JP7105942B1 - 制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
対象センサが出力する2×m個(mは、2以上の整数)の信号の内のm個の信号をA/D変換する第1A/D変換器と、
前記第1A/D変換器によりA/D変換されない前記対象センサのm個の信号をA/D変換する第2A/D変換器と、
前記第1A/D変換器のA/D変換により得られたm個の検出値の内のn個(nは、1以上であって、m未満の整数)の検出値と、前記第2A/D変換器のA/D変換により得られたm個の検出値の内のm-n個の検出値と、を合計した第1検出値和を算出し、
前記第1A/D変換器によるm個の検出値の内、前記第1検出値和に合計されていないm-n個の検出値と、前記第2A/D変換器によるm個の検出値の内、前記第1検出値和に合計されていないn個の検出値と、を合計した第2検出値和を算出する検出値和算出部と、
前記第1検出値和及び前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定する異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部は、前記第1検出値和及び前記第2検出値和の双方又は一方が、予め設定された検出値和の判定範囲を超えた場合に、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器に異常が生じたと判定するものである。
実施の形態1に係る制御装置30について図面を参照して説明する。各図において、同一又は相当部については、同一符号を付して説明する。図1は、本実施の形態に係る制御装置30の概略構成図である。
本実施の形態では、制御装置30は、第1及び第2インバータ4a、4bを制御する。図2に示すように、第1インバータ4aは、直流電力と第1のmi相の交流電力とを変換する電力変換器である。第2インバータ4bは、直流電力と第2のmi相の交流電力とを変換する電力変換器である。第1電流センサ5aは、第1インバータ4aの第1のmi相の電流値を検出し、各相の電流値を表す電流検出信号を出力する電流センサである。第2電流センサ5bは、第2インバータ4bの第2のmi相の電流値を検出し、各相の電流値を表す電流検出信号を出力する電流センサである。miは、3以上の整数である。
交流回転機20は、ステータ21と、ステータ21の径方向内側に配置されたロータ22と、を備えている。ステータ21には、第1の3相巻線、及び第2の3相巻線が巻装されている。ロータ22に永久磁石が設けられた永久磁石式の同期回転機であってもよく、ロータ22に電磁石が設けられた界磁巻線型の同期回転機であってもよく、ロータ22に鉄心が設けられた誘導回転機であってもよい。
交流回転機20には、ロータ22の回転角度を検出する角度センサ8が設けられている。角度センサ8の出力信号は、制御装置30に入力される。角度センサ8には、ホール素子、TMR素子、又はGMR素子などの位置検出器が用いられる。なお、角度センサ8として、レゾルバ等の他の種類の角度センサが用いられてもよい。
上述したように、制御装置30は、m個の信号をA/D変換する第1A/D変換器10aと、m個の信号をA/D変換する第2A/D変換器10bと、検出値和算出部31と、異常検出部32と、を備えている。本実施の形態では、制御装置30は、第1及び第2インバータ4a、4bを制御する。また、制御装置30は、第1及び第2インバータ4a、4bを制御することにより、交流回転機20を制御する。
角度検出部34は、ロータ22の電気角での回転角度θ(磁極位置θ)、及び回転速度ωを検出する。本実施の形態では、角度検出部34は、角度センサ8の出力信号に基づいて、電気角での回転角度θ(磁極位置θ)及び回転速度ωを検出する。
電流検出部33は、第1電流センサ5aから出力された第1の3相の電流検出信号Viu1、Viv1、Viw1、及び第2電流センサ5bから出力された第2の3相の電流検出信号Viu2、Viv2、Viw2を、それぞれ各A/D変換器によりA/D変換して、第1の3相の電流検出値iu1_dt、iv1_dt、iw1_dt、及び第2の3相の電流検出値iu2_dt、iv2_dt、iw2_dtを取得する。ここで、電流検出値は、電圧等の信号のデジタル値を物理量(本例では、電流値[A])に変換した値を意味する。各信号を、第1A/D変換器10a及び第2A/D変換器10bのいずれでA/D変換するかは後述する。
電圧指令演算部35は、第1の3相の電流検出値、及び回転角度θ等に基づいて、第1の3相巻線に印加する第1の3相の電圧指令値Vu1、Vv1、Vw1を算出し、第2の3相の電流検出値、及び回転角度θ等に基づいて、第2の3相巻線に印加する第2の3相の電圧指令値Vu2、Vv2、Vw2を算出する。電圧指令値の算出には、dq軸の回転座標系における電流フィードバック制御等が用いられる。なお、電圧利用率を向上させるために、第1及び第2の3相の電圧指令値に、空間ベクトル変調、二相変調などの公知の変調が加えられてもよい。
