CN110537322A - 电动机控制装置、电动机控制方法以及电动动力转向装置 - Google Patents

电动机控制装置、电动机控制方法以及电动动力转向装置 Download PDF

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Abstract

电动机控制装置根据电流指令值进行用于驱动三相无刷电动机的逆变器的PWM控制，电动机控制装置具备：电压指令值运算部，其使用在每个控制周期从上述三相无刷电动机取得的电动机电角度和电动机转速、上述电流指令值来计算电压指令值；电角度插补部，其按照将上述控制周期进行分割后的分割间隔，根据上述电动机电角度推定插补电角度；变换部，其根据上述电压指令值和上述电动机电角度计算三相的占空比指令值，并根据上述电压指令值和上述插补电角度计算三相的插补占空比指令值；以及输出设定部，其与上述分割间隔相符地切换并输出上述三相的占空比指令值和上述三相的插补占空比指令值。

Description

电动机控制装置、电动机控制方法以及电动动力转向装置
技术领域
本发明涉及电动机控制装置、电动机控制方法以及电动动力转向装置。本申请根据2017年10月26日在日本提出的特愿2017-207030号、2018年10月24日在日本提出的特愿2018-200293、2018年10月24日在日本提出的特愿2018-200294、2018年10月24日在日本提出的特愿2018-200295、2018年10月24日在日本提出的特愿2018-200296主张其优先权，并在此引用其内容。
背景技术
在车辆的转向机构中，赋予转向辅助力(辅助力)的电动动力转向装置(EPS)等中多使用高效的无刷电动机。控制无刷电动机的电动机控制装置通过PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)控制，来控制用于驱动无刷电动机的逆变器。近年来，在车载产品等那样的要求高可靠性的产品中配备的无刷电动机中，逆变器的死区补偿是必须的。
对无刷电动机进行PWM控制的电动机控制装置中，无刷电动机以进行PWM运算的周期(例如250μs)所对应的频率(例如4KHz)进行振动，从而存在以下问题：产生该频率的电动机引起的声音。作为用于抑制该电动机引起的声音的最简单的方法，举出以电动机振动的频率在可听频率范围外(20KHz以上)这样的周期(50μs以下)进行PWM运算的方法，但在该情况下运算处理量增大，因此需要处理能力高的高价的微型计算机，ECU的部件成本上升，存在为了提高动作频率而功耗增大的问题。
专利文献1所记载的电动动力转向装置在生成PWM信号时，使用前不久通过运算计算出的PWM控制的控制信号(占空比指令值)等来计算占空比指令值，使PWM控制的控制信号以进行PWM运算的周期的2倍的周期进行变动。微型计算机的运算处理量轻微增加，但是能够抑制无刷电动机的振动和电动机引起的声音。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4946075号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，专利文献1所记载的电动动力转向装置使用占空比指令值计算出插补占空比指令值。由于电流控制响应性、电流检测精度，占空比指令值短暂地变化，因此有时插补占空比指令值成为包含大的噪声的值。当占空比指令值中包含大的噪声时，特别是在高速转向时存在发生异响的问题。
此外，在专利文献1中还记载了使用转子的旋转角度计算插补占空比指令值的方法。在插补占空比指令值的计算中使用对转子的旋转角度进行微分而计算出的角速度。然而，只是对转子的旋转角度进行微分运算不足以去除噪声成分，有时插补占空比指令值成为包含大的噪声的值。
此外，当在电动机控制装置中进行逆变器的死区补偿的情况下，希望不受包含过渡性响应的死区补偿值的噪声的影响地计算出插补占空比指令值。
基于上述问题，本发明的目的在于，提供一种能够计算出噪声少的插补占空比指令值，能够恰当地抑制无刷电动机的振动、电动机引起的声音的电动机控制装置、电动机控制方法以及搭载有该电动机控制装置的电动动力转向装置。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题，本发明提供以下的方法。
本发明的第一方式的电动机控制装置根据电流指令值进行用于驱动三相无刷电动机的逆变器的PWM控制，上述电动机控制装置具备：电压指令值运算部，其使用在每个控制周期从上述三相无刷电动机取得的电动机电角度和电动机转速、上述电流指令值来计算电压指令值；电角度插补部，其按照将上述控制周期进行分割后的分割间隔，根据上述电动机电角度推定插补电角度；变换部，其根据上述电压指令值和上述电动机电角度计算三相的占空比指令值，并根据上述电压指令值和上述插补电角度计算三相的插补占空比指令值；以及输出设定部，其与上述分割间隔相符地切换并输出上述三相的占空比指令值和上述三相的插补占空比指令值。
根据本发明的第二方式，在第一方式的电动机控制装置中，上述电角度插补部可以使用二次函数插补运算和一次函数插补运算中的某个运算来推定上述插补电角度。
根据本发明的第三方式，在第二方式的电动机控制装置中，上述电角度插补部在上述电动机转速低于预定的第一转速的情况下，可以使用二次函数插补运算来推定上述插补电角度，在上述电动机转速为上述第一转速以上的情况下，可以将二次函数插补运算切换为一次函数插补运算。
根据本发明的第四方式，在第三方式的电动机控制装置中，上述电角度插补部在上述电动机转速高于预定的第二转速的情况下，可以输出上述电动机电角度来作为上述插补电角度，其中，上述预定的第二转速高于上述第一转速。
根据本发明的第五方式，在第一方式至第四方式中的任意一方式的电动机控制装置中，上述控制周期可以为100μs以上250μs以下。
根据本发明的第六方式，在第一方式至第五方式中的任意一方式的电动机控制装置中，可以通过向量驱动方式来控制上述三相无刷电动机，上述变换部进行空间向量调制。
在本发明的第七方式的电动机控制方法为根据电流指令值对逆变器进行PWM控制的三相无刷电动机的电动机控制方法，上述电动机控制方法包含如下步骤：电压指令值运算步骤，使用在每个控制周期从上述三相无刷电动机取得的电动机电角度和电动机转速、上述电流指令值来计算电压指令值；电角度插补步骤，按照将上述控制周期进行分割后的分割间隔，根据上述电动机电角度推定插补电角度；变换步骤，根据上述电压指令值和上述电动机电角度计算三相的占空比指令值，并根据上述电压指令值和上述插补电角度计算三相的插补占空比指令值；以及输出设定步骤，与上述分割间隔相符地切换并输出上述三相的占空比指令值和上述三相的插补占空比指令值。
根据本发明的第八方式，在第七方式的电动机控制方法中，在上述电角度插补步骤中，可以切换二次函数插补运算和一次函数插补运算来推定上述插补电角度。
根据本发明的第九方式，在第八方式的电动机控制方法中，在上述电角度插补步骤中，在上述电动机转速低于预定的第一转速的情况下，可以使用二次函数插补运算来推定上述插补电角度，在上述电动机转速为上述第一转速以上时，可以将二次函数插补运算切换为一次函数插补运算。
根据本发明的第十方式，在第九方式的电动机控制方法中，在上述电角度插补步骤中，在上述电动机转速高于预定的第二转速的情况下，可以输出上述电动机电角度来作为上述插补电角度，其中，上述预定的第二转速高于上述第一转速。
本发明第十一方式的电动动力转向装置是向量控制方式的电动动力转向装置，该电动动力转向装置具备至少将根据转向扭矩运算出的dq轴电流指令值变换为三相占空比指令值，根据上述三相占空比指令值，通过逆变器的PWM控制对三相无刷电动机进行驱动控制，并且对上述逆变器的死区进行补偿的功能，并且电动动力转向装向车辆的转向机构赋予辅助扭矩，上述电动动力转向装置具备：第一空间向量调制部，其根据上述电动机角度将dq轴占空比指令值变换为三相来叠加三次谐波，输出三相的正规占空比指令值，其中，dq轴占空比指令值是根据上述dq轴电流指令值、电动机角度以及电动机转速计算出的；电角度插补部，其根据上述电动机角度进行插补运算来输出插补占空比运算用电动机角度；第二空间向量调制部，其根据上述插补占空比运算用电动机角度将上述dq轴占空比指令值变换为三相来叠加三次谐波，输出三相的插补占空比指令值；最终占空比运算部，其根据上述正规占空比指令值和上述插补占空比指令值输出最终正规占空比值和最终插补占空比值。
根据本发明的第十二方式，在第十一方式的电动动力转向装置中，上述电角度插补部可以具有：电动机角度切换判定部，其判定上述电动机角度是否属于预定范围来输出切换标志；运算处理部，其对上述电动机角度进行插补运算；带偏移的运算处理部，其对以预定角度实施了偏移处理的上述电动机角度进行插补运算，对实施了上述插补运算的上述预定角度实施偏移返回处理；以及切换部，其输入来自上述运算处理部的第一插补用电动机角度以及来自上述带偏移的运算处理部的第二插补用电动机角度，根据上述切换标志进行切换来输出上述插补占空比运算用电动机角度。
根据本发明的第十三方式，在第十一或第十二方式的电动动力转向装置中，上述插补运算可以是二次函数插补运算或一次函数插补运算。
根据本发明的第十四方式，在第十一方式至十三方式中的任意一方式的电动动力转向装置中，上述运算处理部可以具备第一翻转处理部，上述带偏移的运算处理部在上述偏移处理后具备第二翻转处理部，在上述偏移返回处理后具备第三翻转处理部。
根据本发明的第十五方式，在第十一方式至十四方式中的任意一方式的电动动力转向装置中，上述预定范围可以是90°以上270°以下的范围。
根据本发明的第十六方式，在第十二方式至十五方式中的任意一方式的电动动力转向装置中，上述预定角度可以为180°。
发明效果
根据本发明的电动机控制装置、电动机控制方法以及搭载了该电动机控制装置的电动动力转向装置，能够计算出噪声少的插补占空比指令值，能够恰当地抑制无刷电动机的振动和电动机引起的声音，并能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
