器３は、回転角センサ２から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する。 The A / D converter 3 converts the analog signal output from the rotation angle sensor 2 into a digital signal.

演算器４は、マイクロコンピュータによって構成されており、Ａ／Ｄ変換器３から出力されるディジタル信号に基づいて、モータ１の回転角を算出する。これ以降、演算器４によって算出されるモータ１の回転角を「検出回転角θｄ」と称することにする。 The arithmetic unit 4 is composed of a microcomputer, and calculates the rotation angle of the motor 1 based on the digital signal output from the A / D converter 3. Hereinafter, the rotation angle of the motor 1 calculated by the arithmetic unit 4 will be referred to as "detection rotation angle θd".

回転角推定装置１００は、回転角センサ２の出力信号と、演算器４によって算出される検出回転角θｄとに基づいて、モータ１の回転速度および回転角を推定する。これ以降、回転角推定装置１００によって推定されるモータ１の回転速度を「推定回転速度ωｅ」と称することにする。また、回転角推定装置１００によって推定されるモータ１の回転角を「推定回転角θｅ」と称することにする。 The rotation angle estimation device 100 estimates the rotation speed and rotation angle of the motor 1 based on the output signal of the rotation angle sensor 2 and the detection rotation angle θd calculated by the arithmetic unit 4. Hereinafter, the rotation speed of the motor 1 estimated by the rotation angle estimation device 100 will be referred to as "estimated rotation speed ωe". Further, the rotation angle of the motor 1 estimated by the rotation angle estimation device 100 will be referred to as an "estimated rotation angle θe".

図２に示されるように、演算器４によって算出される検出回転角θｄには、ノイズが重畳している。これに対して、回転角推定装置１００によって推定される推定回転角θｅからは、回転角推定装置１００の内部におけるローパスフィルタに相当する処理に起因して、ノイズが除去されている。 As shown in FIG. 2, noise is superimposed on the detection rotation angle θd calculated by the arithmetic unit 4. On the other hand, noise is removed from the estimated rotation angle θe estimated by the rotation angle estimation device 100 due to the processing corresponding to the low-pass filter inside the rotation angle estimation device 100.

図１に戻って、制御装置５は、回転角推定装置１００から出力される推定回転速度ωｅおよび推定回転角θｅに基づいて、モータ１に供給する三相交流電流を制御することによって、モータ１の回転を制御する。 Returning to FIG. 1, the control device 5 controls the three-phase AC current supplied to the motor 1 based on the estimated rotation speed ωe and the estimated rotation angle θe output from the rotation angle estimation device 100, whereby the motor 1 Control the rotation of.

図３は、本実施の形態１に係る回転角推定装置１００の内部構成を示す図である。回転角推定装置１００は、位相差算出器１０と、回転速度推定器２０と、回転角推定器３０と、平均回転速度算出器４０と、判定器５０とを備えている。 FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of the rotation angle estimation device 100 according to the first embodiment. The rotation angle estimation device 100 includes a phase difference calculator 10, a rotation speed estimator 20, a rotation angle estimator 30, an average rotation speed calculator 40, and a determination device 50.

位相差算出器１０、回転速度推定器２０、回転角推定器３０、平均回転速度算出器４０および判定器５０は、回転角推定装置１００に内蔵されている図示しないクロック発生器から出力される一定周期Ｔｃのクロック信号に同期して動作する。 The phase difference calculator 10, the rotation speed estimator 20, the rotation angle estimator 30, the average rotation speed calculator 40, and the determination device 50 are constant outputs from a clock generator (not shown) built in the rotation angle estimation device 100. It operates in synchronization with a clock signal having a period of Tc.

位相差算出器１０は、検出回転角θｄと推定回転角θｅとの位相差Θを算出する。また、位相差算出器１０には、判定器５０から出力される状態信号が入力される。 The phase difference calculator 10 calculates the phase difference Θ between the detected rotation angle θd and the estimated rotation angle θe. Further, a state signal output from the determination device 50 is input to the phase difference calculator 10.

図４は、位相差算出器１０の内部構成を示す図である。位相差算出器１０は、位相差算出回路１１と、出力選択回路１２とを含んでいる。 FIG. 4 is a diagram showing an internal configuration of the phase difference calculator 10. The phase difference calculator 10 includes a phase difference calculation circuit 11 and an output selection circuit 12.

位相差算出回路１１は、検出回転角θｄと推定回転角θｅとの位相差｜θｄ−θｅ｜を算出する。例えば、位相差は、以下の方法１〜３のいずれかによって算出することができる。また、位相差は、これら以外の方法によって算出してもよい。 The phase difference calculation circuit 11 calculates the phase difference | θd−θe | between the detected rotation angle θd and the estimated rotation angle θe. For example, the phase difference can be calculated by any of the following methods 1 to 3. Further, the phase difference may be calculated by a method other than these.

方法１． ｜Ｓｉｎ（θｄ−θｅ）｜
方法２． ｜Ｃｏｓ（θｄ）×Ｓｉｎ（θｅ）−Ｓｉｎ（θｄ）×Ｃｏｓ（θｅ）｜
方法３． ｜（θｄ−θｅ）｜ Method 1. ｜ Sin (θd−θe) ｜
Method 2. | Cos (θd) x Sin (θe) -Sin (θd) x Cos (θe) |
Method 3. ｜ (θd−θe) ｜

出力選択回路１２は、状態信号が偽値（false value）である場合には、入力端子１２ａ側の信号を出力し、状態信号が真値（true value）である場合には、入力端子１２ｂ側の信号を出力する。 The output selection circuit 12 outputs a signal on the input terminal 12a side when the state signal is a false value, and outputs a signal on the input terminal 12b side when the state signal is a true value. Output the signal of.

したがって、位相差算出器１０は、状態信号が偽値である場合には、位相差Θ＝｜θｄ−θｅ｜を出力し、状態信号が真値である場合には、位相差Θ＝０を出力する。 Therefore, the phase difference calculator 10 outputs the phase difference Θ = | θd−θe | when the state signal is a false value, and outputs the phase difference Θ = 0 when the state signal is a true value. Output.

図３に戻って、回転速度推定器２０は、位相差算出器１０から出力される位相差Θに基づいて、推定回転速度ωｅを算出する。また、回転速度推定器２０には、平均回転速度算出器４０によって算出される平均回転速度ωａと、判定器５０から出力されるリセット信号とが入力される。 Returning to FIG. 3, the rotation speed estimator 20 calculates the estimated rotation speed ωe based on the phase difference Θ output from the phase difference calculator 10. Further, the rotation speed estimator 20 is input with the average rotation speed ωa calculated by the average rotation speed calculator 40 and the reset signal output from the determination device 50.

図５は、回転速度推定器２０の内部構成を示す図である。回転速度推定器２０は、比例要素２１と、積分要素２２と、出力選択回路２３とを含んでいる。 FIG. 5 is a diagram showing an internal configuration of the rotation speed estimator 20. The rotation speed estimator 20 includes a proportional element 21, an integrating element 22, and an output selection circuit 23.

比例要素２１および積分要素２２においては、位相差Θに一定値Ｋｉを乗算した結果を積分する演算が行われる。この演算は、物理的には、位相差Θから回転速度ωｃを算出することに相当する。 In the proportional element 21 and the integrating element 22, an operation is performed to integrate the result of multiplying the phase difference Θ by a constant value Ki. This calculation physically corresponds to calculating the rotation speed ωc from the phase difference Θ.

