JP7023251B2 - レゾルバ信号処理装置、ドライブ装置、レゾルバ信号処理方法、設計支援方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、レゾルバ信号処理装置、ドライブ装置、レゾルバ信号処理方法、設計支援方法及びプログラムに関する。

レゾルバ信号処理装置は、レゾルバが検出した位相の位相情報をレゾルバの出力信号に基づいて抽出する。レゾルバ信号処理装置が受けるレゾルバの出力信号の振幅は、レゾルバが設けられるサイトごとに異なる値になる。このような振幅の違いが、レゾルバ信号処理装置の検出精度を低下させる要因になることがあった。

特開２０１６－９０２４４号公報

本発明が解決しようとする課題は、レゾルバの出力信号の振幅が所望の値よりも減衰することに影響されることなく、簡易な方法でレゾルバの位相情報を抽出するレゾルバ信号処理装置、ドライブ装置、レゾルバ信号処理方法、設計支援方法及びプログラムを提供することである。

実施形態の一態様のレゾルバ信号処理装置は、出力信号状態検出ユニットと、補償演算ユニットと、励磁信号生成ユニットと、を備える。出力信号状態検出ユニットは、励磁信号によって励磁されたレゾルバが出力する二相の信号を検出する。補償演算ユニットは、前記検出された二相の信号の基準に対する減衰を、前記減衰の程度に基づいて前記減衰を打ち消すように補償する。励磁信号生成ユニットは、前記補償された結果を用いて前記レゾルバの励磁信号を生成する。

第１の実施形態に係るレゾルバ信号処理装置を含むドライブ装置の構成図。 実施形態のレゾルバの構成図。 実施形態のレゾルバの二相励磁信号を説明するための図。 実施形態のレゾルバの二相の出力信号を説明するための図。 実施形態の振幅減衰率Ｋを考慮したレゾルバ位相検出系のブロック図。 実施形態の第１条件における検出速度を説明するための図。 実施形態の第２条件における検出速度を説明するための図。 第２の実施形態の設計支援装置の構成図。 実施形態の制御部の構成図。 実施形態の設計支援装置が減衰率Ｋを決定する処理のフローチャート。 第３の実施形態のレゾルバ信号処理装置の構成図。 実施形態のゲイン調整ユニットの構成図。

以下、実施形態のレゾルバ信号処理装置、ドライブ装置、レゾルバ信号処理方法、及びプログラムを、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一又は類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それらの構成の重複する説明は省略する場合がある。

実施形態のレゾルバとして、二相励磁二相出力型を例示する。二相出力型のレゾルバは略９０度の位相差で振幅変調されたＡ相、Ｂ相の二相の信号を出力する。例えば、上記の二相の信号は、位相θ０によって振幅が変化する正弦波と余弦波である。二相励磁型のレゾルバは略９０度の位相差で振幅変調されたＡ相、Ｂ相の励磁信号が供給される。レゾルバには、二相励磁二相出力型のほかに、一相励磁二相出力型、二相励磁一相出力型などがある。
なお、以下の説明の中で電気的に接続されることを、単に「接続される」ということがある。比較対象の速度、位相などの値が同じ値をとる場合、或いは略同じ値をとる場合のことを、単に「同じ」ということがある。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態に係るレゾルバ信号処理装置１００を含むドライブ装置１の構成図である。

ドライブ装置１は、例えば、レゾルバ２（図中の記載はＳＳ。）と、モータ３（図中の記載はＭ。）と、インバータ４と、レゾルバ信号処理装置１００とを備える。

レゾルバ２の軸は、モータ３の出力軸に連結されていて、モータ３の出力軸の回転に連動して回転する。例えば、モータ３は、インバータ４によって駆動される。

レゾルバ信号処理装置１００は、レゾルバ２に接続されていて、レゾルバ２に二相励磁信号を供給し、レゾルバ２が出力する二相の信号を受ける。

ここで図２Ａから図２Ｃを参照してレゾルバ２について説明する。
図２Ａは、実施形態のレゾルバ２の構成図である。図２Ｂは、実施形態のレゾルバ２の二相励磁信号を説明するための図である。図２Ｃは、実施形態のレゾルバ２の二相の出力信号を説明するための図である。

例えば、レゾルバ２は、励磁位相θexの二相励磁信号により励磁される。レゾルバ２は、モータ３の出力軸の機械角位相θrmを検出する。レゾルバ２は、二相励磁信号の励磁位相θexと、機械角位相θrmとに関連する位相θ０に基づいた二相の信号を出力する。

図２Ａから図２Ｃに示すｓｉｎθexとｃｏｓθexの信号は、二相励磁信号の一例である。ｓｉｎθ０とｃｏｓθ０の信号は、二相の出力信号の一例である。例えば、二相励磁信号と二相の出力信号はともに連続信号である。機械角位相θrmと、二相励磁信号の励磁位相θexと、位相θ０は、式（１）に示す関係にある。

θ０＝θrm＋θex ・・・（１）
θex＝∫ωex（ｔ）ｄｔ ・・・（２）

上記の式（１）における励磁位相θexは、式（２）に示すように励磁角周波数ωex（ｔ）に基づいて導出される。励磁角周波数ωex（ｔ）は、時刻ｔに依存して変化する。励磁位相θexは、励磁角周波数ωex（ｔ）の時間積分によって導出される。

図１に戻りレゾルバ信号処理装置１００の説明を続ける。
レゾルバ信号処理装置１００は、上記の二相の信号に基づきレゾルバ２の位相、つまりモータ３の出力軸の機械角位相θrmを検出し、その推定値である機械角位相推定値θrm_hatをインバータ４に供給する。以下、レゾルバ２の位相とその推定値を、単に機械角位相θrm、機械角位相推定値θrm_hatと呼ぶ。
これにより、インバータ４は、機械角位相θrmに代わるフィードバック情報として、機械角位相推定値θrm_hatを用いることにより、機械角位相推定値θrm_hatに基づいた位置制御によりモータ３を駆動することができる。