附图说明
图1是表示搭载有第一实施方式的电动机控制装置的电动动力转向装置的结构的示意图。
图2是通过该电动动力转向装置的控制单元构成的电动机控制装置的功能结构图。
图3是该电动机控制装置的PWM控制部和逆变器的结构图。
图4是该电动机控制装置的电动机控制部的功能结构图。
图5是该电动机控制部的电角度插补部的结构图。
图6是表示该电角度插补部通过SOH运算计算出的插补电角度的图表。
图7是该电角度插补部的SOH运算部的功能结构图。
图8表示该电角度插补部的控制流程图。
图9是表示该电角度插补部的波形的图表。
图10是该电动机控制部的空间向量调制部的功能结构图。
图11是该电动机控制部的最终占空比运算部的功能结构图。
图12是该电动机控制部的占空比输出设定部的功能结构图。
图13表示最终正规占空比指令值和最终插补占空比指令值的输出定时。
图14是表示推定出插补电角度的模拟结果的图表。
图15是表示搭载有第二实施方式的电动机控制装置的电动动力转向装置的结构的示意图。
图16是通过该电动动力转向装置的控制单元构成的电动机控制装置的功能结构图。
图17是该电动机控制装置的PWM控制部和逆变器的结构图。
图18是该电动机控制装置的电动机控制部的功能结构图。
图19是该电动机控制部的电角度插补部的结构图。
图20是表示该电角度插补部通过SOH运算计算出的插补电角度1的图表。
图21是表示该电角度插补部通过SOH运算计算出的插补电角度2的图表。
图22是表示该电角度插补部通过SOH运算计算出的插补电角度3的图表。
图23是表示该电角度插补部通过SOH运算计算出的插补电角度4的图表。
图24是该电角度插补部的SOH运算部的功能结构图。
图25表示该电角度插补部的控制流程图。
图26是表示该电角度插补部的波形的图表。
图27是该电动机控制部的空间向量调制部的功能结构图。
图28是该电动机控制部的最终占空比运算部的功能结构图。
图29是该电动机控制部的占空比输出设定部的功能结构图。
图30是表示推定出插补电角度1的模拟结果的图表。
图31是表示推定出插补电角度2的模拟结果的图表。
图32是表示推定出插补电角度3的模拟结果的图表。
图33是表示推定出插补电角度4的模拟结果的图表。
图34是表示使用推定出的插补电角度1运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图35是表示使用推定出的插补电角度2运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图36是表示使用推定出的插补电角度3运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图37是表示使用推定出的插补电角度4运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图38是表示搭载第三实施方式的电动机控制装置的电动动力转向装置的结构的示意图。
图39是通过该电动动力转向装置的控制单元构成的电动机控制装置的功能结构图。
图40是该电动机控制装置的PWM控制部和逆变器的结构图。
图41是该电动机控制装置的电动机控制部的功能结构图。
图42是该电动机控制部的电角度插补部的结构图。
图43是表示该电角度插补部通过FOH运算计算出的插补电角度的图表。
图44是该电角度插补部的FOH运算部的功能结构图。
图45表示该电角度插补部的控制流程图。
图46是表示该电角度插补部的波形的图表。
图47是该电动机控制部的空间向量调制部的功能结构图。
图48是该电动机控制部的最终占空比运算部的功能结构图。
图49是该电动机控制部的占空比输出设定部的功能结构图。
图50是表示推定出插补电角度的模拟结果的图表。
图51是表示推定出插补电角度的模拟结果的图表。
图52是表示使用推定出的插补电角度运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图53是表示使用推定出的插补电角度运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图54是表示搭载第四实施方式的电动机控制装置的电动动力转向装置的结构的示意图。
图55是通过该电动动力转向装置的控制单元构成的电动机控制装置的功能结构图。
图56是该电动机控制装置的PWM控制部和逆变器的结构图。
图57是该电动机控制装置的电动机控制部的功能结构图。
图58是该电动机控制部的电角度插补部的结构图。
图59是表示该电角度插补部通过FOH运算计算出的插补电角度1的图表。
图60是表示该电角度插补部通过FOH运算计算出的插补电角度2的图表。
图61是表示该电角度插补部通过FOH运算计算出的插补电角度3的图表。
图62是表示该电角度插补部通过FOH运算计算出的插补电角度4的图表。
图63是该电角度插补部的FOH运算部的功能结构图。
图64表示该电角度插补部的控制流程图。
图65是表示该电角度插补部的波形的图表。
图66是该电动机控制部的空间向量调制部的功能结构图。
图67是该电动机控制部的最终占空比运算部的功能结构图。
图68是该电动机控制部的占空比输出设定部的功能结构图。
图69是表示推定出插补电角度1的模拟结果的图表。
图70是表示推定出插补电角度2的模拟结果的图表。
图71是表示推定出插补电角度3的模拟结果的图表。
图72是表示推定出插补电角度4的模拟结果的图表。
图73是表示使用推定出的插补电角度1运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图74是表示使用推定出的插补电角度2运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图75是表示使用推定出的插补电角度3运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图76是表示使用推定出的插补电角度4运算出的占空比指令值的模拟结果的图表。
图77是表示搭载第五实施方式的电动机控制装置的电动动力转向装置的结构的示意图。
图78是通过该电动动力转向装置的控制单元构成的电动机控制装置的功能结构图。
图79是该电动机控制装置的PWM控制部和逆变器的结构图。
图80是该电动机控制装置的电动机控制部的功能结构图。
图81是该电动机控制部的电角度插补部的结构图。
图82是表示该电角度插补部计算出的插补电角度1的图表。
图83是表示该电角度插补部计算出的插补电角度2的图表。
图84是表示该电角度插补部计算出的插补电角度3的图表。
图85是表示该电角度插补部计算出的插补电角度4的图表。
图86是该电角度插补部的SOH运算部的功能结构图。
图87是该电角度插补部的FOH运算部的功能结构图。
图88是该电角度插补部的插补运算切换判定部的功能结构图。
图89是生成该插补运算切换判定部的插补运算判定部和插补判定部的标志的图表。
图90是生成该插补运算切换判定部的插补运算判定部和插补判定部的标志的图表。
图91表示该电角度插补部的控制流程图。
图92是表示该电角度插补部的波形的图表。
图93是该电动机控制部的空间向量调制部的功能结构图。
图94是该电动机控制部的最终占空比运算部的功能结构图。
图95是该电动机控制部的占空比输出设定部的功能结构图。
图96是一般的电动机控制装置的功能结构图。
图97是通过向量控制方式对三相无刷电动机进行驱动控制时的功能结构图。
图98是PWM控制部以及逆变器的功能结构图。
图99是现有的基于SOH运算的占空比指令值的插补的功能结构图。
图100是最终占空比运算部的功能结构图。
图101是表示在坐标变换中使用的坐标轴以及电动机角度的关系的图表。
图102是表示空间向量调制部的动作例的线图。
图103是表示空间向量调制部的动作例的时序图。
具体实施方式
(第一实施方式)
参照图1至图14，对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是表示搭载有本实施方式的电动机控制装置400的电动动力转向装置300的结构的示意图。电动动力转向装置300是在柱状部(转向轴)上配置有电动机和减速机构的柱状辅助式电动动力转向装置。
[电动动力转向装置300]
电动动力转向装置300中，经由方向盘1的柱状轴(转向轴、方向盘轴)2、减速齿轮3、万向节(universal joint)4a、4b、齿轮齿条机构5、拉杆6a、6b，并且经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R连结。此外，在柱状轴2上设有检测方向盘1的舵角θe的舵角传感器14和检测方向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10，用于辅助方向盘1的转向力的电动机100经由减速齿轮3与柱状轴2连结。控制电动动力转向装置300的控制单元(ECU)30由电池13供电，并且经由点火钥匙11输入点火钥匙信号。
控制单元30根据由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vs运算辅助(转向辅助)指令的电流指令值，通过对运算出的电流指令值执行了补偿等的电压控制指令值Vref对电动机100进行控制。舵角传感器14并不是必须的，可以不配置，还可从与电动机100连结的角分解器等旋转传感器取得舵角(电动机角度)θe。
控制单元30具备计算机，该计算机主要包含CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)(包含MPU(Micro Processor Unit，微处理单元)、MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)等)，并可执行程序。