出力選択回路２３は、リセット信号が真値である場合には、入力端子２３ａ側の信号を出力し、リセット信号が偽値である場合には、入力端子２３ｂ側の信号を出力する。ただし、出力選択回路２３は、リセット信号が偽値であり、かつ入力端子２３ｂに入力される信号が０である場合には、自身が最後に出力した０でない出力信号を保持する。 The output selection circuit 23 outputs a signal on the input terminal 23a side when the reset signal is a true value, and outputs a signal on the input terminal 23b side when the reset signal is a false value. However, when the reset signal is a false value and the signal input to the input terminal 23b is 0, the output selection circuit 23 holds the non-zero output signal that it last output.

したがって、回転速度推定器２０は、リセット信号が真値である場合には、推定回転速度ωｅ＝ωａを出力し、リセット信号が偽値である場合には、推定回転速度ωｅ＝ωｃを出力する。また、回転速度推定器２０は、リセット信号が偽値であり、かつ位相差算出器１０から出力される位相差Θが０である場合には、自身が最後に出力した０でない推定回転速度ωｅを出力し続ける。 Therefore, the rotation speed estimator 20 outputs the estimated rotation speed ωe = ωa when the reset signal is a true value, and outputs the estimated rotation speed ωe = ωc when the reset signal is a false value. .. Further, when the reset signal is a false value and the phase difference Θ output from the phase difference calculator 10 is 0, the rotation speed estimator 20 itself outputs a non-zero estimated rotation speed ωe last. Continues to output.

図３に戻って、回転角推定器３０は、回転速度推定器２０から出力される推定回転速度ωｅと、位相差算出器１０から出力される位相差Θと、検出回転角θｄとに基づいて、推定回転角θｅを算出する。また、回転角推定器３０には、判定器５０から出力されるリセット信号が入力される。 Returning to FIG. 3, the rotation angle estimator 30 is based on the estimated rotation speed ωe output from the rotation speed estimator 20, the phase difference Θ output from the phase difference calculator 10, and the detected rotation angle θd. , The estimated rotation angle θe is calculated. Further, a reset signal output from the determination device 50 is input to the rotation angle estimator 30.

図６は、回転角推定器３０の内部構成を示す図である。回転角推定器３０は、比例要素３１と、加算要素３２と、積分要素３３と、出力選択回路３４と、乗算回路３５と、加算要素３６とを含んでいる。 FIG. 6 is a diagram showing an internal configuration of the rotation angle estimator 30. The rotation angle estimator 30 includes a proportional element 31, an addition element 32, an integration element 33, an output selection circuit 34, a multiplication circuit 35, and an addition element 36.

比例要素３１、加算要素３２および積分要素３３においては、位相差Θに一定値Ｋｐを乗算した結果と推定回転速度ωｅ＝ωｃとを加算し、加算結果を積分する演算が行われる。この演算は、物理的には、位相差Θおよび推定回転速度ωｅ＝ωｃから回転角θｃを算出することに相当する。 In the proportional element 31, the addition element 32, and the integration element 33, an operation is performed in which the result of multiplying the phase difference Θ by a constant value Kp and the estimated rotation speed ωe = ωc are added and the addition result is integrated. This calculation physically corresponds to calculating the rotation angle θc from the phase difference Θ and the estimated rotation speed ωe = ωc.

また、乗算回路３５および加算要素３６においては、平均回転速度ωａに回転角推定装置１００のクロック周期Ｔｃを乗算した結果と、検出回転角θｄとを加算する演算が行われる。この演算は、物理的には、モータ１が平均回転速度ωａで回転している場合における、クロック周期Ｔｃ間の回転角を算出することに相当する。これ以降、この回転角を「平均回転角θａ」と称することにする。 Further, in the multiplication circuit 35 and the addition element 36, the calculation of adding the result of multiplying the average rotation speed ωa by the clock period Tc of the rotation angle estimation device 100 and the detection rotation angle θd is performed. This calculation physically corresponds to calculating the rotation angle between the clock periods Tc when the motor 1 is rotating at the average rotation speed ωa. Hereinafter, this rotation angle will be referred to as "average rotation angle θa".

なお、上記の定義から、平均回転角θａは、以下の式によって表される。 From the above definition, the average rotation angle θa is expressed by the following equation.

θａ＝ωａ×Ｔｃ＋θｄ θa = ωa × Tc + θd

出力選択回路３４は、リセット信号が真値である場合には、入力端子３４ａ側の信号を出力し、リセット信号が偽値である場合には、入力端子３４ｂ側の信号を出力する。 The output selection circuit 34 outputs a signal on the input terminal 34a side when the reset signal is a true value, and outputs a signal on the input terminal 34b side when the reset signal is a false value.

したがって、回転角推定器３０は、リセット信号が真値である場合には、推定回転角θｅ＝θａを出力し、リセット信号が偽値である場合には、推定回転角θｅ＝θｃを出力する。 Therefore, the rotation angle estimator 30 outputs the estimated rotation angle θe = θa when the reset signal is a true value, and outputs the estimated rotation angle θe = θc when the reset signal is a false value. ..

図３に戻って、平均回転速度算出器４０は、検出回転角θｄに基づいて、平均回転速度ωａを算出する。また、平均回転速度算出器４０には、判定器５０から出力される演算要求信号が入力される。 Returning to FIG. 3, the average rotation speed calculator 40 calculates the average rotation speed ωa based on the detected rotation angle θd. Further, the calculation request signal output from the determination device 50 is input to the average rotation speed calculator 40.

図７は、平均回転速度算出器４０の内部構成を示す図である。平均回転速度算出器４０は、遅延要素４１と、加算要素４２と、除算回路４３と、除算回路４４と、乗算回路４５と、出力選択回路４６とを含んでいる。また、平均回転速度算出器４０は、加算要素４７と、遅延要素４８と、出力選択回路４９とを含んでいる。 FIG. 7 is a diagram showing an internal configuration of the average rotation speed calculator 40. The average rotation speed calculator 40 includes a delay element 41, an addition element 42, a division circuit 43, a division circuit 44, a multiplication circuit 45, and an output selection circuit 46. Further, the average rotation speed calculator 40 includes an addition element 47, a delay element 48, and an output selection circuit 49.

遅延要素４１、加算要素４２および除算回路４３においては、現在のクロックＣｋにおける推定回転角θｅ（Ｃｋ）から、１つ前のクロックＣｋ−１における推定回転角θｅ（Ｃｋ−１）を減算し、減算結果をクロック周期Ｔｃで除算する演算が行われる。この演算は、物理的には、推定回転角θｅを微分して、瞬時回転速度ωｉを算出することに相当する。 In the delay element 41, the addition element 42, and the division circuit 43, the estimated rotation angle θe (Ck-1) in the previous clock Ck-1 is subtracted from the estimated rotation angle θe (Ck) in the current clock Ck. The operation of dividing the subtraction result by the clock period Tc is performed. This calculation physically corresponds to calculating the instantaneous rotation speed ωi by differentiating the estimated rotation angle θe.

除算回路４４および乗算回路４５においては、瞬時回転速度ωｉを予め決定された加算回数Ｎで除算する演算が行われる。この演算は、物理的には、瞬時回転速度ωｉを加算回数Ｎで重み付けして、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎを算出することに相当する。なお、本実施の形態１では、加算回数Ｎ＝１２０とする。 In the division circuit 44 and the multiplication circuit 45, an operation of dividing the instantaneous rotation speed ωi by a predetermined addition number N is performed. This calculation physically corresponds to calculating the weighted instantaneous rotation speed ωi / N by weighting the instantaneous rotation speed ωi by the number of additions N. In the first embodiment, the number of additions N = 120.