レゾルバ信号処理装置１００について説明する。
レゾルバ信号処理装置１００は、例えば、出力バッファー回路１０１Ａ、１０１Ｂと、入力バッファー回路１０４Ａ、１０４Ｂと、レゾルバ信号処理ユニット２００とを備える。

出力バッファー回路１０１Ａ、１０１Ｂの入力は、レゾルバ信号処理ユニット２００に接続される。出力バッファー回路１０１Ａ、１０１Ｂの出力は、レゾルバ２の励磁側に接続される。出力バッファー回路１０１Ａ、１０１Ｂは、後述のレゾルバ信号処理ユニット２００から供給される励磁信号に基づいた二相の信号をレゾルバ２に供給する。

例えば、出力バッファー回路１０１Ａには、Ａ相出力用の図示されないデジタルアナログ変換器１０２Ａ（以下、ＤＡ変換器という。図中の記載はＤＡ。）、図示しない信号増幅用のバッファー、絶縁用のトランス１０３Ａ（図中の記載はＴ。）などが含まれる。ＤＡ変換器１０２Ａと、信号増幅用のバッファーと、トランス１０３Ａは、記載の順に接続されている。トランス１０３Ａは、レゾルバ信号処理装置１００とレゾルバ２とを電気的に絶縁する。トランス１０３Ａの変圧比を１と仮定して、以下の説明におけるトランスの説明を省略する。出力バッファー回路１０１Ｂも同様であり、Ｂ相出力用の図示されないＤＡ変換器１０２Ｂ、図示しない信号増幅用のバッファー、トランス１０３Ｂなどが含まれる。ＤＡ変換器１０２Ｂは、ＤＡ変換器１０２Ａと同じものであってよい。トランス１０３Ｂは、トランス１０３Ａと同じものであってよい。ＤＡ変換器１０２Ｂと、信号増幅用のバッファーと、トランス１０３Ｂは、記載の順に接続されている。なお、トランス１０３Ａ、１０３Ｂの変圧比が１でない場合には、以下の説明を比の値に併せて適宜補正してもよい。

入力バッファー回路１０４Ａ、１０４Ｂの入力は、レゾルバ２の出力側に接続される。入力バッファー回路１０４Ａ、１０４Ｂの出力は、レゾルバ信号処理ユニット２００に接続される。入力バッファー回路１０４Ａ、１０４Ｂは、レゾルバ２から位相θ０に基づいた二相の信号を受け、後述のレゾルバ信号処理ユニット２００に供給する。

例えば、入力バッファー回路１０４Ａには、Ａ相入力用のアナログデジタル変換器１０５Ａ（以下、ＡＤ変換器という。図中の記載はＡＤ。）、図示されない信号増幅用のバッファー、絶縁用のトランス１０６Ａ（図中の記載はＴ。）などが含まれる。絶縁用のトランス１０６Ａと、信号増幅用のバッファーと、ＡＤ変換器１０５Ａは、記載の順に接続される。入力バッファー回路１０４Ｂも同様であり、Ｂ相入力用のＡＤ変換器１０５Ｂ、図示されない信号増幅用のバッファー、トランス１０６Ｂなどが含まれる。絶縁用のトランス１０６Ｂと、信号増幅用のバッファーと、ＡＤ変換器１０５Ｂは、記載の順に接続される。

ＡＤ変換器１０５Ａ、１０５Ｂは、レゾルバ２が出力するＡ相、Ｂ相の各アナログ信号をそれぞれデジタル値に変換する。ＡＤ変換器１０５Ａ、１０５Ｂが変換するタイミングは、図示されないサンプリング指令信号生成処理部から出力されるサンプリング指令信号により規定され、予め定められた所定の周期になる。ＡＤ変換器１０５Ａ、１０５Ｂは、変換したデジタル値を、レゾルバ信号処理ユニット２００に供給する。

レゾルバ信号処理ユニット２００は、デジタル値で供給された二相の信号から、レゾルバ２の位相に対応する位相情報に変換して、出力バッファー回路１０１Ａ、１０１Ｂを経由してインバータ４に供給する。

インバータ４は、例えば、図示されない半導体スイッチング素子とインバータ制御部とを備える。インバータ４は、レゾルバ信号処理ユニット２００からモータ３の機械角位相推定値θrm_hatの供給を受け、機械角位相推定値θrm_hatに従い、モータ３を駆動する。

次にレゾルバ信号処理ユニット２００について説明する。
レゾルバ信号処理ユニット２００は、例えば、偏差算出ユニット２０１と、ＰＩ制御器２０４（図中の記載はＰＩ。）と、リミッタ２０５と、積分器２０６（積分演算ユニット）と、変換処理ユニット２０７、２０８と、減算器２０９と、基準信号生成処理ユニット２１０と、加算器２１１と、補償演算ユニット２１３、励磁位相推定値生成ユニット２１５とを備える。ＰＩ制御器２０４は、ＰＩ演算ユニットの一例である。偏差算出ユニット２０１は、出力信号状態検出ユニットの一例である。変換処理ユニット２０８は、励磁信号生成ユニットの一例である。

偏差算出ユニット２０１は、例えば、乗算器２０２Ａ、２０２Ｂと、減算器２０３とを備える。

乗算器２０２Ａの入力は、ＡＤ変換器１０５Ａの出力と後述の変換処理ユニット２０７の出力とに接続されている。乗算器２０２Ａは、ＡＤ変換器１０５Ａから供給されるＡ相の信号成分と、変換処理ユニット２０７から供給される正弦波信号（ｓｉｎθref）とを乗じて、第１の積を得る。乗算器２０２Ａは、出力に接続されている減算器２０３の第１入力に、第１の積を供給する。