控制单元30具备驱动电动机100的逆变器161、检测电动机100的电流的电动机电流检测电路162、检测电动机100的电动机角度θe的角度检测部110A等电路。另外，这些电路也可以搭载在电动机100侧。
控制单元30上连接了用于传递车辆的各种信息的CAN(Controller AreaNetwork，控制器区域网络)40，还能够从CAN40接收车速Vs。此外，控制单元30上还能够连接CAN40以外的用于传递通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41。
近年来，电动机100是作为电动动力转向装置300的致动器的主流的三相无刷电动机。通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100。在使用了空间向量驱动的向量控制方式中，独立地设定作为电动机100的转子的坐标轴的用于控制向量的q轴以及用于控制磁场强度的d轴，dq轴处于90°的关系，因此，通过该向量控制相当于各轴的电流(d轴电流指令值Iref_d、q轴电流指令值Iref_q)。
[电动机控制装置400]
图2是通过控制单元30构成的电动机控制装置400的功能结构图。适当组合在CPU等中执行的程序、逆变器等电子电路来实现电动机控制装置400的功能。在以下的说明中作为电路而记载的功能也可以作为在CPU等中执行的程序来实现。
电动机控制装置400进行电动机100的驱动控制。电动机控制装置400具备电流指令值运算部31、电动机控制部39、PWM控制部160、逆变器161、电动机电流检测电路162、电动机角度检测部110A、角速度运算部110B、三相交流/dq轴变换部130。
电流指令值运算部31向电动机控制部39输出根据转向扭矩Th和车速Vs等使用辅助图等运算出的2轴(dq轴坐标系)的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)。
电动机控制部39根据输入的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、电动机角度θe以及电动机转速N等，计算执行了死区补偿后的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。此外，电动机控制部39根据电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)等，通过空间向量调制来计算三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，并输出给PWM控制部160。
图3是PWM控制部160以及逆变器161的结构图。
如图3所示，逆变器161由FET的三相桥构成，通过按照PWM-占空比值D1～D6进行接通/断开来驱动电动机100。在逆变器161与电动机100之间插入电动机开关101，该电动机开关101用于在辅助控制停止时等切断电流的供给。上侧臂由作为开关元件的FET Q1、Q2、Q3构成，下侧臂由FET Q4、Q5、Q6构成。此外，FET Q1和Q4是U相的驱动元件，FET Q2和Q5是V相的驱动元件，FET Q3和Q6是W相的驱动元件。
如图3所示，PWM控制部160根据所输入的三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，经由图3所示的由上下臂的桥结构而构成的逆变器(逆变器施加电压VR)161对电动机100进行驱动控制。如图3所示，PWM控制部160具有PWM部160A-2和栅极驱动部160B。
如图3所示，PWM部160A-2按照预定公式从三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o分别计算三相的PWM-占空比值D1～D6。例如，从振荡部160C向PWM部160A-2输入三角波的调制信号(载波)CF，PWM部160A-2与调制信号CF同步地计算PWM-占空比值D1～D6。
如图3所示，栅极驱动部160B输出PWM-占空比值D1～D6来驱动作为驱动元件的FETQ1～Q6的栅极。
电动动力转向装置300为车载产品，因此工作温度范围宽，从故障安全的观点出发驱动电动机100的逆变器161与以家电产品为代表的一般工业用设备相比，需要使死区大(工业用设备＜EPS)。一般，开关元件(例如FET(Field-Effect Transistor，场效应晶体管))在断开时存在延迟时间，因此当同时进行上下臂的开关元件的断开/接通切换时，有时发生直流链路短路的状况。为了防止该状况的发生，设有上下臂双方的开关元件断开的时间(死区)。
在进行上述那样的死区补偿的情况下，电流波形失真，电流控制的响应性、转向感恶化，例如在方向盘位于中心附近的状态下缓慢地转向时，有时产生转矩脉动(torqueripple)等引起的不连续的转向感。
如图2所示，电流检测器162检测电动机100的三相电动机电流Iu、Iv、Iw。将检测出的三相电动机电流Iu、Iv、Iw输入到三相交流/dq轴变换部130，变换为两相的反馈dq轴电流Id、Iq。将两相的反馈dq轴电流Id、Iq输入到电动机控制部39。
电动机角度检测部110A在需要时进行运算来取得电动机100的电动机角度θe。将电动机角度θe输入到角速度运算部110B、电动机控制部39以及三相交流/dq轴变换部130。
角速度运算部110B通过运算根据电动机角度θe取得电动机转速N和电动机角速度ω。将电动机转速N和电动机角速度ω输入到电动机控制部39。
[电动机控制部39]
图4是电动机控制部39的功能结构图。
电动机控制部39具备电压指令值运算部220、电角度插补部240、空间向量调制部250、最终占空比运算部200、占空比输出设定部160A-1。
电压指令值运算部220具备dq轴死区补偿值运算部201、dq轴电流反馈控制部203、电压/占空比变换系数运算部204、加法部205、dq轴占空比钳位/VR感应运算部210。
电压指令值运算部220使用从电动机100在每个控制周期Tc取得的电动机电角度θe以及电动机转速θe、电流指令值Iref_m(m＝d，q)等，计算电压指令值(电压指令值运算工序)。
dq轴死区补偿值运算部201将根据输入的电动机转速N、电动机角度(电角度)θe、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)计算出的dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)输出到加法部205。
dq轴电流反馈控制部203将根据输入的电动机角速度ω、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、两相的反馈dq轴电流Im(m＝d，q)(Id，Iq)计算出的电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)输出到加法部205。
电压/占空比变换系数运算部204根据逆变器施加电压VR计算电压/占空比的变换系数Kc。
加法部205向三相占空比钳位/VR感应运算部210输出将dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)与电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)进行相加而得到的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。
dq轴占空比钳位/VR(逆变器施加电压)感应运算部210向空间向量调制部250输出将电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)与电压/占空比变换的变换系数Kc相乘而得到的dq轴正规用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)。
[电角度插补部240]
图5是电角度插补部240的结构图。
电角度插补部240根据输入的电动机角度θe计算插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs，并输出到空间向量调制部250(电角度插补工序)。
电角度插补部240通过针对在控制周期250μs(Tc)检测出的电动机角度θe的二次函数插补运算(Second Order Hold(二阶保持)运算，以下有时将二次函数插补运算简单地称为“SOH运算”)，推定从控制周期Tc经过Tc/2后的电动机角度(插补电角度)θs，并根据推定出的电动机角度(插补电角度)θs计算插补占空比指令值。
在电角度插补部240进行的dq轴电流控制中，不将空间向量调制后的占空比指令值设为插补对象。这是因为空间向量调制后的占空比指令值中包含由存在瞬时变化的死区补偿值、因空间向量调制而产生的三次谐波的失真成分等引起的噪声成分，对占空比指令值进行直接插补而计算出的插补占空比指令值成为包含大的噪声的值。
如图5所示，电角度插补部240具备：运算处理部241(SOH运算部241-1和翻转(rollover)处理部241-2)，其输入电动机角度θe直接进行SOH运算；带偏移的运算处理部242，其输入电动机角度θe来进行偏移处理等，并进行SOH运算；电动机角度切换判定部243，其判定电动机角度θe属于比90°大且为270°以下的范围和除此以外的范围中的哪一个范围，并输出切换标志SF；切换部244，其根据切换标志SF对接点a、b进行切换，输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
图6表示从控制周期Tc经过Tc/2后，通过SOH运算计算出的插补电角度。使用以前检测出的电动机电角度θe来计算插补电角度θs，由此能够使电角度的变化变得平滑。