出力選択回路４６は、演算要求信号が真値である場合には、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎを出力し、演算要求信号が偽値である場合には、０を出力する。 The output selection circuit 46 outputs a weighted instantaneous rotation speed ωi / N when the calculation request signal is a true value, and outputs 0 when the calculation request signal is a false value.

加算要素４７および遅延要素４８においては、それまでに算出された重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎを累積加算する演算が行われる。この演算は、物理的には、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎを累積加算して、平均回転速度ωａを算出することに相当する。 In the addition element 47 and the delay element 48, an operation of cumulatively adding the weighted instantaneous rotation speeds ωi / N calculated up to that point is performed. This calculation physically corresponds to calculating the average rotation speed ωa by cumulatively adding the weighted instantaneous rotation speeds ωi / N.

出力選択回路４９は、演算要求信号が真値である場合には、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎのそれまでの累積加算値を出力し、演算要求信号が偽値である場合には、０を出力する。 The output selection circuit 49 outputs the cumulative addition value of the weighted instantaneous rotation speed ωi / N up to that point when the calculation request signal is a true value, and 0 when the calculation request signal is a false value. Is output.

したがって、平均回転速度算出器４０は、１つ前のクロックＣｋ−１まで真値であった演算要求信号が、現在のクロックＣｋにおいて偽値に変化した時、現在のクロックＣｋにおいて、平均回転速度ωａを出力する。 Therefore, the average rotation speed calculator 40 has an average rotation speed at the current clock Ck when the calculation request signal that was a true value up to the previous clock Ck-1 changes to a false value at the current clock Ck. Output ωa.

図３に戻って、判定器５０は、回転角センサ２の出力信号に基づいて、回転角センサ２の出力信号が「信頼可能状態」であるか否かを判定し、状態信号、演算要求信号およびリセット信号を出力する。 Returning to FIG. 3, the determination device 50 determines whether or not the output signal of the rotation angle sensor 2 is in the "reliable state" based on the output signal of the rotation angle sensor 2, and determines whether or not the output signal is in the "reliable state", and the state signal and the calculation request signal. And output a reset signal.

ここで、回転角センサ２の出力信号における「信頼可能状態」の意味について説明する。回転角センサ２の動作は、マイクロコンピュータ等によって構成される図示しない駆動回路によって制御されている。また、駆動回路がリセットされてから起動完了状態となるまでには、一定の時間を要する。まず、本願の明細書では、この駆動回路がリセットされてから起動完了状態となるまでの状態を、回転角センサ２の「起動途中状態」と定義する。 Here, the meaning of the "reliable state" in the output signal of the rotation angle sensor 2 will be described. The operation of the rotation angle sensor 2 is controlled by a drive circuit (not shown) configured by a microcomputer or the like. In addition, it takes a certain amount of time from the reset of the drive circuit to the completion of startup. First, in the specification of the present application, the state from the reset of the drive circuit to the start-up completed state is defined as the "start-up intermediate state" of the rotation angle sensor 2.

回転角センサ２が起動途中状態の間、回転角センサ２の出力信号は、モータ１の実際の回転角を反映しておらず、信頼できない状態である。本願の明細書では、このような起動途中状態における回転角センサ２の出力信号の状態を、「信頼不能状態」と称することにする。 While the rotation angle sensor 2 is in the process of starting, the output signal of the rotation angle sensor 2 does not reflect the actual rotation angle of the motor 1, and is in an unreliable state. In the specification of the present application, the state of the output signal of the rotation angle sensor 2 in such a start-up state is referred to as an "unreliable state".

駆動回路が起動完了状態となると、回転角センサ２の出力信号は、モータ１の実際の回転角を反映したものとなり、信頼できる状態となる。本願の明細書では、このような状態における回転角センサ２の出力信号の状態を、「信頼可能状態」と称することにする。 When the drive circuit is in the start-up completed state, the output signal of the rotation angle sensor 2 reflects the actual rotation angle of the motor 1, and is in a reliable state. In the specification of the present application, the state of the output signal of the rotation angle sensor 2 in such a state is referred to as a "reliable state".

また、回転角センサ２が故障状態となった場合にも、回転角センサ２の出力信号は、モータ１の実際の回転角を反映したものとならず、信頼できない状態となる。本願の明細書では、このような故障状態における回転角センサ２の出力信号の状態も、同様に「信頼不能状態」と称することにする。 Further, even when the rotation angle sensor 2 is in a failure state, the output signal of the rotation angle sensor 2 does not reflect the actual rotation angle of the motor 1, and the state becomes unreliable. In the specification of the present application, the state of the output signal of the rotation angle sensor 2 in such a failure state is also referred to as an "unreliable state".

上記の事項をまとめると、起動途中状態でなく、かつ故障状態でもない場合、回転角センサ２の出力信号は「信頼可能状態」となる。これに対して、起動途中状態または故障状態のいずれかまたは両方である場合、回転角センサ２の出力信号は「信頼不能状態」となる。 Summarizing the above items, the output signal of the rotation angle sensor 2 is in the "reliable state" when it is not in the starting state and in the failure state. On the other hand, the output signal of the rotation angle sensor 2 is in the "unreliable state" when it is in the in-start state, the failure state, or both.

図８は、判定器５０の内部構成を示す図である。判定器５０は、故障判定回路５１と、起動途中判定回路５２と、ＯＲ回路５３と、ＮＯＴ回路５４とを含んでいる。 FIG. 8 is a diagram showing an internal configuration of the determination device 50. The determination device 50 includes a failure determination circuit 51, a start-up determination circuit 52, an OR circuit 53, and a NOT circuit 54.

また、判定器５０は、加算要素５５と、出力選択回路５６と、遅延要素５７と、比較回路５８と、ＡＮＤ回路５９とを含んでいる。 Further, the determination device 50 includes an addition element 55, an output selection circuit 56, a delay element 57, a comparison circuit 58, and an AND circuit 59.

さらに、判定器５０は、遅延要素６０と、比較回路６１と、比較回路６２と、ＡＮＤ回路６３とを含んでいる。 Further, the determination device 50 includes a delay element 60, a comparison circuit 61, a comparison circuit 62, and an AND circuit 63.

故障判定回路５１は、回転角センサ２の出力信号に基づいて、回転角センサ２が故障状態であるか否かを判定する。故障判定回路５１は、回転角センサ２が故障状態であると判定される場合には真値を出力し、回転角センサ２が故障状態でないと判定される場合には偽値を出力する。 The failure determination circuit 51 determines whether or not the rotation angle sensor 2 is in a failure state based on the output signal of the rotation angle sensor 2. The failure determination circuit 51 outputs a true value when the rotation angle sensor 2 is determined to be in a failure state, and outputs a false value when the rotation angle sensor 2 is determined not to be in a failure state.

起動途中判定回路５２は、回転角センサ２の出力信号に基づいて、回転角センサ２が起動途中であるか否かを判定する。起動途中判定回路５２は、回転角センサ２が起動途中状態であると判定される場合には真値を出力し、回転角センサ２が起動途中状態でないと判定される場合には偽値を出力する。 The start-up determination circuit 52 determines whether or not the rotation angle sensor 2 is in the process of starting up based on the output signal of the rotation angle sensor 2. The start-up determination circuit 52 outputs a true value when the rotation angle sensor 2 is determined to be in the start-up state, and outputs a false value when the rotation angle sensor 2 is determined not to be in the start-up state. To do.