乗算器２０２Ｂの入力は、ＡＤ変換器１０５Ｂの出力と後述の変換処理ユニット２０７の出力とに接続されている。乗算器２０２Ｂは、ＡＤ変換器１０５Ｂから供給されるＢ相の信号成分と、変換処理ユニット２０７から供給される余弦波信号（ｃｏｓθref）とを乗じて、第２の積を得る。乗算器２０２Ｂは、出力に接続されている減算器２０３の第２入力に、第２の積を供給する。

減算器２０３は、乗算器２０２Ａによって算出された第１の積の値から、乗算器２０２Ｂによって算出された第２の積の値を減算して、その差を補償演算ユニット２１３に供給する。減算器２０３によって算出された差を、偏差ｓｉｎ（θref－θ０）と呼ぶ。

上記の偏差算出ユニット２０１は、励磁信号によって励磁されたレゾルバ２が出力する二相の信号に基づく位相θ０と、基準位相θrefとの偏差ｓｉｎ（θref－θ０）を検出してもよい。

補償演算ユニット２１３は、レゾルバ２が出力する二相の信号の減衰を補償するための演算を実施する。例えば、補償演算ユニット２１３は、基準信号の大きさに対するレゾルバ２が出力する二相の信号の減衰を、前記減衰の程度に基づいて前記減衰を打ち消すように補償する。その際に、補償演算ユニット２１３は、減算器２０３によって算出された偏差ｓｉｎ（θref－θ０）を、所望の定数Ｋｒを乗じる。所望の定数Ｋｒは、１以下の正の実数である。補償演算ユニット２１３は、所望の係数Ｋｒをｓｉｎ（θref－θ０）に乗じた後、Ｋｒ×ｓｉｎ（θref－θ０）を、ＰＩ制御器２０４に供給する。

例えば、補償演算ユニット２１３は、上記のように基準とする二相の信号の大きさに対する前記検出された二相の信号の大きさ（減衰率）に基づいて前記偏差ｓｉｎ（θref－θ０）の大きさを調整し、前記調整の結果である調整結果であるＫｒ×ｓｉｎ（θref－θ０）を出力する。

なお、補償演算ユニット２１３は、後述のＰＩ制御器２０４と分けて形成される事例について説明するが、これに制限されることなくＰＩ制御器２０４内で演算処理するよう形成されてもよい。

ＰＩ制御器２０４は、Ｋｒ×ｓｉｎ（θref－θ０）を積分する第１積分処理と、Ｋｒ×ｓｉｎ（θref－θ０）に定数を乗算するゲイン乗算処理と、第１積分処理の結果とゲイン乗算処理の結果とを加算する演算処理とを実施する。これを比例積分演算という。上記の比例積分演算におけるゲインを、第１積分処理のゲインとゲイン乗算処理のゲインとを纏めて、単にＰＩゲインという。ＰＩ制御器２０４の演算結果の値は、励磁角周波数（或いは周波数）の次元を持ち、これを励磁角周波数ωexと呼ぶ。ゲイン乗算処理の定数は、レゾルバ２のタイプに依存する。これについて後述する。

加算器２１１は、ＰＩ制御器２０４の演算結果である励磁角周波数ωexと、後述する基準角周波数ωrefとを加算して出力する。その結果を励磁角周波数補償値ωex_compと呼ぶ。

リミッタ２０５は、加算器２１１から供給される励磁角周波数補償値ωex_compを、所望の範囲の値に制限する。例えば、リミッタ２０５は、励磁角周波数補償値ωex_compが予め定められた閾値に基づいた所望の範囲を超えない場合には、励磁角周波数補償値ωex_compを制限することなく出力し、励磁角周波数補償値ωex_compが所望の範囲を超える場合には、励磁角周波数補償値ωex_compを所定の値に制限する。なお、励磁角周波数補償値ωex_compが予め定められた閾値に基づいた所望の範囲を超えないことは、ＰＩ制御器２０４の演算結果に基づく励磁角周波数補償値ωex_compが所定の条件を満たすことの一例である。

積分器２０６は、例えば、励磁角周波数補償値ωex_compを積分する第２積分処理を実施する。ただし、励磁角周波数補償値ωex_compがリミッタ２０５によって制限された場合には、励磁角周波数補償値ωex_compに代えて、その制限値を積分する。積分器２０６の演算結果を励磁位相θexと呼ぶ。

減算器２０９は、基準信号生成処理ユニット２１０から供給される基準位相θrefの値から、積分器２０６の演算結果である励磁位相θexの値を減算する。

励磁位相推定値生成ユニット２１５は、減算器２０９の演算結果に基づいて、励磁位相推定値θrm_hatを生成する。

基準信号生成処理ユニット２１０は、基準周波数ｆrefに基づいて、基準角周波数ωrefと、基準位相θrefとを生成する。基準信号生成処理ユニット２１０は、基準角周波数ωrefを積分して基準位相θrefを生成してもよい。

変換処理ユニット２０７は、上記の基準位相θrefを余弦波信号（ｃｏｓθref）と正弦波信号（ｓｉｎθref）に変換する。正弦波信号（ｓｉｎθref）は、偏差算出ユニット２０１の乗算器２０２Ａに供給される。余弦波信号（ｃｏｓθref）は、偏差算出ユニット２０１の乗算器２０２Ｂに供給される。

変換処理ユニット２０８は、上記の励磁位相θexを余弦波信号（ｃｏｓθex）と正弦波信号（ｓｉｎθex）に変換する。正弦波信号（ｓｉｎθex）は、出力バッファー回路１０１Ａの入力に供給される。余弦波信号（ｃｏｓθex）は、出力バッファー回路１０１Ｂの入力に供給される。

上記のように、レゾルバ信号処理ユニット２００とレゾルバ２は、トラッキングループを形成する。トラッキングループの作用によって、レゾルバ信号処理ユニット２００は、レゾルバ２から供給されたＡ相とＢ相の信号から励磁位相θexを算出する。