電圧印加部36は、第1の3相の電圧指令値Vu1、Vv1、Vw1に基づいて、PWM制御(Pulse Width Modulation)により、第1インバータ4aの各スイッチング素子をオンオフする第1のスイッチング信号を生成する。第1のスイッチング信号は、ゲート駆動回路を介して、第1インバータ4aの各スイッチング素子のゲート端子に入力される。また、電圧印加部36は、第2の3相の電圧指令値Vu2、Vv2、Vw2に基づいて、PWM制御により、第2インバータ4bの各スイッチング素子をオンオフするスイッチング信号を生成する。第2のスイッチング信号は、ゲート駆動回路を介して、第2インバータ4bの各スイッチング素子のゲート端子に入力される。PWM制御として、公知のキャリア波比較PWM又は空間ベクトルPWMが用いられる。
検出値和算出部31は、対象センサについて、第1A/D変換器10aのA/D変換により得られたm個の検出値の内のn個(nは、1以上であって、m未満の整数)の検出値と、第2A/D変換器10bのA/D変換により得られたm個の検出値の内のm-n個の検出値と、を合計した第1検出値和を算出する。また、検出値和算出部31は、第1A/D変換器10aによるm個の検出値の内、第1検出値和に合計されていないm-n個の検出値と、第2A/D変換器10bによるm個の検出値の内、第1検出値和に合計されていないn個の検出値と、を合計した第2検出値和を算出する。
まず、第1の対象センサとされた、第1電流センサ5a及び第2電流センサ5bについて説明する。上述したように、第1及び第2電流センサ5a、5b用のmを、miとし、第1及び第2電流センサ5a、5b用のnを、niとする。
本実施の形態では、miは、3であり、niは、2である。すなわち、第1A/D変換器10aは、第1の3相の電流検出信号の内の2相の電流検出信号をA/D変換すると共に、第2の3相の電流検出信号の内の1相の電流検出信号をA/D変換する。第2A/D変換器10bは、第1の3相の電流検出信号の内、第1A/D変換器10aによりA/D変換されていない1相の電流検出信号をA/D変換すると共に、第2の3相の電流検出信号の内、第1A/D変換器10aによりA/D変換されていない2相の電流検出信号をA/D変換する。
式(6)の場合は、図8に示すように、位相が11/12π、23/12πであるときに、第1のU1相の電流値iu1及び第2のU2相の電流値iu2の双方が0に近くなり、電流用の第1検出値和i1sum及び電流用の第2検出値和i2sumの双方が0に近くなる。そのため、式(5)の検出値和の判定範囲の幅が狭い場合、11/12π、23/12π付近の位相では、A/D変換器に異常が生じていないと判定される。回転中は位相が変化するため、検出値和が、判定範囲を超えたときに異常が生じたと判定できるが、低回転時又は回転停止時には、電流用の第1検出値和i1sum及び電流用の第2検出値和i2sumの双方が0に近くなる時間が長くなり、その間、異常が生じてないと誤判定された状態で制御が継続される。
式(7)の例のように電流の位相差がπ/2付近に設定され、第1の振幅Ia1と第2の振幅Ia2とが同等になるように制御される場合、次式に示すように、一方のA/D変換器の0固着時における電流用の第1検出値和i1sum及び電流用の第2検出値和i2sumの二乗和は、第1の振幅Ia1(又は第2の振幅Ia2)の二乗値と同等になる。
まず、第2の対象センサとされた、角度センサ8について説明する。上述したように、角度センサ8用のmを、2とし、前記角度センサ用のnを、1とする。
一方のA/D変換器の0固着時において、角度用の第1検出値和ANG1sumと角度用の第2検出値和ANG2sumとの位相差がπ/2になるので、次式に示すように、一方のA/D変換器の0固着時における角度用の第1検出値和ANG1sum及び角度用の第2検出値和ANG2sumの二乗和は、信号の振幅Va1の二乗値と同等になる。
実施の形態2に係る制御装置30について図面を参照して説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る制御装置30、第1及び第2インバータ4a、4b、及び交流回転機20の基本的な構成は実施の形態1と同様であるが、第1電流センサ5a、第2電流センサ5b、及び角度センサ8に加えて、トルクセンサ9が、対象センサに追加されている。すなわち、第3の対象センサが、トルクセンサ9とされている。トルクセンサ9用のmを、2とし、角度センサ8用のnを、1としている。