回転角センサ２の故障状態および起動途中状態の判定には、様々な手法を用いることができる。例えば、以下の条件１〜５のすくなくとも１つが成立する場合に、回転角センサ２が故障状態または起動途中状態であると判定することができる。 Various methods can be used to determine the failure state and the start-up state of the rotation angle sensor 2. For example, when at least one of the following conditions 1 to 5 is satisfied, it can be determined that the rotation angle sensor 2 is in a failure state or a start-up state.

条件１．回転角センサ２の出力信号が予め決定された電圧範囲内にない。
条件２．回転角センサ２の駆動回路からセンサ故障信号が出力されている。
条件３．複数の出力信号の関係性が正常状態と異なる。
条件４．出力信号の搬送波が検出できない。
条件５．出力信号の搬送波がゼロクロスしていない。 Condition 1. The output signal of the rotation angle sensor 2 is not within the predetermined voltage range.
Condition 2. A sensor failure signal is output from the drive circuit of the rotation angle sensor 2.
Condition 3. The relationship between multiple output signals is different from the normal state.
Condition 4. The carrier wave of the output signal cannot be detected.
Condition 5. The carrier wave of the output signal is not zero crossed.

なお、回転角センサ２が故障状態であったとしても、それが一時的なものであれば、回転角センサ２は、短時間で故障状態から正常状態に復帰できる可能性がある。例えば、コネクタの接触不良、駆動回路への過剰な処理負荷、信号線へのノイズの重畳等によって、回転角センサ２の一時的な故障状態が引き起こされている場合には、回転角センサ２は、短時間で正常状態に復帰できる可能性がある。 Even if the rotation angle sensor 2 is in a failure state, if it is temporary, the rotation angle sensor 2 may be able to return from the failure state to the normal state in a short time. For example, when a temporary failure state of the rotation angle sensor 2 is caused by poor contact of the connector, excessive processing load on the drive circuit, superimposition of noise on the signal line, etc., the rotation angle sensor 2 , There is a possibility that it can return to the normal state in a short time.

故障判定回路５１および起動途中判定回路５２の各出力は、ＯＲ回路５３に入力される。ＯＲ回路５３の出力は、状態信号となる。したがって、状態信号は、回転角センサ２が故障状態でなく、かつ起動途中状態でもない場合にのみ偽値となり、それ以外の場合には真値となる。また、先述した信頼可能状態の定義と併せて考えると、状態信号が偽値であることは、回転角センサ２の出力信号が信頼可能状態であることを意味している。 Each output of the failure determination circuit 51 and the start-up determination circuit 52 is input to the OR circuit 53. The output of the OR circuit 53 becomes a state signal. Therefore, the status signal becomes a false value only when the rotation angle sensor 2 is not in the faulty state and is not in the starting state, and becomes a true value in other cases. Further, when considered together with the definition of the reliable state described above, the fact that the state signal is a false value means that the output signal of the rotation angle sensor 2 is in the reliable state.

一方、状態信号が真値であることは、回転角センサ２の出力信号が信頼不能状態であることを意味している。 On the other hand, the fact that the state signal is a true value means that the output signal of the rotation angle sensor 2 is in an unreliable state.

具体的には、状態信号は、回転角センサ２が起動途中状態でなくても、故障状態である場合には、真値となる。この時、回転角センサ２の出力信号は、信頼不能状態である。 Specifically, the state signal becomes a true value when the rotation angle sensor 2 is in a failure state even if it is not in the starting state. At this time, the output signal of the rotation angle sensor 2 is in an unreliable state.

また、状態信号は、回転角センサ２が故障状態でなくても、起動途中状態である場合には、真値となる。この時、回転角センサ２の出力信号は、信頼不能状態である。 Further, the state signal becomes a true value when the rotation angle sensor 2 is in the middle of starting even if it is not in the failure state. At this time, the output signal of the rotation angle sensor 2 is in an unreliable state.

また、状態信号は、回転角センサ２が起動途中であり、かつ故障状態である場合にも、真値となる。この時、回転角センサ２の出力信号は、信頼不能状態である。 Further, the state signal becomes a true value even when the rotation angle sensor 2 is in the process of starting and is in a failure state. At this time, the output signal of the rotation angle sensor 2 is in an unreliable state.

また、判定器５０の内部において、加算要素５５、出力選択回路５６、遅延要素５７および比較回路５８は、カウンタ回路を構成している。このカウンタ回路は、状態信号が真値になると０にリセットされ、状態信号が偽値の間は、１クロック毎にインクリメントされる。したがって、カウンタ回路は、状態信号が偽値である期間をカウントする。比較回路５８は、カウント値が先述した予め決定された加算回数Ｎ未満の場合には真値を出力し、カウント値が加算回数Ｎ以上の場合には偽値を出力する。 Further, inside the determination device 50, the addition element 55, the output selection circuit 56, the delay element 57, and the comparison circuit 58 form a counter circuit. This counter circuit is reset to 0 when the state signal becomes a true value, and is incremented every clock while the state signal has a false value. Therefore, the counter circuit counts the period during which the state signal is a false value. The comparison circuit 58 outputs a true value when the count value is less than the predetermined addition number N described above, and outputs a false value when the count value is the addition number N or more.

比較回路５８の出力は、ＡＮＤ回路５９の一方の入力端子に入力される。また、ＡＮＤ回路５９の他方の入力端子には、上記の状態信号をＮＯＴ回路５４に通した信号が入力される。ＡＮＤ回路５９の出力は、演算要求信号となる。したがって、演算要求信号は、状態信号が偽値である期間が加算回数Ｎ未満であり、かつ、現在の状態信号が偽値である場合にのみ真値となり、それ以外の場合には偽値となる。 The output of the comparison circuit 58 is input to one input terminal of the AND circuit 59. Further, a signal obtained by passing the above state signal through the NOT circuit 54 is input to the other input terminal of the AND circuit 59. The output of the AND circuit 59 becomes a calculation request signal. Therefore, the calculation request signal becomes a true value only when the period during which the state signal is a false value is less than the number of additions N and the current state signal is a false value, and is regarded as a false value in other cases. Become.

演算要求信号は、回転角センサ２が起動完了状態となった時、あるいは回転角センサ２が一時的な故障状態から復帰した時に、平均回転速度算出器４０に対して、平均回転速度ωａの算出を要求する信号である。 The calculation request signal calculates the average rotation speed ωa with respect to the average rotation speed calculator 40 when the rotation angle sensor 2 is in the activation completed state or when the rotation angle sensor 2 recovers from the temporary failure state. Is a signal requesting.

平均回転速度算出器４０は、判定器５０から出力される演算要求信号が真値になると、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎの算出を開始し、演算要求信号が真値である間、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎを累積加算し続ける。 The average rotation speed calculator 40 starts calculating the weighted instantaneous rotation speed ωi / N when the calculation request signal output from the determination device 50 becomes a true value, and is weighted while the calculation request signal is a true value. The instantaneous rotation speed ωi / N is continuously added.