上記のトラッキングループは、基準位相θrefとレゾルバ出力に含まれる位相θ０(＝θrm＋θex)とが等しくなるように作用する。基準位相θrefとレゾルバ出力に含まれる位相θ０との差（θref－θ０）がトラッキングループ内部に配置されたＰＩ制御により０に近い値をとるようになる。よって、Ｋｒ×ｓｉｎ（θref－θ０）は、（θref－θ０）に近似できる。（θref－θ０）をΔθで表す。

上記の通りリミッタ２０５が励磁角周波数補償値ωex_compを所望の範囲に制限することにより、トラッキングループは、リミッタ２０５の制限された条件に従い作用する。これにより、励磁位相θexが急峻に変化することを抑制できる。

上記の場合、レゾルバ信号処理装置１００を、レゾルバ２の種類に合わせてリミッタ２０５の制限値を規定することにより、励磁角周波数ωexの帯域が互いに異なるレゾルバ２に適用させることが可能になる。レゾルバ信号処理ユニット２００において、リミッタ２０５は、レゾルバ２の種類を識別する識別情報に基づいて、レゾルバ２の種類に対応する制限値を選択して設定するようにしてもよい。

ところで、レゾルバ２の二相の出力信号の振幅は、レゾルバ２の変圧比、ケーブルによる減衰、各部品による減衰の影響を受ける。各部品による減衰の影響には、トランス１０３Ａ、１０３Ｂ、１０６Ａ、１０６Ｂの各トランスの変圧比などが含まれる。そのため、実際にレゾルバ２が設けられるサイトによって、レゾルバ２の二相の出力信号の減衰量が所望の値よりも多いことがある。

これらの要因によるレゾルバ２の二相の出力信号の減衰率を纏めて振幅減衰率Ｋで表す。この振幅減衰率Ｋを考慮したレゾルバ位相検出系のブロック図に示す。図３は、実施形態の振幅減衰率Ｋを考慮したレゾルバ位相検出系のブロック図である。

まず、ＰＩ制御器２０４の入力信号は、次の式（３）に示すように、三角関数の加法定理によって変換できる。

sin(θref－θ０)=sinθref・cosθ０ － cosθref・sinθ０ …（３）

sinθ０とcosθ０は、レゾルバ２の二相の出力信号である。上記のsinθ０とcosθ０とに振幅減衰率Ｋを掛けると、上記の式（３）の左辺sin(θref－θ０)は、K・sin(θref－θ０)になる。

ここで、Δθが１よりも十分に小さな値をとる場合（Δθ<<１）には、sinΔθをΔθと近似できることから、次の式（４）の左辺を右辺のように変換できる。

K・sinΔθ≒KΔθ≒Δθ …（４）

上記の式（４）の近似は、振幅減衰率Ｋを１に近いものと仮定したものである。この場合、振幅減衰率Ｋの影響は無視できることになる。

ただし、実際は振幅減衰率Ｋの値が小さくなると、レゾルバ２の応答として所望の応答が得られないことがある。例えば、振幅減衰率Ｋの値が小さくなる場合には、トランス１０６Ａ、１０６Ｂの変圧比やレゾルバ２の変圧比が小さかったり、ケーブルの亘長が比較的長かったりした場合などがあげられる。このような振幅減衰率Ｋの値に影響する事象がある場合には、上記の「振幅減衰率Ｋを１に近いもの」と仮定したことの影響が顕在化する。

添付した結果のように、速度の変化量（速度ステップ量）が大きい場合に理論応答から外れることがある。

これは振幅減衰率Ｋが、ＰＩゲインを要素に含む開ループゲインに影響することが要因として考えられる。速度ステップ量が小さい場合に比べて大きい場合は、Δθが大きくなることから、SINΔθ≒Δθの近似誤差が大きくなることも要因として考えられる。

上記の要因による影響を解消させる方法について説明する。
レゾルバ２やトランス１０３Ａ、１０３Ｂ、１０６Ａ、１０６Ｂの変圧比は既知であるから、レゾルバ２やトランス１０３Ａ、１０３Ｂ、１０６Ａ、１０６Ｂの変圧比に係る減衰率も既知である。ここで、レゾルバ２やトランス１０３Ａ、１０３Ｂ、１０６Ａ、１０６Ｂなどの各回路部材を纏めた減衰率Ｋを定義する。この減衰率Ｋの値は、０以上１未満の値になる。減衰率Ｋを１にした場合には、減衰率Ｋの影響が軽微なものとしていた比較例と同様になる。ここでは上記の通り、減衰率Ｋの値が１でない場合を例示する。

図３に示すブロック図を利用して、位相検出系のゲインの調整について説明する。
図３に示すブロック図には、演算ブロックＯＢ２、ＯＢ２０１、ＯＢＡＴＴ、ＯＢ２１３、ＯＢ２０４、及びＯＢ２０９が含まれる。演算ブロックＯＢ２０１、ＯＢ２１３、ＯＢ２０４、及びＯＢ２０９のそれぞれは、前述の偏差算出ユニット２０１、補償演算ユニット２１３、ＰＩ制御器２０４、及び減算器２０９にそれぞれ対応する演算ブロックである。

演算ブロックＯＢ２は、レゾルバ２とレゾルバ周辺回路を纏めて加算器として等価した演算ブロックである。レゾルバ２とレゾルバ周辺回路を纏めて加算器したことにより、レゾルバ２とレゾルバ周辺回路の変圧比を、演算ブロックＯＢ２として表すことができない。そこで、レゾルバ２とレゾルバ周辺回路の変圧比を纏めて１つの演算ブロックに割り付けて、それを演算ブロックＯＢＡＴＴと呼ぶ。演算ブロックＯＢＡＴＴのゲインは、レゾルバ２やトランス１０３Ａ、１０３Ｂ、１０６Ａ、１０６Ｂの変圧比に基づいた減衰率を纏めたものであり、その値がＫである。