如图6的(A)所示，对于圆弧状的理想电动机角度波形，每250μs的采样波形当然成为250μs的阶梯波形，如图的6(B)所示，通过SOH运算推定125μs后的电动机角度，由此能够使采样周期相当于2倍。
通过式1来表示在SOH运算中使用的函数y[k]。y[k]是控制周期数k的表示电动机角度(电角度)的函数。
【数学式1】
y[k]＝ak2+bk+c…(式1)
当使用系数a、b、c，用y[-2]表示上上次的值、用y[-1]表示上次的值、用y[0]表示本次的值时，式2成立。
【数学式2】
整理以上的公式，使用y[0]、y[-1]、y[-2]如式3那样表示a、b、c。
【数学式3】
将式3代入到式1时，成为式4。
【数学式4】
y[k]＝ak2+bk+c＝((k2+3k+2)/2)y[0]+((-2k2-4k)/2)y[-1]+((k2+k)/2)y[-2]
…(式4)
插补电角度θs1是从控制周期Tc经过Tc/2后的电角度，因此能够通过将k＝0.5代入到式4来计算。
【数学式5】
y[0.5]＝(15y[0]-10y[-1]+3y[-2]/8…(式5)
图7是SOH运算部241-1(242-4)的功能结构图。
SOH运算部241-1具有电动机角度θe的上次值的保持单元245-1和保持单元245-2、系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)、系数部B2(245-5)、加法部245-6、加法部245-7。
将电动机角度θe输入到系数部B0(245-3)和保持单元245-1，将保持单元245-1的保持值输入到系数部B1(245-4)和保持单元245-2。将保持单元245-2的保持值输入到系数部B2(245-5)，将系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)和系数部B2(245-5)的各输出值通过加法部245-7和加法部245-6进行相加后作为插补电角度θs而输出。
通过式5，如图7所示那样计算出计算插补电角度θs时的系数B0、B1、B2。
如图5所示，电角度插补部240内的运算处理部241具备输入电动机角度θe来进行SOH运算的SOH运算部241-1、以及对从SOH运算部241-1输出的电动机角度θe1进行翻转处理(波形处理)的翻转处理部241-2。将通过翻转处理部241-2进行翻转处理后的电动机角度(第1插补用电动机角度)θe2输入到切换部244的接点a。
如图5所示，带偏移的运算处理部242具备：加法部242-2，其输入电动机角度θe，基于从固定部242-1输入的系数180°进行偏移处理；翻转处理部242-3，其对从加法部242-2输入的电动机角度θe3进行翻转处理(波形处理)；SOH运算部242-4，其对从翻转处理部242-3输入的电动机角度θe4进行修正；减法部242-6，其从SOH运算部242-4输入电动机角度θe5，并基于从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理；翻转处理部242-7，其对从减法部242-6输入的电动机角度θe6进行翻转处理(波形处理)。将通过翻转处理部242-7进行翻转处理后的电动机角度(第2插补用电动机角度)θe7输入到切换部244的接点b。
将来自运算处理部241的翻转处理部241-2的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a，将来自带偏移的运算处理部242的翻转处理部242-7的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。然后，根据来自电动机角度切换判定部243的切换标志SF(“H”、“L”)对切换部244的接点a和b进行切换，从切换部244输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
电动机角度(电角度)θe在从当前的电动机角度转移到下一个电动机角度时，在超过360°的情况下返回到0°。此时产生过渡性的角度变动，因此当使用当前的电动机角度进行SOH运算时，有时不会成为正确的插补运算结果。为了避免该问题，电角度插补部240根据输入电角度的电动机角度θe来对运算输出(插补占空比运算用电动机角度θs)进行切换。
在电动机角度θe为90°＜θe≤270°的范围内，电动机角度θe中没有过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240针对输入的电动机角度θe进行SOH运算。
另一方面，在电动机角度θe为0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°的范围内，电动机角度θe中存在过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240对电动机角度θe进行180°偏移处理，使其成为连续的角度信号后进行SOH运算，针对SOH运算后的插补运算结果进行180°偏移返回处理。
电动机角度切换判定部243根据输入电动机角度θe生成切换标志SF(90°＜θe≤270°时“H”，0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时“L”)。
切换部244根据切换标志SF选择并输出SOH运算后的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
即，在90°＜θe≤270°时，如式6那样控制切换部244，输出电动机角度θe2来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式6】
SF＝H(90°＜θe≤270°)…(式6)
此外，在0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时，如式7那样控制切换部244，输出电动机角度θe7来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式7】
SF＝L(0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°)…(式7)
图8是电角度插补部240的控制流程图。
向电角度插补部240输入电动机角度(电角度)θe(步骤S1)。
运算处理部241的SOH运算部241-1进行SOH运算(步骤S10)。电动机角度θe在下次的SOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的SOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
翻转处理部241-2对进行SOH运算后的电动机角度θe1进行翻转处理来输出电动机角度θe2(步骤S11)。
带偏移的运算处理部242的加法部242-2使用从固定部242-1输入的系数180°，对电动机角度(电角度)θe进行偏移处理(步骤S20)。
翻转处理部242-3对进行偏移处理后的电动机角度θe3进行翻转处理来输出电动机角度θe4(步骤S21)。
SOH运算部242-4对输入的电动机角度θe4进行SOH运算(步骤S22)。电动机角度θe在下次的SOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的SOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
将进行SOH运算后的电动机角度θe5输入到减法部242-6，通过从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理(步骤S23)。
通过翻转处理部242-7对进行偏移返回处理后的电动机角度θe6进行翻转处理来输出电动机角度θe7(步骤S24)。
电动机角度切换判定部243判定电动机角度θe大于90°且为270°以下的情况(步骤S2)。
在符合该条件的情况下(“是”的情况)，电动机角度切换判定部243将切换标志SF设为“H”。
在不符合上述条件的情况下(“否”的情况下)，电动机角度θe为0°以上且90°以下或者大于270°且为360°以下，电动机角度切换判定部243将切换标志SF设为“L”(步骤S3)。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“H”的情况下，切换部244选择θe2，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出。在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“L”的情况下，切换部244选择θe7，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S4或步骤S5)。
图9表示电角度插补部240的各部波形，横轴是时间[sec]，纵轴是通过MPU等进行处理的内部值，为64[dec]/1[deg]。另外，23040[dec]＝360[deg]。
图9的(A)是从运算处理部241输出的电动机角度θe2的波形例，图9的(B)是从带偏移的运算处理部242输出的电动机角度θe7的波形例。此外，图9的(C)表示切换标志SF的“H”、“L”的切换定时，图9的(D)表示从切换部244输出的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs的波形例。
如图9的(D)所示，与图9的(A)所示的波形相比，电角度插补部240输出的电动机角度(插补电角度)θs在电动机角度θs超过360°而返回到0°时没有过渡性的角度变动。电动机角度θe若线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在基于SOH运算进行的插补电角度的计算中能够确保高精度。