平均回転速度算出器４０は、判定器５０から出力される演算要求信号が偽値になると、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎの算出を終了し、その際における平均回転速度算出器４０の出力が平均回転速度ωａとなる。したがって、平均回転速度ωａは、クロック周期Ｔｃ×加算回数Ｎの期間における、モータ１の平均回転速度に相当する。 When the calculation request signal output from the determination device 50 becomes a false value, the average rotation speed calculator 40 ends the calculation of the weighted instantaneous rotation speed ωi / N, and the output of the average rotation speed calculator 40 at that time is output. The average rotation speed is ωa. Therefore, the average rotation speed ωa corresponds to the average rotation speed of the motor 1 in the period of clock period Tc × number of additions N.

また、演算要求信号に基づいて、遅延要素６０、比較回路６１、比較回路６２およびＡＮＤ回路６３によって、リセット信号が生成される。 Further, a reset signal is generated by the delay element 60, the comparison circuit 61, the comparison circuit 62, and the AND circuit 63 based on the calculation request signal.

リセット信号は、１つ前のクロックＣｋ−１における演算要求信号が真値であり、かつ、現在のクロックＣｋにおける演算要求信号が偽値である場合にのみ真値となり、それ以外の場合には偽値となる。 The reset signal becomes a true value only when the calculation request signal in the previous clock Ck-1 is a true value and the calculation request signal in the current clock Ck is a false value, and in other cases, it becomes a true value. It becomes a false value.

図９は、判定器５０の動作の一例を説明する図である。１段目のグラフは、回転角センサ２の出力信号の時間変化を示している。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the operation of the determination device 50. The graph of the first stage shows the time change of the output signal of the rotation angle sensor 2.

２段目のグラフは、判定器５０の出力する状態信号の時間変化を示している。 The second-stage graph shows the time change of the state signal output by the determination device 50.

３段目のグラフは、判定器５０の内部のカウンタ回路のカウント値の時間変化を示している。 The graph in the third stage shows the time change of the count value of the counter circuit inside the determination device 50.

４段目のグラフは、判定器５０の出力する演算要求信号の時間変化を示している。 The graph in the fourth row shows the time change of the calculation request signal output by the determination device 50.

５段目のグラフは、判定器５０の出力するリセット信号の時間変化を示している。 The graph in the fifth row shows the time change of the reset signal output by the determination device 50.

時刻ｔ＝０において、回転角センサ２が起動完了状態となり、回転角センサ２の出力信号は信頼可能状態となる。この時、判定器５０は、故障判定回路５１および起動途中判定回路５２が共に偽値を出力するため、状態信号として偽値を出力する。 At time t = 0, the rotation angle sensor 2 is in the activation complete state, and the output signal of the rotation angle sensor 2 is in the reliable state. At this time, the determination device 50 outputs a false value as a state signal because both the failure determination circuit 51 and the start-up determination circuit 52 output a false value.

また、判定器５０は、カウント値がゼロ、すなわち加算回数Ｎ未満であり、かつ状態信号が偽値であるため、演算要求信号として真値を出力すると共に、リセット信号として偽値を出力する。同時に、判定器５０は、カウンタ回路によるカウントを開始する。 Further, since the count value is zero, that is, the number of additions is less than N, and the state signal is a false value, the determination device 50 outputs a true value as a calculation request signal and outputs a false value as a reset signal. At the same time, the determination device 50 starts counting by the counter circuit.

演算要求信号が真値になると、平均回転速度算出器４０は、平均回転速度ωａの算出を開始する。具体的には、平均回転速度算出器４０は、演算要求信号が真値である間、検出回転角θｄの微分に基づいて算出される重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎを、累積加算していく。 When the calculation request signal becomes a true value, the average rotation speed calculator 40 starts calculating the average rotation speed ωa. Specifically, the average rotation speed calculator 40 cumulatively adds the weighted instantaneous rotation speed ωi / N calculated based on the derivative of the detected rotation angle θd while the calculation request signal is a true value. ..

時刻ｔ＝０．１において、カウント値が加算回数Ｎに等しくなる。この時、判定器５０は、カウント値が加算回数Ｎに等しく、かつ状態信号が偽値であるため、演算要求信号を真値から偽値に変化させる。同時に、判定器５０は、リセット信号として、１クロックだけ真値を出力する。 At time t = 0.1, the count value becomes equal to the number of additions N. At this time, since the count value is equal to the number of additions N and the state signal is a false value, the determination device 50 changes the calculation request signal from the true value to the false value. At the same time, the determination device 50 outputs a true value for one clock as a reset signal.

演算要求信号が偽値になると、平均回転速度算出器４０は、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎの累積加算を終了する。この時の平均回転速度算出器４０の出力が、平均回転速度ωａとなる。 When the calculation request signal becomes a false value, the average rotation speed calculator 40 ends the cumulative addition of the weighted instantaneous rotation speed ωi / N. The output of the average rotation speed calculator 40 at this time is the average rotation speed ωa.

リセット信号が真値になると、回転速度推定器２０は、推定回転速度ωｅとして、平均回転速度算出器４０によって算出された平均回転速度ωａを出力する。また、リセット信号が真値になると、回転角推定器３０は、回転速度推定器２０から出力される平均回転速度ωａに基づいて、平均回転角θａを算出し、推定回転角θｅとして平均回転角θａを出力する。 When the reset signal becomes a true value, the rotation speed estimator 20 outputs the average rotation speed ωa calculated by the average rotation speed calculator 40 as the estimated rotation speed ωe. When the reset signal becomes a true value, the rotation angle estimator 30 calculates the average rotation angle θa based on the average rotation speed ωa output from the rotation speed estimator 20, and the average rotation angle θe is used as the estimated rotation angle θe. Output θa.

時刻ｔ＝０．５において、回転角センサ２が一時的に故障状態となり、出力信号が規定の電圧範囲である０．５Ｖ〜４．５Ｖの範囲を逸脱する。したがって、回転角センサ２の出力信号は、信頼不能状態となる。この時、判定器５０は、故障判定回路５１が真値を出力するため、状態信号を偽値から真値に変化させると共に、カウンタ回路のカウント値を０にする。 At time t = 0.5, the rotation angle sensor 2 temporarily fails, and the output signal deviates from the specified voltage range of 0.5V to 4.5V. Therefore, the output signal of the rotation angle sensor 2 is in an unreliable state. At this time, since the failure determination circuit 51 outputs the true value, the determination device 50 changes the state signal from the false value to the true value and sets the count value of the counter circuit to 0.

また、判定器５０は、カウント値が０、すなわち加算回数Ｎ未満であり、かつ状態信号が真値であるため、演算要求信号として偽値を出力すると共に、リセット信号として偽値を出力する。 Further, since the count value is 0, that is, the number of additions is less than N, and the state signal is a true value, the determination device 50 outputs a false value as a calculation request signal and outputs a false value as a reset signal.

時刻ｔ＝１．５において、回転角センサ２が一時的な故障状態から正常状態に復帰し、回転角センサ２の出力信号は信頼可能状態となる。この時、判定器５０は、故障判定回路５１および起動途中判定回路５２が共に偽値を出力するため、状態信号を真値から偽値に変化させる At time t = 1.5, the rotation angle sensor 2 returns from the temporary failure state to the normal state, and the output signal of the rotation angle sensor 2 becomes a reliable state. At this time, the determination device 50 changes the state signal from the true value to the false value because both the failure determination circuit 51 and the start-up determination circuit 52 output false values.