演算ブロックＯＢ２１３は、補償演算ユニット２１３に対応する演算ブロックである。演算ブロックＯＢ２１３のゲインは、演算ブロックＯＢＡＴＴのゲインを打ち消すように規定するとよい。上記の通り、演算ブロックＯＢＡＴＴのゲインを減衰率Ｋにしたので、演算ブロックＯＢ２１３のゲインとして、例えば減衰率Ｋの逆数をとって「１／Ｋ」にする。

減衰率Ｋに係るゲイン調整用に演算ブロックＯＢ２１３を設けたことで、レゾルバ２とレゾルバ周辺回路に係る減衰率Ｋを１と見立てることができない場合への適用が可能になる。これにより、減衰率Ｋを１以外の値に設定しても、減衰率Ｋの影響を軽減することができる。

図４と図５を参照して、実施形態の検出速度について説明する。

図４は、実施形態の第１条件における検出速度を説明するための図である。
図４に示す第１条件は、モータ３の速度ωrmを０ｒｐｍから２００ｒｐｍにステップ状に変化させた場合に、レゾルバ２の検出速度ωrm_hatの応答を示す。２００ｒｐｍは、２０９ｒａｄ／ｓである。図４の上段側の波形は、ＰＩの帯域幅を５０００ｒａｄ／ｓに設定した場合の応答波形である。ＰＩの帯域幅とは、ＰＩ制御器２０４のカットオフ周波数よりも低域側の帯域幅のことである。モータ３の速度ωrmの変化量（２０９ｒａｄ／ｓ）に対して、ＰＩの帯域幅（５０００ｒａｄ／ｓ）が、約２４倍ある。

図中のＳ１０が、モータ３の速度ωrmを示す。Ｓ１１からＳ１５は、減衰率Ｋの値を５段階で変化させたときのレゾルバ２の検出速度ωrm_hatを示す。Ｓ１１からＳ１５の減衰率Ｋの値は、記載の順に１、０．７５、０．５、０．２５、０．１である。

この結果からわかるように、減衰率Ｋの値が小さくなるほど応答波形のオーバーシュートが大きく、収束するまでの時間が長くなっている。

図４の下段側の波形は、ＰＩの帯域幅を１２００ｒａｄ／ｓに設定した場合の応答波形である。モータ３の速度ωrmの変化量（２０９ｒａｄ／ｓ）に対して、ＰＩの帯域幅（１２００ｒａｄ／ｓ）が、約５．７倍に制限されている。

図中のＳ２０が、モータ３の速度ωrmを示す。Ｓ２１からＳ２５は、減衰率Ｋの値を５段階で変化させたときのレゾルバ２の検出速度ωrm_hatを示す。Ｓ２１からＳ２５の減衰率Ｋの値は、記載の順に１、０．７５、０．５、０．２５、０．１である。

この結果からわかるように、減衰率Ｋの値が小さくなるほど応答波形のオーバーシュートが大きく、収束するまでの時間が長くなっていることは、先に示した上段側の傾向と同じである。ただし、上端側の結果と下段側の結果を、同じ減衰率同士で対比すると、下段側の結果の方が上端側の結果に比べて収束するまでの時間が長くなっている。
この結果から、ＰＩの帯域幅に対して、モータ３の速度ωrmの変化量が比較的大きくなると、収束しにくい状況になることが読み取れる。

図５は、実施形態の第２条件における検出速度を説明するための図である。
図５に示す第２条件は、モータ３の速度ωrmを０ｒｐｍから１０００ｒｐｍにステップ状に変化させた場合に、レゾルバ２の検出速度ωrm_hatの応答を示す。１０００ｒｐｍは、１０４７ｒａｄ／ｓである。図５の上段側の波形は、ＰＩの帯域幅を５０００ｒａｄ／ｓに設定した場合の応答波形である。モータ３の速度ωrmの変化量（１０４７ｒａｄ／ｓ）に対して、ＰＩの帯域幅（５０００ｒａｄ／ｓ）が、約４．７倍に制限されている。

図中のＳ３０が、モータ３の速度ωrmを示す。Ｓ３１からＳ３５は、減衰率Ｋの値を５段階で変化させたときのレゾルバ２の検出速度ωrm_hatを示す。Ｓ３１からＳ３５の減衰率Ｋの値は、記載の順に１、０．７５、０．５、０．２５、０．１である。

この結果からわかるように、減衰率Ｋの値が小さくなるほど応答波形のオーバーシュートが大きく、収束するまでの時間が長くなる傾向がある。ただし、減衰率Ｋの値が０．２５と０．１に対応するＳ３４とＳ３５の波形から、ステップ応答に追従できずに不安定な状態になっている。

図５の下段側の波形は、ＰＩの帯域幅を１２００ｒａｄ／ｓに設定した場合の応答波形である。モータ３の速度ωrmの変化量（１０４７ｒａｄ／ｓ）に対して、ＰＩの帯域幅（１２００ｒａｄ／ｓ）が、約１．１倍に制限されている。

図５中のＳ４０が、モータ３の速度ωrmを示す。Ｓ４１からＳ４５は、減衰率Ｋの値を５段階で変化させたときのレゾルバ２の検出速度ωrm_hatを示す。Ｓ４１からＳ４５の減衰率Ｋの値は、記載の順に１、０．７５、０．５、０．２５、０．１である。

この結果からわかるように、減衰率Ｋの値が小さくなるほど応答波形のオーバーシュートが大きく、収束するまでの時間が長くなっていることは、先に示した上段側の傾向と同じである。減衰率Ｋの値が０．２５と０．１に対応するＳ４４とＳ４５の波形から、ステップ応答に追従できずに不安定な状態になっている。この傾向は、先に示した上段側の傾向と同じである。