[空间向量调制部250]
图10是空间向量调制部250的功能结构图。
空间向量调制部(变换部)250从电压的维度变换为占空比的维度后进行空间向量变换运算(变换工序)。空间向量调制部250具有如下功能即可：将dq轴空间的正规运算用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)变换为三相占空比指令值(Duty_ua，Duty_va，Duty_wa)来叠加三次谐波，输出三相的占空比指令值Duty_u、Duty_v、Duty_w，例如可以使用本申请人在日本特开2017-70066号公报或国际公开第2017/098840号等中提出的空间向量调制方法。
空间向量调制部250具有使用电动机角度(电角度)θe进行上述的空间向量变换运算的空间向量调制部250-0和使用插补电角度θs进行空间向量变换运算的空间向量调制部250-1。
空间向量调制部(第一空间向量调制部)250-0使用电动机角度(电角度)θe进行空间向量变换运算，输出三相的占空比指令值Duty_n(n＝u，v，w)(Duty_u，Duty_v，Duty_w)。
空间向量调制部(第二空间向量调制部)250-1使用插补电角度θs进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_n_m1(n＝u，v，w)(Duty_u_m1，Duty_v_m1，Duty_w_m1)。
[最终占空比运算部200]
图11是最终占空比运算部200的功能结构图。
最终占空比运算部200将来自空间向量调制部250的正规占空比指令值Duty_n(n＝u，v，w)输入到加法部221。将通过加法部221相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器222。从限制器222输出最终正规占空比指令值Dn(n＝u，v，w)。
将来自空间向量调制部250的插补占空比指令值Duty_n_m1输入到加法部231，将通过加法部231相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器232。从限制器232输出最终插补占空比指令值Dnm1(n＝u，v，w)。
一般，EPS从电池(DC+12V)供给电动机施加电压，因此无法供给负(﹣)方向的施加电压。如此无法供给负方向的相电压指令值，因此无法在负方向上流过相电流。为了应对该问题，三相均偏移占空比值50％(+6V)而设为基准电压，由此即使三相不是0V在三相占空比值50％时相电流也会成为0A(电动机施加电压+12V时)。例如，在U相占空比值50％(+6V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值50％(+6V)的情况下，成为U相0A、V相0A、W相0A，在设为U相占空比值60％(+7.2V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值40％(+4.8V)的情况下，在U相中在正(+)方向上流过电流，在设为U相占空比值40％(+4.8V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值60％(+7.2V)的情况下，在U相中在负方向上流过电流。通过使三相均偏移为占空比值50％来设为基准电压，由此能够在施加电压为正的状态下，流过负方向的电流。另外，占空比值50％偏移基本固定，但占空比值50％时的基准电压根据所供给的施加电压状态而进行变动。例如，在施加电压11V时，占空比值50％成为5.5V，在施加电压13V时，占空比值50％成为6.5V。
[占空比输出设定部160A-1]
图12是占空比输出设定部160A-1的功能结构图。
如图12所示，占空比输出设定部(输出设定部)160A-1在控制周期Tc以及从控制周期Tc经过Tc/2μs后，根据从控制周期Tc开始的经过时间T，对要输出的最终的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o进行切换输出(输出设定工序)。
图13表示控制周期、最终正规占空比指令值Dn以及最终插补占空比指令值Dnm1的输出定时。
关于在控制周期Tc(n)运算出的最终正规占空比指令值Dn以及最终插补占空比指令值Dnm1，在下一个控制周期(n+1)的0μs的定时输出最终正规占空比指令值Dn，在之后的125μs的定时输出最终插补占空比指令值Dnm1。
图14是模拟装置的模拟结果，横轴是时间[sec]，纵轴是通过MPU等进行处理的内部值，为64[dec]/1[deg]。图14的(A)是电动机角度(粗线)的波形，能够确认将通过SOH运算对250μs周期的采样数据进行计算而得到的推定电动机角度(细线)运算为250μs周期的125μs后的角度(电角度)。当使推定电动机角度(细线)在横轴上偏移125μs时，成为表示电动机角度(粗线)的250μs周期的采样数据的中间数据的角度波形。图14的(B)是通过空间向量调制运算出的占空比指令值的波形，能够确认将应用了推定电动机角度的插补占空比指令值的波形(粗线)运算为250μs周期的125μs后的波形。当使插补占空比指令值的波形(细线)在横轴上偏移125μs时，成为表示正规占空比指令值(粗线)的250μs周期的数据的中间数据的占空比指令值波形。
根据本实施方式的电动机控制装置400，能够不受死区补偿的影响地计算噪声少的插补占空比指令值，在比进行PWM运算的周期早的周期(50μs)使PWM控制的控制信号变动。由此，微型计算机的运算处理量的增加轻微，且能够恰当地抑制无刷电动机的振动以及电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
以上参照附图详细说明了本发明的第一实施方式，但具体的结构并不局限于该实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。此外，也可以适当组合在上述的实施方式以及变形例中示出的构成要素来构成。
(变形例1)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100，但电动机控制装置的控制对象电动机并不限定于此。本发明的电动机控制装置的控制对象电动机例如也可以是正弦波控制方式的无刷电动机。本发明的电动机控制装置不以占空比指令值为直接的插补对象，而是以电动机角度(电角度)θe为插补对象。电动机角度θe如果线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在通过SOH运算进行的插补电角度的计算和插补占空比指令值的计算中能够确保高的精度。
(变形例2)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400搭载在电动动力转向装置300中，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置适合搭载在要求高扭矩且要求低噪声的电动机驱动装置中。例如，通过将本发明的电动机控制装置搭载在对佩戴者步行时的肌肉力量进行辅助的步行辅助装置、在室内进行动作的清扫装置等中，能够恰当地抑制电动机的振动和电动机引起的噪声，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(变形例3)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400的控制周期Tc为250μs(频率4KHz)，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，能够恰当地降低可听频率范围的电动机引起的声音。由于电动机控制装置所搭载的CPU等的性能提高，或控制对象电动机的极数增加，预测控制周期比250μs短。在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，与上述实施方式同样地产生如下问题：产生可听频率范围的电动机引起的声音，但根据本发明的电动机控制装置，能够恰当地抑制无刷电动机的振动和电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(第二实施方式)
参照图15至图37对本发明的第二实施方式进行说明。
图15是表示搭载有本实施方式的电动机控制装置400B的电动动力转向装置300B的结构的示意图。电动动力转向装置300B是在柱状部(转向轴)上配置有电动机和减速机构的柱状辅助式电动动力转向装置。
[电动动力转向装置300B]
电动动力转向装置300B中，经由方向盘1的柱状轴(转向轴、方向盘轴)2、减速齿轮3、万向节4a、4b、齿轮齿条机构5、拉杆6a、6b，并且经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R连结。此外，在柱状轴2上设有检测方向盘1的舵角θe的舵角传感器14和检测方向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10，对方向盘1的转向力进行辅助的电动机100经由减速齿轮3与柱状轴2连结。用于控制电动动力转向装置300B的控制单元(ECU)30由电池13供电，并且经由点火钥匙11输入点火钥匙信号。
控制单元30根据由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vs运算辅助(转向辅助)指令的电流指令值，通过对运算出的电流指令值执行了补偿等的电压控制指令值Vref对电动机100进行控制。舵角传感器14并不是必须的，可以不配置，还可从与电动机100连结的角分解器等旋转传感器取得舵角(电动机角度)θe。