また、判定器５０は、カウント値が０、すなわち加算回数Ｎ未満であり、かつ状態信号が偽値であるため、演算要求信号として真値を出力すると共に、リセット信号として偽値を出力する。同時に、判定器５０は、カウンタ回路によるカウントを開始する。 Further, since the count value is 0, that is, the number of additions is less than N, and the state signal is a false value, the determination device 50 outputs a true value as a calculation request signal and outputs a false value as a reset signal. At the same time, the determination device 50 starts counting by the counter circuit.

演算要求信号が真値になると、平均回転速度算出器４０は、平均回転速度ωａの算出を開始する。具体的には、平均回転速度算出器４０は、演算要求信号が真値である間、検出回転角θｄの微分に基づいて算出される重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎを、累積加算していく。 When the calculation request signal becomes a true value, the average rotation speed calculator 40 starts calculating the average rotation speed ωa. Specifically, the average rotation speed calculator 40 cumulatively adds the weighted instantaneous rotation speed ωi / N calculated based on the derivative of the detected rotation angle θd while the calculation request signal is a true value. ..

時刻ｔ＝１．６において、カウント値が加算回数Ｎに等しくなる。この時、判定器５０は、カウント値が加算回数Ｎに等しく、かつ状態信号が偽値であるため、演算要求信号を真値から偽値に変化させる。同時に、判定器５０は、リセット信号として、１クロックだけ真値を出力する。 At time t = 1.6, the count value becomes equal to the number of additions N. At this time, since the count value is equal to the number of additions N and the state signal is a false value, the determination device 50 changes the calculation request signal from the true value to the false value. At the same time, the determination device 50 outputs a true value for one clock as a reset signal.

演算要求信号が偽値になると、平均回転速度算出器４０は、重み付き瞬時回転速度ωｉ／Ｎの累積加算を終了する。この時の平均回転速度算出器４０の出力が、平均回転速度ωａとなる。 When the calculation request signal becomes a false value, the average rotation speed calculator 40 ends the cumulative addition of the weighted instantaneous rotation speed ωi / N. The output of the average rotation speed calculator 40 at this time is the average rotation speed ωa.

リセット信号が真値になると、回転速度推定器２０は、推定回転速度ωｅとして、平均回転速度算出器４０によって算出された平均回転速度ωａを出力する。また、リセット信号が真値になると、回転角推定器３０は、回転速度推定器２０から出力される平均回転速度ωａに基づいて、平均回転角θａを算出し、推定回転角θｅとして平均回転角θａを出力する。 When the reset signal becomes a true value, the rotation speed estimator 20 outputs the average rotation speed ωa calculated by the average rotation speed calculator 40 as the estimated rotation speed ωe. When the reset signal becomes a true value, the rotation angle estimator 30 calculates the average rotation angle θa based on the average rotation speed ωa output from the rotation speed estimator 20, and the average rotation angle θe is used as the estimated rotation angle θe. Output θa.

次に、本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置１００の動作について説明する。 Next, the operation of the rotation angle estimation device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described.

図１０には、モータ１が回転数の上昇中に、回転角センサ２が一時的な故障状態となった後、正常状態に復帰した場合において、回転角推定装置１００から出力される推定回転速度ωｅの挙動が示されている。図１０において、実線は、回転角推定装置１００から出力される推定回転速度ωｅを表している。また、点線は、モータ１の実際の回転速度ωを表している。 FIG. 10 shows the estimated rotation speed output from the rotation angle estimation device 100 when the rotation angle sensor 2 returns to the normal state after the rotation angle sensor 2 temporarily fails while the motor 1 is increasing the rotation speed. The behavior of ωe is shown. In FIG. 10, the solid line represents the estimated rotation speed ωe output from the rotation angle estimation device 100. The dotted line represents the actual rotation speed ω of the motor 1.

また、図１１には、同じくモータ１が回転数の上昇中に、回転角センサ２が一時的な故障状態となった後、正常状態に復帰した場合において、回転角推定装置１００から出力される推定回転角θｅの挙動が示されている。図１１において、実線は、回転角推定装置１００から出力される推定回転角θｅを表している。また、点線は、モータ１の実際の回転角θを表している。 Further, in FIG. 11, when the rotation angle sensor 2 returns to the normal state after the rotation angle sensor 2 temporarily fails while the motor 1 is also increasing the rotation speed, the rotation angle estimation device 100 outputs the output. The behavior of the estimated rotation angle θe is shown. In FIG. 11, the solid line represents the estimated rotation angle θe output from the rotation angle estimation device 100. The dotted line represents the actual rotation angle θ of the motor 1.

図１０および図１１において、モータ１の回転数は徐々に上昇している。時刻ｔ＝０．５において、回転角センサ２が一時的な故障状態となる。この時、判定器５０の故障判定回路５１は真値を出力し、判定器５０から出力される状態信号が偽値から真値に変化する。また、判定器５０から出力されるリセット信号および演算要求信号は、ともに偽値のままである。 In FIGS. 10 and 11, the rotation speed of the motor 1 is gradually increasing. At time t = 0.5, the rotation angle sensor 2 is in a temporary failure state. At this time, the failure determination circuit 51 of the determination device 50 outputs a true value, and the state signal output from the determination device 50 changes from a false value to a true value. Further, both the reset signal and the calculation request signal output from the determination device 50 remain false values.

状態信号が真値である間、位相差算出器１０は、位相差Θとして０を出力する。回転速度推定器２０は、リセット信号が偽値であり、位相差算出器１０から出力される位相差Θが０である場合には、自身が最後に出力した推定回転速度ωｅを出力し続ける、 While the state signal is a true value, the phase difference calculator 10 outputs 0 as the phase difference Θ. When the reset signal is a false value and the phase difference Θ output from the phase difference calculator 10 is 0, the rotation speed estimator 20 continues to output the estimated rotation speed ωe output last by itself.

図１２および図１３には、従来技術によって算出された推定回転速度ωＥおよび推定回転角θＥがそれぞれ示されている。従来技術では、位相差算出器から出力される位相差が０になると、回転速度推定器によって算出される推定回転速度ωＥも０に急落する。その結果、推定回転速度ωＥに基づいて算出される推定回転角θＥは、一定値に固定される。 12 and 13 show the estimated rotation speed ωE and the estimated rotation angle θE calculated by the prior art, respectively. In the prior art, when the phase difference output from the phase difference calculator becomes 0, the estimated rotation speed ωE calculated by the rotation speed estimator also drops sharply to 0. As a result, the estimated rotation angle θE calculated based on the estimated rotation speed ωE is fixed at a constant value.

これに対して、本実施の形態１に係る回転角推定装置１００では、図１０および図１１に示されるように、位相差算出器１０によって算出される位相差Θが０になると、回転速度推定器２０は、位相差Θが０になる前に自身が最後に出力した推定回転速度ωｅを出力し続ける。その結果、推定回転速度ωｅに基づいて算出される推定回転角θｅも、実際の回転角に近い値で推移する。 On the other hand, in the rotation angle estimation device 100 according to the first embodiment, as shown in FIGS. 10 and 11, when the phase difference Θ calculated by the phase difference calculator 10 becomes 0, the rotation speed is estimated. The device 20 continues to output the estimated rotation speed ωe that it last output before the phase difference Θ becomes 0. As a result, the estimated rotation angle θe calculated based on the estimated rotation speed ωe also changes at a value close to the actual rotation angle.