ここで、上端側の結果と下段側の結果を、同じ減衰率同士で対比すると、オーバーシュートの大きさも、収束するまでの時間も大差がない。不安定な状況になる傾向も類似している。
この結果から、ＰＩの帯域幅に対して、モータ３の速度ωrmの変化量が大きくなったため、偏差算出ユニット２０１が出力する偏差信号がそれに伴い大きくなり、これをＰＩが所定のゲインで増幅した結果、リミッタの制限値に達して制限されたと想定される。その結果、十分な制御量でレゾルバ２を励磁することができずに、系が不安定になったと推定される。

実際の構成では、上記のような減衰率の値が０．５を下回るような構成にしなければ、減衰率Ｋの値が０．２５と０．１になることがない。それゆえ、減衰率Ｋの値を０．２５と０．１にした場合は、事象の解析のために設けたものであり、実際の構成で採用するものでないから、上記のような俯瞰定な事象は生じない。

以上に示したように、減衰率Ｋの値が１であるときがより安定に応答していることから、減衰率が１よりも小さくなる場合には、減衰率Ｋの大きさに応じて系のループゲインを補償するとよい。ブロック線図に示す演算ブロックＯＢ２１３に、減衰率Ｋの逆数を設定することで、実際の構成に生じた減衰率Ｋを相殺して、見かけの減衰率Ｋを１にすることができる。

上記の実施形態によれば、レゾルバ信号処理装置１００の変換処理ユニット２０８は、レゾルバ２の励磁信号を生成する。偏差算出ユニット２０１は、励磁信号によって励磁されたレゾルバ２が出力する二相の信号を検出する。補償演算ユニット２１３は、基準とする二相の信号の大きさに対する前記検出された二相の信号の大きさに基づいて偏差の大きさを調整し、調整の結果である調整結果を出力する。変換処理ユニット２０８（励磁信号生成ユニット）は、その調整結果を用いてレゾルバ２の励磁信号を生成する。これにより、レゾルバ２の出力信号の振幅が所望の値よりも減衰することに影響されることなく、簡易な方法でレゾルバの位相情報を抽出することができる。

なお、上記の基準は、例えば、レゾルバ２が出力する二相の信号の振幅の期待値に基づいて規定されていてもよい。上記の減衰の程度は、検出されたレゾルバ２が出力する二相の信号が上記の基準に対して減衰した程度に基づいて規定されていてもよい。所定の係数は、上記の減衰の程度と上記の基準とに基づいて規定されていてもよい。

この場合、例えば、所定の係数は、励磁信号の振幅とレゾルバ２が出力する二相の出力信号の振幅とに基づいて規定されていてもよい。その際、所定の係数は、励磁信号の振幅に対するレゾルバ２が出力する二相の信号の振幅の比に基づいて規定されるとよい。このような所定の係数は、レゾルバ２の変換率とレゾルバ２に接続される各トランクの変換率に基づいて規定してもよい。

また、別の観点によれば、補償演算ユニット２１３は、減衰の程度に基づいて規定される所定の係数をレゾルバ２が出力する二相の信号に基づいた帰還信号に乗じることにより、上記の調整結果を得てもよい。補償演算ユニット２１３は、上記の調整結果を用いてレゾルバ２が出力する二相の信号の減衰を補償してもよい。上記の所定の係数は、上記の二相の信号の減衰率の逆数であってよい。減衰率Ｋに基づいて上記の所定の係数を規定すれば、減衰率Ｋの影響を効率よく軽減することができる。上記の帰還信号は、レゾルバ２を励磁させる励磁信号の生成に用いられる。例えば、レゾルバ２が出力する二相の信号に基づいた帰還信号は、レゾルバ２が出力する二相の信号、トランス１０６Ａ、１０６Ｂによって変圧されたのちの信号、さらに線形増幅された信号の何れかであってよく、または偏差算出ユニット２０１が出力する偏差信号であってもよい。

補償演算ユニット２１３によって用いられる基準信号の大きさは、レゾルバ２が出力する二相の信号の振幅の期待値であってよい。この場合、減衰の程度に基づいて規定される所定の係数は、レゾルバ２が出力する二相の信号の振幅の期待値に対するレゾルバ２が実際に出力する信号の振幅の測定値の減衰率に基づいて規定されていてもよい。

レゾルバ２が出力する二相の信号は、励磁信号によって変調されたＡ相の信号及びＡ相に直交するＢ相の信号である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、減衰率Ｋの決定に関するものである。
第１の実施形態では、レゾルバ２やトランス１０３Ａ、１０３Ｂ、１０６Ａ、１０６Ｂの変圧比に基づいて、減衰率を予め決定する方法について説明した。本実施形態では、図６から図８を参照して、設計支援装置３００が、計測の結果に基づいて減衰率Ｋを決定する方法について説明する。

図６は、実施形態の設計支援装置３００の構成図である。
設計支援装置３００は、例えば、制御部３１０と、記憶部３２０と、入出力部３３０とを備える。設計支援装置３００は、コンピュータの一例である。

制御部３１０は、ソフトウエアプログラムを実行するプロセッサ等を含む。

記憶部３２０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等で実現される。プロセッサが実行するソフトウエアプログラムは、予め記憶部３２０に格納されていてもよいし、図示されない外部装置や可搬型記憶媒体などから、或いは通信回線を介してダウンロードされてもよい。

記憶部３２０は、設計支援装置３００を機能させるための各種設定情報と、ＯＳなどの基本プログラムを格納する。さらに、記憶部３２０は、上記の他、実施形態の設計支援装置３００としての機能を実現させるための各種情報とアプリケーションプログラムとを格納する。

入出力部３３０は、各種情報を表示する液晶表示器などの表示部と操作検出部とを含む。入出力部３３０は、表示部と操作検出部とを組み合わされたタッチパネルとして構成されていてもよい。