(1)上記の実施の形態1では、第1電流センサ5a及び第2電流センサ5bが、第1の対象センサとされ、角度センサ8が、第2の対象センサとされている場合を例として説明した。しかし、第1電流センサ5a及び第2電流センサ5b、並びに角度センサ8の一方のみが、対象センサとされてもよい。また、上記の実施の形態2では、第1電流センサ5a及び第2電流センサ5bが、第1の対象センサとされ、角度センサ8が、第2の対象センサとされ、トルクセンサ9が、第3の対象センサとされている場合を例として説明した。しかし、第1電流センサ5a及び第2電流センサ5b、角度センサ8、並びにトルクセンサ9の1つ又は2つが、対象センサとされてもよい。また、第1電流センサ5a及び第2電流センサ5b、角度センサ8、並びにトルクセンサ9以外のセンサが対象センサとされてもよい。
Claims (12)
- 対象センサが出力する2×m個(mは、2以上の整数)の信号の内のm個の信号をA/D変換する第1A/D変換器と、
前記第1A/D変換器によりA/D変換されない前記対象センサのm個の信号をA/D変換する第2A/D変換器と、
前記第1A/D変換器のA/D変換により得られたm個の検出値の内のn個(nは、1以上であって、m未満の整数)の検出値と、前記第2A/D変換器のA/D変換により得られたm個の検出値の内のm-n個の検出値と、を合計した第1検出値和を算出し、
前記第1A/D変換器によるm個の検出値の内、前記第1検出値和に合計されていないm-n個の検出値と、前記第2A/D変換器によるm個の検出値の内、前記第1検出値和に合計されていないn個の検出値と、を合計した第2検出値和を算出する検出値和算出部と、
前記第1検出値和及び前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定する異常検出部と、
を備え、
前記異常検出部は、前記第1検出値和及び前記第2検出値和の双方又は一方が、予め設定された検出値和の判定範囲を超えた場合に、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器に異常が生じたと判定する制御装置。 - 前記第1A/D変換器及び前記第2A/D変換器に異常がない場合は、前記第1検出値和に合計される各検出値は、互いに異なる位相で第1の振動範囲を振動し、前記第1検出値和は、前記第1検出値和に合計される各検出値が互いに打ち消しあうことにより、前記第1の振動範囲よりも狭い第1の検出値和の正常範囲内になり、前記第2検出値和に合計される各検出値は、互いに異なる位相で第2の振動範囲を振動し、前記第2検出値和は、前記第2検出値和に合計される各検出値が互いに打ち消しあうことにより、前記第2の振動範囲よりも狭い第2の検出値和の正常範囲内になり、
前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器に異常が生じた場合は、前記第1検出値和は、前記第1の検出値和の正常範囲を超えて振動し、前記第2検出値和は、前記第2の検出値和の正常範囲を超えて振動する請求項1に記載の制御装置。 - 前記制御装置は、直流電力と第1のmi相の交流電力とを変換する第1インバータと、直流電力と第2のmi相の交流電力とを変換する第2インバータと、前記第1インバータの第1のmi相の電流値を検出し、各相の電流値を表す電流検出信号を出力する第1電流センサと、前記第2インバータの第2のmi相の電流値を検出し、各相の電流値を表す電流検出信号を出力する第2電流センサと、を備えたインバータ装置を制御し、
前記対象センサは、前記第1電流センサ及び前記第2電流センサであり、
前記第1電流センサ及び前記第2電流センサ用の前記mを、miとし、前記第1電流センサ及び前記第2電流センサ用の前記nを、niとし、
前記miは、3以上の整数であり、
前記第1A/D変換器は、第1のmi相の電流検出信号の内のni相の電流検出信号をA/D変換すると共に、第2のmi相の電流検出信号の内のmi-ni相の電流検出信号をA/D変換し、
前記第2A/D変換器は、前記第1のmi相の電流検出信号の内、前記第1A/D変換器によりA/D変換されていないmi-ni相の電流検出信号をA/D変換すると共に、前記第2のmi相の電流検出信号の内、前記第1A/D変換器によりA/D変換されていないni相の電流検出信号をA/D変換し、
前記検出値和算出部は、A/D変換により得られた前記第1のmi相の電流検出値を合計した電流用の前記第1検出値和を算出し、A/D変換により得られた前記第2のmi相の電流検出値を合計した電流用の前記第2検出値和を算出し、
前記異常検出部は、電流用の前記第1検出値和及び電流用の前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定する請求項1又は2に記載の制御装置。 - 前記niは、mi-1である請求項3に記載の制御装置。
- 前記miは、3であり、前記niは、2である請求項3又は4に記載の制御装置。