控制单元30具备计算机，该计算机主要包含CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)(包含MPU(Micro Processor Unit，微处理单元)、MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)等)，并可执行程序。
控制单元30具备驱动电动机100的逆变器161、检测电动机100的电流的电动机电流检测电路162、检测电动机100的电动机角度θe的角度检测部110A等电路。另外，这些电路也可以搭载在电动机100侧。
控制单元30上连接了用于传递车辆的各种信息的CAN(Controller AreaNetwork，控制器区域网络)40，还能够从CAN40接收车速Vs。此外，控制单元30上还能够连接CAN40以外的用于传递通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41。
近年来，电动机100是作为电动动力转向装置300B的致动器的主流的三相无刷电动机。通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100。在使用了空间向量驱动的向量控制方式中，独立地设定作为电动机100的转子的坐标轴的用于控制向量的q轴以及用于控制磁场强度的d轴，dq轴处于90°的关系，因此，通过该向量控制相当于各轴的电流(d轴电流指令值Iref_d、q轴电流指令值Iref_q)。
[电动机控制装置400B]
图16是通过控制单元30构成的电动机控制装置400B的功能结构图。适当组合在CPU等中执行的程序、逆变器等电子电路来实现电动机控制装置400B的功能。在以下的说明中作为电路而记载的功能也可以作为在CPU等中执行的程序来实现。
电动机控制装置400B进行电动机100的驱动控制。电动机控制装置400B具备电流指令值运算部31、电动机控制部39B、PWM控制部160、逆变器161、电动机电流检测电路162、电动机角度检测部110A、角速度运算部110B、三相交流/dq轴变换部130。
电流指令值运算部31向电动机控制部39B输出根据转向扭矩Th和车速Vs等使用辅助图等运算出的2轴(dq轴坐标系)的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)。
电动机控制部39B根据输入的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、电动机角度θe以及电动机转速N等，计算执行了死区补偿后的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。此外，电动机控制部39B根据电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)等，通过空间向量调制来计算三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，并输出给PWM控制部160。
图17是PWM控制部160以及逆变器161的结构图。
如图17所示，逆变器161由FET的三相桥构成，通过按照PWM-占空比值D1～D6进行接通/断开来驱动电动机100。在逆变器161与电动机100之间插入电动机开关101，该电动机开关101用于在辅助控制停止时等切断电流的供给。上侧臂由作为开关元件的FET Q1、Q2、Q3构成，下侧臂由FET Q4、Q5、Q6构成。此外，FET Q1和Q4是U相的驱动元件，FET Q2和Q5是V相的驱动元件，FET Q3和Q6是W相的驱动元件。
如图17所示，PWM控制部160根据所输入的三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，经由图17所示的由上下臂的桥结构而构成的逆变器(逆变器施加电压VR)161对电动机100进行驱动控制。如图17所示，PWM控制部160具有PWM部160A-2和栅极驱动部160B。
如图17所示，PWM部160A-2按照预定公式从三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o分别计算三相的PWM-占空比值D1～D6。例如，从振荡部160C向PWM部160A-2输入三角波的调制信号(载波)CF，PWM部160A-2与调制信号CF同步地计算PWM-占空比值D1～D6。
如图17所示，栅极驱动部160B输出PWM-占空比值D1～D6来驱动作为驱动元件的FET Q1～Q6的栅极。
电动动力转向装置300B为车载产品，因此工作温度范围宽，从故障安全的观点出发驱动电动机100的逆变器161与以家电产品为代表的一般工业用设备相比，需要使死区大(工业用设备＜EPS)。一般，开关元件(例如FET(Field-Effect Transistor，场效应晶体管))在断开时存在延迟时间，因此当同时进行上下臂的开关元件的断开/接通切换时，有时发生直流链路短路的状况。为了防止该状况的发生，设有上下臂双方的开关元件断开的时间(死区)。
在进行上述那样的死区补偿的情况下，电流波形失真，电流控制的响应性、转向感恶化，例如在方向盘位于中心附近的状态下缓慢地转向时，有时产生转矩脉动(torqueripple)等引起的不连续的转向感。
如图16所示，电流检测器162检测电动机100的三相电动机电流Iu、Iv、Iw。将检测出的三相电动机电流Iu、Iv、Iw输入到三相交流/dq轴变换部130，变换为两相的反馈dq轴电流Id、Iq。将两相的反馈dq轴电流Id、Iq输入到电动机控制部39B。
电动机角度检测部110A在需要时进行运算来取得电动机100的电动机角度θe。将电动机角度θe输入到角速度运算部110B、电动机控制部39B以及三相交流/dq轴变换部130。
角速度运算部110B通过运算根据电动机角度θe取得电动机转速N和电动机角速度ω。将电动机转速N和电动机角速度ω输入到电动机控制部39B。
[电动机控制部39B]
图18是电动机控制部39B的功能结构图。
电动机控制部39B具备电压指令值运算部220、电角度插补部240B、空间向量调制部250、最终占空比运算部200、占空比输出设定部160A-1。
电压指令值运算部220具备dq轴死区补偿值运算部201、dq轴电流反馈控制部203、电压/占空比变换系数运算部204、加法部205、dq轴占空比钳位/VR感应运算部210。
电压指令值运算部220使用从电动机100在每个控制周期Tc取得的电动机电角度θe以及电动机转速θe、电流指令值Iref_m(m＝d，q)等，计算电压指令值(电压指令值运算工序)。
dq轴死区补偿值运算部201将根据输入的电动机转速N、电动机角度(电角度)θe、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)计算出的dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)输出到加法部205。
dq轴电流反馈控制部203将根据输入的电动机角速度ω、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、两相的反馈dq轴电流Id，Iq计算出的电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)输出到加法部205。
电压/占空比变换系数运算部204根据逆变器施加电压VR计算电压/占空比的变换系数Kc。
加法部205向三相占空比钳位/VR感应运算部210输出将dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)与电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)进行相加而得到的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。
dq轴占空比钳位/VR(逆变器施加电压)感应运算部210向空间向量调制部250输出将电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)与电压/占空比变换的变换系数Kc相乘而得到的dq轴正规用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)。
[电角度插补部240B]
图19是电角度插补部240B的结构图。
电角度插补部240B根据输入的电动机角度θe计算插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs，并输出到空间向量调制部250(电角度插补工序)。
电角度插补部240B通过针对在控制周期250μs(Tc)检测出的电动机角度θe的二次函数插补运算(Second Order Hold(二阶保持)运算，以下有时将二次函数插补运算简单地称为“SOH运算”)，以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔(分割间隔)来推定电动机角度(插补电角度)θs，并根据推定出的电动机角度(插补电角度)θs计算插补占空比指令值。
在电角度插补部240B进行的dq轴电流控制中，不将空间向量调制后的占空比指令值设为插补对象。这是因为空间向量调制后的占空比指令值中包含由存在瞬时变化的死区补偿值、因空间向量调制而产生的三次谐波的失真成分等引起的噪声成分，对占空比指令值进行直接插补而计算出的插补占空比指令值成为包含大的噪声的值。
