(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０１４９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】図１の推定装置の内部構成を示す図である。
【図４】図３の位相差算出器の内部構成を示す図である。
【図５】図３の回転速度推定器の内部構成を示す図である。
【図６】図３の回転角推定器の内部構成を示す図である。
【図７】図３の平均回転速度算出器の内部構成を示す図である。
【図８】図３の判定器の内部構成を示す図である。
【図９】図８の判定器の動作の一例を説明する図である。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
方法１．  ｜Ｓｉｎ（θｄ−θｅ）｜
方法２．  ｜Ｃｏｓ（θｄ）×Ｓｉｎ（θｅ）−Ｓｉｎ（θｄ）×Ｃｏｓ（θｅ）｜
方法３．  ｜（θｄ−θｅ）｜
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
θａ＝ωａ×Ｔｃ＋θｄ
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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、
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【符号の説明】
【０１２２】
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。
【要約】
【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３【図１】
0006781498.tif 000002
【図２】
0006781498.tif 000003
【図３】
0006781498.tif 000004
【図４】
0006781498.tif 000005
【図５】
0006781498.tif 000006
【図６】
0006781498.tif 000007
【図７】
0006781498.tif 000008
【図８】
0006781498.tif 000009
【図９】
0006781498.tif 000010
【図１０】
0006781498.tif 000011
【図１１】
0006781498.tif 000012
【図１２】
0006781498.tif 000013
【図１３】
0006781498.tif 000014
【図１４】
0006781498.tif 000015
【図１５】
0006781498.tif 000016