次に、時刻ｔ＝１．５において、回転角センサ２が正常状態に復帰する。この時、判定器５０は、ｔ＝１．５から１．５５までの間、演算要求信号として真値を出力する。これにより、平均回転速度算出器４０は、時刻ｔ＝１．５から１．５５までの間に、平均回転速度ωａを算出する。 Next, at time t = 1.5, the rotation angle sensor 2 returns to the normal state. At this time, the determination device 50 outputs a true value as a calculation request signal from t = 1.5 to 1.55. As a result, the average rotation speed calculator 40 calculates the average rotation speed ωa between the time t = 1.5 and 1.55.

平均回転速度ωａの算出が行われている時刻ｔ＝１．５から１．５５までの間、回転速度推定器２０は、位相差Θが０になる前に自身が最後に出力した推定回転速度ωｅを出力し続ける。回転角推定器３０は、回転速度推定器２０から出力される一定値に基づいて、推定回転角θｅを算出する。 During the time t = 1.5 to 1.55 when the average rotation speed ωa is calculated, the rotation speed estimator 20 last outputs the estimated rotation speed before the phase difference Θ becomes 0. Continue to output ωe. The rotation angle estimator 30 calculates the estimated rotation angle θe based on a constant value output from the rotation speed estimator 20.

時刻ｔ＝１．５５において、平均回転速度ωａの算出が完了する。この時、判定器５０は、リセット信号として、１クロックだけ真値を出力する。リセット信号が真値になると、回転速度推定器２０は、推定回転速度ωｅとして平均回転速度ωａを出力する。回転角推定器３０は、推定回転角θｅとして平均回転角θａを出力する。 At time t = 1.55, the calculation of the average rotation speed ωa is completed. At this time, the determination device 50 outputs a true value for one clock as a reset signal. When the reset signal becomes a true value, the rotation speed estimator 20 outputs the average rotation speed ωa as the estimated rotation speed ωe. The rotation angle estimator 30 outputs the average rotation angle θa as the estimated rotation angle θe.

その後、リセット信号が再び偽値になると、回転速度推定器２０は、位相差算出器１０によって算出される０でない位相差Θに基づいて、推定回転速度ωｅを算出する。回転角推定器３０は、回転速度推定器２０によって算出される推定回転速度ωｅに基づいて、推定回転角θｅを算出する。 After that, when the reset signal becomes a false value again, the rotation speed estimator 20 calculates the estimated rotation speed ωe based on the non-zero phase difference Θ calculated by the phase difference calculator 10. The rotation angle estimator 30 calculates the estimated rotation angle θe based on the estimated rotation speed ωe calculated by the rotation speed estimator 20.

従来技術に係る図１２および図１３では、回転角センサの故障状態から正常状態への復帰直後において、推定回転速度ωＥおよび推定回転角θＥは、スパイク状に急激に変化している。これに対して、本実施の形態１に係る図１０および図１１では、回転角センサ２の故障状態から正常状態への復帰直後において、推定回転速度ωｅおよび推定回転角θｅの急激な変化は大幅に抑制されている。 In FIGS. 12 and 13 according to the prior art, the estimated rotation speed ωE and the estimated rotation angle θE suddenly change in a spike shape immediately after returning from the failure state of the rotation angle sensor to the normal state. On the other hand, in FIGS. 10 and 11 according to the first embodiment, the sudden changes in the estimated rotation speed ωe and the estimated rotation angle θe are large immediately after the rotation angle sensor 2 returns from the faulty state to the normal state. Is suppressed.

また、従来技術に係る図１３では、回転角センサの故障状態の間の推定回転角θＥは、実際の回転角θと大きく異なっている。これに対して、本実施の形態１に係る図１１では、回転角センサ２の故障状態の間の推定回転角θｅは、実際の回転角θとほぼ等しい。 Further, in FIG. 13 according to the prior art, the estimated rotation angle θE during the failure state of the rotation angle sensor is significantly different from the actual rotation angle θ. On the other hand, in FIG. 11 according to the first embodiment, the estimated rotation angle θe during the failure state of the rotation angle sensor 2 is substantially equal to the actual rotation angle θ.

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置１００では、回転角センサ２の出力信号が信頼不能状態から信頼可能状態に変化すると、平均回転速度算出器４０は、予め決定された時間内における平均回転速度ωａの算出を開始する。そして、当該平均回転速度ωａが算出されると、回転速度推定器２０は、推定回転速度ωｅとして平均回転速度ωａを出力する。 As described above, in the rotation angle estimation device 100 according to the first embodiment of the present invention, when the output signal of the rotation angle sensor 2 changes from the unreliable state to the reliable state, the average rotation speed calculator 40 is preliminarily used. The calculation of the average rotation speed ωa within the determined time is started. Then, when the average rotation speed ωa is calculated, the rotation speed estimator 20 outputs the average rotation speed ωa as the estimated rotation speed ωe.

上記の特徴により、本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置１００では、回転角センサ２の出力信号が信頼不能状態から信頼可能状態に変化した際における推定値の急激な変化を抑制することができる。 Due to the above characteristics, the rotation angle estimation device 100 according to the first embodiment of the present invention suppresses a sudden change in the estimated value when the output signal of the rotation angle sensor 2 changes from an unreliable state to a reliable state. be able to.

また、回転速度推定器２０から、推定回転速度ωｅとして平均回転速度ωａが出力されると、回転角推定器３０は、推定回転角θｅとして、
θａ＝ωａ×Ｔｃ＋θｄ
によって定義される平均回転角θａを出力する。ただし、ωａは平均回転速度、Ｔｃはクロック周期、θｄは検出回転角である。これにより、推定回転角ωｅのスパイク状の急激な変化を効果的に抑制することができる。 Further, when the rotation speed estimator 20 outputs the average rotation speed ωa as the estimated rotation speed ωe, the rotation angle estimator 30 sets the estimated rotation angle θe.
θa = ωa × Tc + θd
Outputs the average rotation angle θa defined by. However, ωa is the average rotation speed, Tc is the clock period, and θd is the detected rotation angle. As a result, a sudden spike-like change in the estimated rotation angle ωe can be effectively suppressed.

また、回転速度推定器２０は、回転角センサ２の出力信号が信頼可能状態から信頼不能状態に変化すると、当該変化の前に自身が最後に出力した推定回転速度ωｅを出力し続ける。これにより、推定回転速度ωｅに基づいて算出される推定回転角θｅも、実際の回転角に近い値で推移する。 Further, when the output signal of the rotation angle sensor 2 changes from the reliable state to the unreliable state, the rotation speed estimator 20 continues to output the estimated rotation speed ωe that it last output before the change. As a result, the estimated rotation angle θe calculated based on the estimated rotation speed ωe also changes at a value close to the actual rotation angle.

また、平均回転速度算出器４０は、平均回転速度ωａを、
ωａ＝Σωｉ／Ｎ
に従って算出する。ただし、ωｉは瞬時回転速度、Ｎは予め決定された加算回数である。これにより、演算に必要なメモリサイズを節約することができる。 Further, the average rotation speed calculator 40 determines the average rotation speed ωa.
ωa = Σωi / N
Calculate according to. However, ωi is the instantaneous rotation speed, and N is a predetermined number of additions. As a result, the memory size required for the calculation can be saved.

なお、上記の実施の形態１において、回転速度推定器２０は、ローパスフィルタとしての周波数特性を有する。そのため、回転速度推定器２０のカットオフ周波数を回転角センサ２の検出対象の最大回転加速度に基づいて決定することにより、推定回転速度ωｅの急激な変化をさらに効果的に抑制することができる。 In the first embodiment, the rotation speed estimator 20 has a frequency characteristic as a low-pass filter. Therefore, by determining the cutoff frequency of the rotation speed estimator 20 based on the maximum rotational acceleration of the detection target of the rotation angle sensor 2, a sudden change in the estimated rotation speed ωe can be suppressed more effectively.