- 前記第1A/D変換器でA/D変換される第2の1相の電流検出値と、前記第2A/D変換器でA/D変換される第1の1相の電流検出値との位相差が、零では無いように、前記第1A/D変換器でA/D変換される第2の1相の電流検出信号の相と、前記第2A/D変換器でA/D変換される第1の1相の電流検出信号の相とが組み合わされている請求項4又は5に記載の制御装置。
- 前記第1A/D変換器でA/D変換される第2の1相の電流検出値と、前記第2A/D変換器でA/D変換される第1の1相の電流検出値との位相差が、π/2に最も近くなるように、前記第1A/D変換器でA/D変換される第2の1相の電流検出信号の相と、前記第2A/D変換器でA/D変換される第1の1相の電流検出信号の相とが組み合わされている請求項4から6のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記第1A/D変換器でA/D変換される第2の1相の電流検出値と、前記第2A/D変換器でA/D変換される第1の1相の電流検出値との位相差は、π/2である請求項4から7のいずれか一項に記載の制御装置。
- 対象センサが出力する2×m個(mは、2以上の整数)の信号の内のm個の信号をA/D変換する第1A/D変換器と、
前記第1A/D変換器によりA/D変換されない前記対象センサのm個の信号をA/D変換する第2A/D変換器と、
前記第1A/D変換器のA/D変換により得られたm個の検出値の内のn個(nは、1以上であって、m未満の整数)の検出値と、前記第2A/D変換器のA/D変換により得られたm個の検出値の内のm-n個の検出値と、を合計した第1検出値和を算出し、
前記第1A/D変換器によるm個の検出値の内、前記第1検出値和に合計されていないm-n個の検出値と、前記第2A/D変換器によるm個の検出値の内、前記第1検出値和に合計されていないn個の検出値と、を合計した第2検出値和を算出する検出値和算出部と、
前記第1検出値和及び前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定する異常検出部と、
を備えた制御装置であって、
前記制御装置は、直流電力と第1のmi相の交流電力とを変換する第1インバータと、直流電力と第2のmi相の交流電力とを変換する第2インバータと、前記第1インバータの第1のmi相の電流値を検出し、各相の電流値を表す電流検出信号を出力する第1電流センサと、前記第2インバータの第2のmi相の電流値を検出し、各相の電流値を表す電流検出信号を出力する第2電流センサと、を備えたインバータ装置を制御し、
前記対象センサは、前記第1電流センサ及び前記第2電流センサであり、
前記第1電流センサ及び前記第2電流センサ用の前記mを、miとし、前記第1電流センサ及び前記第2電流センサ用の前記nを、niとし、
前記miは、3以上の整数であり、
前記第1A/D変換器は、第1のmi相の電流検出信号の内のni相の電流検出信号をA/D変換すると共に、第2のmi相の電流検出信号の内のmi-ni相の電流検出信号をA/D変換し、
前記第2A/D変換器は、前記第1のmi相の電流検出信号の内、前記第1A/D変換器によりA/D変換されていないmi-ni相の電流検出信号をA/D変換すると共に、前記第2のmi相の電流検出信号の内、前記第1A/D変換器によりA/D変換されていないni相の電流検出信号をA/D変換し、
前記検出値和算出部は、A/D変換により得られた前記第1のmi相の電流検出値を合計した電流用の前記第1検出値和を算出し、A/D変換により得られた前記第2のmi相の電流検出値を合計した電流用の前記第2検出値和を算出し、
前記異常検出部は、電流用の前記第1検出値和及び電流用の前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定し、
前記niは、mi-1であり、
前記第1A/D変換器でA/D変換される第2の1相の電流検出値と、前記第2A/D変換器でA/D変換される第1の1相の電流検出値との位相差が、零では無いように、前記第1A/D変換器でA/D変換される第2の1相の電流検出信号の相と、前記第2A/D変換器でA/D変換される第1の1相の電流検出信号の相とが組み合わされ、
前記異常検出部は、電流用の前記第1検出値和及び電流用の前記第2検出値和の二乗和又は二乗和の平方根が、予め設定された二乗和の判定値より大きくなった場合に、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器に異常が生じたと判定する制御装置。 - 前記制御装置には、角度センサの出力信号が入力され、
前記角度センサは、角度に応じて位相が変化する第1余弦値を表す第1余弦信号と、前記第1余弦値と位相がπ異なる第2余弦値を表す第2余弦信号と、前記第1余弦値と位相がπ/2異なる第1正弦値を表す第1正弦信号と、前記第1正弦値と位相がπ異なる第2正弦値を表す第2正弦信号と、を出力し、
前記対象センサは、前記角度センサであり、