如图19所示，电角度插补部240B具备：运算处理部241(SOH运算部241-1和翻转(rollover)处理部241-2)，其输入电动机角度θe直接进行SOH运算；带偏移的运算处理部242，其输入电动机角度θe来进行偏移处理等，并进行SOH运算；电动机角度切换判定部243，其判定电动机角度θe属于比90°大且为270°以下的范围和除此以外的范围中的哪一个范围，并输出切换标志SF；切换部244，其根据切换标志SF对接点a、b进行切换，输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
图20至图23表示以将控制周期Tc分割为1/5而得到的50μs的间隔，通过SOH运算计算出的4个插补电角度(以下，称为“插补电角度1～4”)。使用以前检测出的电动机电角度θe来计算插补电角度1～4(θs1～4)，由此能够使电角度的变化变得平滑。
通过式8来表示在SOH运算中使用的函数y[k]。y[k]是控制周期数k的表示电动机角度(电角度)的函数。
【数学式8】
y[k]＝ak2+bk+c…(式8)
当使用系数a、b、c，用y[-2]表示上上次的值，用y[-1]表示上次的值、用y[0]表示本次的值时，式9成立。
【数学式9】
整理以上的公式，使用y[0]、y[-1]、y[-2]如式10那样表示a、b、c。
【数学式10】
将式10代入到式8时，成为式11。
【数学式11】
y[k]＝ak2+bk+c＝((k2+3k+2)/2)y[0]+((-2k2-4k)/2)y[-1]+((k2+k)/2)y[-2]
…(式11)
插补电角度1(θs1)是从控制周期Tc开始50μs(Tc乘以1/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.2代入到式11来计算出。
【数学式12】
y[0.2]＝(33y[0]-11y[-1]+3y[-2])/25…(式12)
插补电角度2(θs2)是从控制周期Tc开始100μs(Tc乘以2/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.4代入到式11来计算出。
【数学式13】
y[0.4]＝(42y[0]-24y[-1]+7y[-2])/25…(式13)
插补电角度3(θs3)是从控制周期Tc开始150μs(Tc乘以3/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.6代入到式11来计算出。
【数学式14】
y[0.6]＝(52y[0]-39y[-1]+12y[-2])/25…(式14)
插补电角度4(θs4)是从控制周期Tc开始200μs(Tc乘以4/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.8代入到式11来计算出。
【数学式15】
y[0.8]＝(63y[0]-56y[-1]+18y[-2])/25…(式15)
图24是SOH运算部241-1(242-4)的功能结构图。
SOH运算部241-1具有电动机角度θe的上次值的保持单元245-1和保持单元245-2、系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)、系数部B2(245-5)、加法部245-6、加法部245-7。
将电动机角度θe输入到系数部B0(245-3)和保持单元245-1，将保持单元245-1的保持值输入到系数部B1(245-4)和保持单元245-2。将保持单元245-2的保持值输入到系数部B2(245-5)，将系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)和系数部B2(245-5)的各输出值通过加法部245-7和加法部245-6进行相加后作为插补电角度θs而输出。
根据式12～15，如表1那样表示计算插补电角度1～4(θs1～4)时的係数B0、B1、B2。
[表1]
如图19所示，电角度插补部240B内的运算处理部241具备输入电动机角度θe来进行SOH运算的SOH运算部241-1、以及对从SOH运算部241-1输出的电动机角度θe1进行翻转处理(波形处理)的翻转处理部241-2。将通过翻转处理部241-2进行翻转处理后的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a。
如图19所示，带偏移的运算处理部242具备：加法部242-2，其输入电动机角度θe，基于从固定部242-1输入的系数180°进行偏移处理；翻转处理部242-3，其对从加法部242-2输入的电动机角度θe3进行翻转处理(波形处理)；SOH运算部242-4，其对从翻转处理部242-3输入的电动机角度θe4进行修正；减法部242-6，其从SOH运算部242-4输入电动机角度θe5，并基于从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理；翻转处理部242-7，其对从减法部242-6输入的电动机角度θe6进行翻转处理(波形处理)。将通过翻转处理部242-7进行翻转处理后的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。
将来自运算处理部241的翻转处理部241-2的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a，将来自带偏移的运算处理部242的翻转处理部242-7的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。然后，根据来自电动机角度切换判定部243的切换标志SF(“H”、“L”)对切换部244的接点a和b进行切换，从切换部244输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
电动机角度(电角度)θe在从当前的电动机角度转移到下一个电动机角度时，在超过360°的情况下返回到0°。此时产生过渡性的角度变动，因此当使用当前的电动机角度进行SOH运算时，有时不会成为正确的插补运算结果。为了避免该问题，电角度插补部240B根据输入电角度的电动机角度θe来对运算输出(插补占空比运算用电动机角度θs)进行切换。
在电动机角度θe为90°＜θe≤270°的范围内，电动机角度θe中没有过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240B针对输入的电动机角度θe进行SOH运算。
另一方面，在电动机角度θe为0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°的范围内，电动机角度θe中存在过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240B对电动机角度θe进行180°偏移处理，使其成为连续的角度信号后进行SOH运算，针对SOH运算后的插补运算结果进行180°偏移返回处理。
电动机角度切换判定部243根据输入电动机角度θe生成切换标志SF(90°＜θe≤270°时“H”，0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时“L”)。
切换部244根据切换标志SF选择并输出SOH运算后的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
即，在90°＜θe≤270°时，如式16那样控制切换部244，输出电动机角度θe2来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式16】
SF＝H(90°＜θe≤270°)…(式16)
此外，在0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时，如式17那样控制切换部244，输出电动机角度θe7来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式17】
SF＝L(0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°)…(式17)
图25是电角度插补部240B的控制流程图。
向电角度插补部240B输入电动机角度(电角度)θe(步骤S101)。
运算处理部241的SOH运算部241-1进行SOH运算(步骤S110)。电动机角度θe在下次的SOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的SOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
翻转处理部241-2对进行SOH运算后的电动机角度θe1进行翻转处理来输出电动机角度θe2(步骤S111)。
带偏移的运算处理部242的加法部242-2使用从固定部242-1输入的系数180°，对电动机角度(电角度)θe进行偏移处理(步骤S120)。
翻转处理部242-3对进行偏移处理后的电动机角度θe3进行翻转处理来输出电动机角度θe4(步骤S121)。
SOH运算部242-4对输入的电动机角度θe4进行SOH运算(步骤S122)。电动机角度θe在下次的SOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的SOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
将进行SOH运算后的电动机角度θe5输入到减法部242-6，通过从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理(步骤S123)。
通过翻转处理部242-7对进行偏移返回处理后的电动机角度θe6进行翻转处理来输出电动机角度θe7(步骤S124)。
在步骤S111以及步骤S124的处理完成后，电动机角度切换判定部243判定电动机角度θe大于90°且为270°以下的情况(步骤S102)。