図７は、実施形態の制御部３１０の構成図である。
制御部３１０は、例えば、演算ブロック３１１から３１６までを備える。演算ブロック３１１から３１６までは、プロセッサ等がソフトウエアプログラムを実行することによって各処理を実施する機能部である。各処理の詳細は後述する。

図８は、実施形態の設計支援装置３００が減衰率Ｋを決定する処理のフローチャートである。

まず、演算ブロック３１１（出力信号状態検出ユニット）は、励磁信号によって励磁されたレゾルバ２が出力する二相の信号を検出した結果を取得して（ステップＳ１）、レゾルバ２が出力する二相の信号の測定値の二乗和を算出する（ステップＳ２）。なお、演算ブロック３１１（出力信号状態検出ユニット）は、励磁信号によって励磁されたレゾルバ２が出力する二相の信号を検出して取得してもよく、レゾルバ信号処理装置１００を含む他の装置が検出した結果のデータを取得してもよい。

次に、演算ブロック３１２は、ユーザの操作に基づいてレゾルバ２が出力する二相の信号の理論値を取得して、レゾルバ２が出力する二相の信号の理論値の二乗和を算出する（ステップＳ３）。なお、演算ブロック３１２は、入出力部３３０によって検出されたユーザの操作に基づいて、レゾルバ２が出力する二相の信号の理論値を、外部装置等から取得してもよい。

次に、演算ブロック３１３は、レゾルバ２が出力する二相の信号の測定値の二乗和と同二相の信号の理論値の二乗和との差を算出する（ステップＳ４）。

次に、演算ブロック３１４は、上記の差に基づいて減衰率Ｋを用いた補正を実施するか否かを判定する（ステップＳ５）。演算ブロック３１４は、上記の差が所定値以下の場合には、減衰率Ｋを用いた補正を実施しないことを決定し（ステップＳ６）、これを出力する。演算ブロック３１４は、上記の差が所定値を超える場合には、減衰率Ｋを用いた補正を実施することを決定し（ステップＳ７）、これを出力する。

次に、演算ブロック３１５は、レゾルバ２が出力する二相の信号の測定値の二乗和と同二相の信号の理論値の二乗和との比に基づいて減衰率Ｋの逆数を決定し、出力する（ステップＳ８）。

例えば、設計支援装置３００は、減衰率Ｋを用いた補正を実施の要否と、減衰率Ｋとを図示されない表示部に表示する。ユーザは、表示部に表示された減衰率Ｋを用いた補正を実施の要否と、減衰率Ｋとを読み取り、補正を実施する場合には、レゾルバ信号処理装置１００の補償演算ユニット２１３のゲインとして、減衰率Ｋの逆数を設定する（ステップＳ９）。これにより、上記の一連の処理を終える。

これにより、レゾルバ信号処理装置１００は、設計支援装置３００によって算出された減衰率Ｋの逆数に基づいて補償演算ユニット２１３のゲインが設定されることにより、上記の減衰率Ｋの影響を受けることなく、モータ３の速度ωrmと位相θrmを安定に検出することができる。

（第３の実施形態）
第２の実施形態において、設計支援装置３００について説明したが、これは、レゾルバ信号処理装置１００とは別体にする事例であった。本実施形態では、これに代えて、設計支援装置３００と同様の機能を備えたレゾルバ信号処理装置１００Ａについて説明する。

図９は、実施形態のレゾルバ信号処理装置１００Ａの構成図である。
レゾルバ信号処理装置１００Ａは、レゾルバ信号処理装置１００の各ユニットに加えて、例えば、ゲイン調整ユニット４００を備える。

図１０は、実施形態のゲイン調整ユニット４００の構成図である。
ゲイン調整ユニット４００は、例えば、設計支援装置３００と同様の演算ブロック３１１から３１５と、ゲイン設定処理ユニット４０７とを備える。

前述の図８のステップＳ１からステップＳ５まで、上記の説明と同様の処理が実施される。その後、ステップＳ７において上記の減衰率Ｋを用いた補正を実施するとした場合に、演算ブロック３１５が、減衰率Ｋの逆数を決定した後（ステップＳ８）、ゲイン設定処理ユニット４０７は、決定した減衰率Ｋの逆数を、補償演算ユニット２１３のゲインとして設定する（ステップＳ９）。なお、ステップＳ６において減衰率Ｋを用いた補正を実施しないとした場合には、ゲイン設定処理ユニット４０７は、補償演算ユニット２１３のゲインを１に設定する。

上記の変形例によれば、実施形態と同様の効果を奏することのほか、ユーザが介在することなく補償演算ユニット２１３のゲインを適正な値に定めることができる。
上記のゲイン調整ユニット４００は、レゾルバ信号処理ユニット２００の一部として含まれていてもよい。

少なくとも上記の実施形態によれば、レゾルバ信号処理装置１００は、偏差算出ユニット２０１（出力信号状態検出ユニット）と、補償演算ユニット２１３と、変換処理ユニット２０８（励磁信号生成ユニット）と、を備える。偏差算出ユニット２０１は、励磁信号によって励磁されたレゾルバ２が出力する二相の信号に基づく位相θ０と、基準位相θrefとの偏差Δθを検出する。補償演算ユニット２１３は、基準とする二相の信号の大きさに対する前記検出された二相の信号の大きさに基づいて偏差Δθの大きさを調整し、前記調整の結果である調整結果を出力する。変換処理ユニット２０８は、前記調整結果を用いてレゾルバ２の励磁信号を生成する。これにより、レゾルバ信号処理装置１００は、レゾルバ２の出力信号の振幅が所望の値よりも減衰することに影響されることなく、簡易な方法でレゾルバの位相情報を抽出することができる。