前記角度センサ用の前記mを、2とし、前記角度センサ用の前記nを、1とし、
前記第1A/D変換器は、前記第1余弦信号及び前記第1正弦信号をA/D変換し、
前記第2A/D変換器は、前記第2余弦信号及び前記第2正弦信号をA/D変換し、
前記検出値和算出部は、A/D変換により得られた前記第1余弦値の検出値と前記第2余弦値の検出値とを合計した角度用の前記第1検出値和を算出し、A/D変換により得られた前記第1正弦値の検出値と前記第2正弦値の検出値とを合計した角度用の前記第2検出値和を算出し、
前記異常検出部は、角度用の前記第1検出値和及び角度用の前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定する請求項1から9のいずれか一項に記載の制御装置。 - 対象センサが出力する2×m個(mは、2以上の整数)の信号の内のm個の信号をA/D変換する第1A/D変換器と、
前記第1A/D変換器によりA/D変換されない前記対象センサのm個の信号をA/D変換する第2A/D変換器と、
前記第1A/D変換器のA/D変換により得られたm個の検出値の内のn個(nは、1以上であって、m未満の整数)の検出値と、前記第2A/D変換器のA/D変換により得られたm個の検出値の内のm-n個の検出値と、を合計した第1検出値和を算出し、
前記第1A/D変換器によるm個の検出値の内、前記第1検出値和に合計されていないm-n個の検出値と、前記第2A/D変換器によるm個の検出値の内、前記第1検出値和に合計されていないn個の検出値と、を合計した第2検出値和を算出する検出値和算出部と、
前記第1検出値和及び前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定する異常検出部と、
を備えた制御装置であって、
前記制御装置には、角度センサの出力信号が入力され、
前記角度センサは、角度に応じて位相が変化する第1余弦値を表す第1余弦信号と、前記第1余弦値と位相がπ異なる第2余弦値を表す第2余弦信号と、前記第1余弦値と位相がπ/2異なる第1正弦値を表す第1正弦信号と、前記第1正弦値と位相がπ異なる第2正弦値を表す第2正弦信号と、を出力し、
前記対象センサは、前記角度センサであり、
前記角度センサ用の前記mを、2とし、前記角度センサ用の前記nを、1とし、
前記第1A/D変換器は、前記第1余弦信号及び前記第1正弦信号をA/D変換し、
前記第2A/D変換器は、前記第2余弦信号及び前記第2正弦信号をA/D変換し、
前記検出値和算出部は、A/D変換により得られた前記第1余弦値の検出値と前記第2余弦値の検出値とを合計した角度用の前記第1検出値和を算出し、A/D変換により得られた前記第1正弦値の検出値と前記第2正弦値の検出値とを合計した角度用の前記第2検出値和を算出し、
前記異常検出部は、角度用の前記第1検出値和及び角度用の前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定し、
前記異常検出部は、角度用の前記第1検出値和及び角度用の前記第2検出値和の二乗和又は二乗和の平方根が、予め設定された二乗和の判定値より大きくなった場合に、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器に異常が生じたと判定する制御装置。 - 前記制御装置には、トルクセンサの出力信号が入力され、
前記トルクセンサは、トルクに応じて変化する第1メイントルク信号と、中点電位を挟んで前記第1メイントルク信号と対称になる第1サブトルク信号と、トルクに応じて変化する第2メイントルク信号と、中点電位を挟んで第2メイントルク信号と対称になる第2サブトルク信号と、を出力し、
前記対象センサは、前記トルクセンサであり、
前記トルクセンサ用の前記mを、2とし、前記トルクセンサ用の前記nを、1とし、
前記第1A/D変換器は、前記第1メイントルク信号と、前記第2メイントルク信号及び前記第2サブトルク信号の一方と、をA/D変換し、
前記第2A/D変換器は、前記第1サブトルク信号と、前記第2メイントルク信号及び前記第2サブトルク信号の他方と、をA/D変換し、
前記検出値和算出部は、A/D変換により得られた前記第1メイントルク信号のA/D変換値と前記第1サブトルク信号のA/D変換値とを合計したトルク用の前記第1検出値和を算出し、A/D変換により得られた前記第2メイントルク信号のA/D変換値と前記第2サブトルク信号のA/D変換値とを合計したトルク用の前記第2検出値和を算出し、
前記異常検出部は、トルク用の前記第1検出値和及びトルク用の前記第2検出値和に基づいて、前記第1A/D変換器又は前記第2A/D変換器の異常を判定する請求項1から11のいずれか一項に記載の制御装置。
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