また、上記の実施の形態１では、平均回転速度算出器４０の代わりに、ローパスフィルタを用いてもよい。 Further, in the above-described first embodiment, a low-pass filter may be used instead of the average rotation speed calculator 40.

なお、上述した実施の形態１に係る回転角推定装置１００における各機能は、処理回路によって実現される。各機能を実現する処理回路は、専用のハードウェアであってもよく、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。図１４は、本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置１００の各機能を専用のハードウェアである処理回路１０００で実現する場合を示した構成図である。また、図１５は、本発明の実施の形態１に係る回転角推定装置１００の各機能をプロセッサ２００１およびメモリ２００２を備えた処理回路２０００により実現する場合を示した構成図である。 Each function of the rotation angle estimation device 100 according to the first embodiment described above is realized by a processing circuit. The processing circuit that realizes each function may be dedicated hardware or a processor that executes a program stored in the memory. FIG. 14 is a configuration diagram showing a case where each function of the rotation angle estimation device 100 according to the first embodiment of the present invention is realized by the processing circuit 1000 which is dedicated hardware. Further, FIG. 15 is a configuration diagram showing a case where each function of the rotation angle estimation device 100 according to the first embodiment of the present invention is realized by a processing circuit 2000 including a processor 2001 and a memory 2002.

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路１０００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。回転角推定装置１００の各部の機能それぞれを個別の処理回路１０００で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路１０００で実現してもよい。 When the processing circuit is dedicated hardware, the processing circuit 1000 may include, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field Programmable Gate Array). ), Or a combination of these. The functions of each part of the rotation angle estimation device 100 may be realized by the individual processing circuit 1000, or the functions of each part may be collectively realized by the processing circuit 1000.

一方、処理回路がプロセッサ２００１の場合、回転角推定装置１００の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ２００２に格納される。プロセッサ２００１は、メモリ２００２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、回転角推定装置１００は、処理回路２０００により実行されるときに、上述した各制御が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ２００２を備える。 On the other hand, when the processing circuit is the processor 2001, the functions of each part of the rotation angle estimation device 100 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. The software and firmware are written as programs and stored in memory 2002. The processor 2001 realizes the functions of each part by reading and executing the program stored in the memory 2002. That is, the rotation angle estimation device 100 includes a memory 2002 for storing a program in which each of the above-mentioned controls will be executed as a result when executed by the processing circuit 2000.

これらのプログラムは、上述した各部の手順あるいは方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ２００２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリ２００２に該当する。 It can be said that these programs cause a computer to execute the procedure or method of each part described above. Here, the memory 2002 is, for example, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Online Memory), an EEPROM (Electrically Memory), etc. This applies to sexual or volatile semiconductor memories. Further, magnetic disks, flexible disks, optical disks, compact disks, mini disks, DVDs, and the like also fall under the category of memory 2002.

なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。 It should be noted that some of the functions of the above-mentioned parts may be realized by dedicated hardware and some may be realized by software or firmware.

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。 In this way, the processing circuit can realize the functions of the above-mentioned parts by hardware, software, firmware, or a combination thereof.

２ 回転角センサ、１０ 位相差算出器、２０ 回転速度推定器、３０ 回転角推定器、４０ 平均回転速度算出器、１００ 回転角推定装置。 2 rotation angle sensor, 10 phase difference calculator, 20 rotation speed estimator, 30 rotation angle estimator, 40 average rotation speed calculator, 100 rotation angle estimator.

Claims (5)

回転角センサの出力信号に基づいて算出される検出回転角と推定回転角との位相差を算出する位相差算出器と、
前記位相差に基づいて、推定回転速度を算出する回転速度推定器と、
前記推定回転速度に基づいて、前記推定回転角を算出する回転角推定器と、
前記検出回転角に基づいて、予め決定された時間内における平均回転速度を算出する平均回転速度算出器と
を備え、
前記回転角センサの前記出力信号が信頼不能状態から信頼可能状態に変化すると、前記平均回転速度算出器は、前記予め決定された時間内における前記平均回転速度の算出を開始し、該平均回転速度が算出されると、前記回転速度推定器は、前記推定回転速度として前記平均回転速度を出力する、回転角推定装置。 A phase difference calculator that calculates the phase difference between the detected rotation angle and the estimated rotation angle calculated based on the output signal of the rotation angle sensor, and
A rotation speed estimator that calculates the estimated rotation speed based on the phase difference,
A rotation angle estimator that calculates the estimated rotation angle based on the estimated rotation speed, and
It is provided with an average rotation speed calculator that calculates an average rotation speed within a predetermined time based on the detected rotation angle.
When the output signal of the rotation angle sensor changes from an unreliable state to a reliable state, the average rotation speed calculator starts calculating the average rotation speed within the predetermined time, and the average rotation speed is calculated. Is calculated, the rotation speed estimator outputs the average rotation speed as the estimated rotation speed, and is a rotation angle estimation device. 前記回転速度推定器から、前記推定回転速度として前記平均回転速度が出力されると、前記回転角推定器は、前記推定回転角として、次式：
θａ＝ωａ×Ｔｃ＋θｄ
によって定義される平均回転角θａを出力し、上式において、ωａは前記平均回転速度、Ｔｃはクロック周期、θｄは前記検出回転角である、請求項１に記載の回転角推定装置。 When the average rotation speed is output from the rotation speed estimator as the estimated rotation speed, the rotation angle estimator uses the following equation as the estimated rotation angle:
θa = ωa × Tc + θd
The rotation angle estimation device according to claim 1, wherein the average rotation angle θa defined by the above equation is output, where ωa is the average rotation speed, Tc is the clock period, and θd is the detected rotation angle. 前記回転速度推定器は、前記回転角センサの前記出力信号が前記信頼可能状態から前記信頼不能状態に変化すると、該変化の前に自身が最後に出力した前記推定回転速度を出力し続ける、請求項１または２に記載の回転角推定装置。 When the output signal of the rotation angle sensor changes from the reliable state to the unreliable state, the rotation speed estimator continues to output the estimated rotation speed that it last output before the change. Item 2. The rotation angle estimation device according to Item 1 or 2. 前記平均回転速度算出器は、前記平均回転速度を、次式：
ωａ＝Σωｉ／Ｎ
に従って算出し、上式において、ωａは前記平均回転速度、ωｉは瞬時回転速度、Ｎは予め決定された加算回数である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転角推定装置。 The average rotation speed calculator calculates the average rotation speed by the following equation:
ωa = Σωi / N
The rotation angle estimation device according to any one of claims 1 to 3, wherein in the above equation, ωa is the average rotation speed, ωi is the instantaneous rotation speed, and N is a predetermined number of additions. 前記回転速度推定器は、ローパスフィルタとしての周波数特性を有し、該ローパスフィルタのカットオフ周波数は、前記回転角センサの検出対象の最大回転加速度に基づいて決定される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転角推定装置。 The rotation speed estimator has a frequency characteristic as a low-pass filter, and the cutoff frequency of the low-pass filter is determined based on the maximum rotational acceleration of the detection target of the rotation angle sensor, claims 1 to 4. The rotation angle estimation device according to any one of the items.
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