上記のレゾルバ信号処理装置１００、１００Ａと設計支援装置３００とは、その少なくとも一部を、ＣＰＵなどのプロセッサがプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部で実現してもよく、全てをＬＳＩ等のハードウェア機能部で実現してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、実施形態のレゾルバ２は、二相励磁二相出力型に制限されることなく、一相励磁二相出力型であってもよい。

１ ドライブ装置、２ レゾルバ、３ モータ、４ インバータ、１００、１００Ａ レゾルバ信号処理装置、１０１Ａ、１０１Ｂ 出力バッファー回路、１０２Ａ、１０２Ｂ ＤＡ変換器、１０３Ａ、１０３Ｂ トランス、１０４Ａ、１０４Ｂ 入力バッファー回路、１０５Ａ、１０５Ｂ ＡＤ変換器、１０６Ａ、１０６Ｂ トランス（変圧器）、２００ レゾルバ信号処理ユニット、２０１ 偏差算出ユニット、２０２Ａ、２０２Ｂ 乗算器、２０３ 減算器、２０４ ＰＩ制御器（ＰＩ演算ユニット）、２０５ リミッタ、２０６ 積分器（積分演算ユニット）、２０７ 変換処理ユニット、２０８ 変換処理ユニット、２０９ 減算器、２１０ 基準信号生成処理ユニット、２１１ 加算器、２１３ 補償演算ユニット、２１５ 励磁位相推定値生成ユニット、３００ 設計支援装置、３１０ 制御部、３１１－３１６ 演算ブロック、３２０ 記憶部、３３０ 入出力部、４００ ゲイン調整ユニット、４０７ ゲイン設定処理ユニット

Claims (12)

1. 励磁信号によって励磁されたレゾルバが出力する二相の信号に基づく位相と、基準位相との偏差を検出する出力信号状態検出ユニットと、
   基準とする二相の信号の大きさに対する前記検出された二相の信号の大きさに基づいて前記偏差の大きさを調整し、前記調整の結果である調整結果を出力する補償演算ユニットと、
   前記調整結果を用いて前記レゾルバの励磁信号を生成する励磁信号生成ユニットと、
   を備えるレゾルバ信号処理装置。
2. 前記補償演算ユニットは、
   少なくとも前記二相の信号の減衰の程度に基づいて規定される所定の係数を前記偏差に乗じた結果を前記調整結果にする
   請求項１に記載のレゾルバ信号処理装置。
3. 前記基準は、前記二相の信号の振幅の期待値に基づいて規定され、
   前記減衰の程度は、前記検出された二相の信号が基準に対して減衰した程度に基づいて規定され、
   前記所定の係数は、
   前記減衰の程度と前記基準とに基づいて規定されている
   請求項２に記載のレゾルバ信号処理装置。
4. 前記所定の係数は、前記励磁信号の振幅と前記二相の信号の振幅とに基づいて規定される
   請求項３に記載のレゾルバ信号処理装置。
5. 前記所定の係数は、前記励磁信号の振幅に対する前記二相の信号の振幅の比に基づいて規定される
   請求項３に記載のレゾルバ信号処理装置。
6. 前記所定の係数は、前記レゾルバの変換率と前記レゾルバに接続される変圧器の変換率に基づいて規定される
   請求項３に記載のレゾルバ信号処理装置。
7. 前記レゾルバが出力する二相の信号は、前記励磁信号によって変調されたＡ相の信号及び前記Ａ相に直交するＢ相の信号であり、
   前記出力信号状態検出ユニットは、
   前記二相の出力信号の二乗和を算出し、前記算出した二乗和を出力し、
   前記二相の信号の減衰の程度が、
   前記算出した二乗和と前記二相の出力信号の二乗和の期待値との差に基づいて、前記減衰の程度を示す減衰率として規定される
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載のレゾルバ信号処理装置。
8. モータと、
   前記モータの回転を検出するレゾルバと、
   請求項１から請求項７の何れか１項に記載のレゾルバ信号処理装置であって、前記レゾルバが検出した前記モータの回転に基づいて、前記モータの位相の推定値を生成するレゾルバ信号処理装置と、
   前記レゾルバ信号処理装置によって生成された前記モータの位相の推定値に基づいて、前記モータを駆動するインバータと
   を備えるドライブ装置。
9. 励磁信号によって励磁されたレゾルバが出力する二相の信号に基づく位相と、基準位相との偏差を検出し、
   基準とする二相の信号の大きさに対する前記検出された二相の信号の大きさに基づいて前記偏差の大きさを調整し、前記調整の結果である調整結果を出力し、
   前記調整結果を用いて前記レゾルバの励磁信号を生成するステップと、
   を含むレゾルバ信号処理方法。
10. 設計支援装置のコンピュータによる設計支援方法であって、
    励磁信号によって励磁されたレゾルバが出力する二相の信号に基づく位相と、基準位相との偏差を取得するステップと、
    基準とする二相の信号の大きさに対する前記出力された二相の信号の大きさに基づいて前記偏差の大きさを調整し、前記調整の結果である調整結果を出力するステップと、
    を含む設計支援方法。
11. 励磁信号によって励磁されたレゾルバが出力する二相の信号に基づく位相と、基準位相との偏差を検出するステップと、
    基準とする二相の信号の大きさに対する前記検出された二相の信号の大きさに基づいて前記偏差の大きさを調整し、前記調整の結果である調整結果を出力するステップと、
    前記調整結果を用いて前記レゾルバの励磁信号を生成するステップと、
    を含み、コンピュータに実行させるためのプログラム。
12. 設計支援装置のコンピュータに、
    励磁信号によって励磁されたレゾルバが出力する二相の信号に基づく位相と、基準位相との偏差を取得するステップと、
    基準とする二相の信号の大きさに対する前記出力された二相の信号の大きさに基づいて前記偏差の大きさを調整し、前記調整の結果である調整結果を出力するステップと、
    を実行させるためのプログラム。

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