在符合该条件的情况下(“是”的情况)，电动机角度切换判定部243将切换标志SF设为“H”。
在不符合上述条件的情况下(“否”的情况下)，电动机角度θe为0°以上且90°以下或者大于270°且为360°以下，电动机角度切换判定部243将切换标志SF设为“L”。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“H”的情况下，切换部244选择θe2，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S103)。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“L”的情况下，切换部244选择θe7，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S104)。
电角度插补部240B使用与插补电角度1～4(θs1～4)对应的系数B0，B1，B2(参照表1)进行SOH运算，分别计算插补电角度1～4(θs1～4)。
图26表示电角度插补部240B的各部波形，横轴是时间[sec]，纵轴是通过MPU等进行处理的内部值，为64[dec]/1[deg]。另外，23040[dec]＝360[deg]。
图26的(A)是从运算处理部241输出的电动机角度θe2的波形例，图26的(B)是从带偏移的运算处理部242输出的电动机角度θe7的波形例。此外，图26的(C)表示切换标志SF的“H”、“L”的切换定时，图26的(D)表示从切换部244输出的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs的波形例。
如图26的(D)所示，与图26的(A)所示的波形相比，电角度插补部240B输出的电动机角度(插补电角度)θs在电动机角度θs超过360°而返回到0°时没有过渡性的角度变动。电动机角度θe若线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在基于SOH运算进行的插补电角度的计算中能够确保高精度。
[空间向量调制部250]
图27是空间向量调制部250的功能结构图。
空间向量调制部(变换部)250从电压的维度变换为占空比的维度后进行空间向量变换运算(变换工序)。空间向量调制部250具有如下功能即可：将dq轴空间的正规运算用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)变换为三相占空比指令值(Duty_ua，Duty_va，Duty_wa)来叠加三次谐波，输出三相的占空比指令值Duty_u、Duty_v、Duty_w，例如可以使用本申请人在日本特开2017-70066号公报或国际公开第2017/098840号等中提出的空间向量调制方法。
空间向量调制部250具有使用电动机角度(电角度)θe进行上述的空间向量变换运算的空间向量调制部250-0和分别使用插补电角度1～4(θs1～4)进行空间向量变换运算的空间向量调制部250-1、250-2、250-3、250-4。
空间向量调制部250-0使用电动机角度(电角度)θe进行空间向量变换运算，输出三相的占空比指令值Duty_u、Duty_v、Duty_w。
空间向量调制部250-1使用插补电角度1(θs1)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m1、Duty_v_m1、Duty_w_m1。
空间向量调制部250-2使用插补电角度2(θs2)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m2、Duty_v_m2、Duty_w_m2。
空间向量调制部250-3使用插补电角度3(θs3)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m3、Duty_v_m3、Duty_w_m3。
空间向量调制部250-4使用插补电角度4(θs4)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m4、Duty_v_m4、Duty_w_m4。
[最终占空比运算部200]
图28是最终占空比运算部200的功能结构图。
最终占空比运算部200将来自空间向量调制部250的正规占空比指令值Duty_n(n＝u，v，w)输入到加法部221。将通过加法部221相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器222。从限制器222输出最终正规占空比指令值Dn(n＝u，v，w)。
将来自空间向量调制部250的插补占空比指令值Duty_n_m1输入到加法部231，将通过加法部231相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器232。从限制器232输出最终插补占空比指令值Dnm1(n＝u，v，w)。
来自空间向量调制部250的插补占空比指令值Duty_n_m2、Duty_n_m3、Duty_n_m4进行与插补占空比指令值Duty_n_m1同样的处理，从限制器232输出最终插补占空比指令值Dnm2、Dnm3、Dnm4(n＝u，v，w)。
一般，EPS从电池(DC+12V)供给电动机施加电压，因此无法供给负(﹣)方向的施加电压。如此无法供给负方向的相电压指令值，因此无法在负方向上流过相电流。为了应对该问题，三相均偏移占空比值50％(+6V)而设为基准电压，由此即使三相不是0V在三相占空比值50％时相电流也会成为0A(电动机施加电压+12V时)。例如，在U相占空比值50％(+6V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值50％(+6V)的情况下，成为U相0A、V相0A、W相0A，在设为U相占空比值60％(+7.2V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值40％(+4.8V)的情况下，在U相中在正(+)方向上流过电流，在设为U相占空比值40％(+4.8V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值60％(+7.2V)的情况下，在U相中在负方向上流过电流。通过使三相均偏移为占空比值50％来设为基准电压，由此能够在施加电压为正的状态下，流过负方向的电流。另外，占空比值50％偏移基本固定，但占空比值50％时的基准电压根据所供给的施加电压状态而进行变动。例如，在施加电压11V时，占空比值50％成为5.5V，在施加电压13V时，占空比值50％成为6.5V。
[占空比输出设定部160A-1]
图29是占空比输出设定部160A-1的功能结构图。
如图29所示，占空比输出设定部(输出设定部)160A-1与将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔(分割间隔)相符地，根据从控制周期Tc开始的经过时间T，对要输出的最终的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o进行切换输出(输出设定工序)。
图30至图33是在以电动机转速成为恒定转速(1200rpm)的方式进行了转向的条件下，推定了插补电角度1～4(θs1～4)[deg]的模拟结果。无论在哪个结果中，插补电角度1～4与对电动机电角度θe进行线性插补后的线重叠，能够确认高精度且恰当地进行了基于SOH运算的推定角度运算。
图34至图37是使用在与图30至图33中表示结果的模拟相同的条件下推定出的插补电角度1～4(θs1～4)而运算出的占空比指令值(U相)Du_m1～Du_m4的模拟波形。横轴是时间[sec]，纵轴是通过MPU等进行处理的内部值，为8192[dec]/100[％]。无论在哪个结果中，均在对正规占空比指令值Du进行线性插补后的线上或近旁输出插补占空比指令值，能够确认高精度且恰当地进行了使用插补电角度的占空比指令值的插补。另外，V、W相虽然未图示，但表示同样的结果。
根据本实施方式的电动机控制装置400B，能够不受死区补偿的影响地计算噪声少的插补占空比指令值，在比进行PWM运算的周期早的周期(50μs)使PWM控制的控制信号变动。由此，微型计算机的运算处理量的增加轻微，且能够恰当地抑制无刷电动机的振动以及电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
以上参照附图详细说明了本发明的第二实施方式，但具体的结构并不局限于该实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。此外，也可以适当组合在上述的实施方式以及变形例中示出的构成要素来构成。
(变形例4)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100，但电动机控制装置的控制对象电动机并不限于此。本发明的电动机控制装置的控制对象电动机例如也可以是正弦波控制方式的无刷电动机。本发明的电动机控制装置不以占空比指令值为直接的插补对象，而是以电动机角度(电角度)θe为插补对象。电动机角度θe如果线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在通过SOH运算进行的插补电角度的计算和插补占空比指令值的计算中能够确保高的精度。
(变形例5)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400B搭载在电动动力转向装置300B中，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置适合搭载在要求高扭矩且要求低噪声的电动机驱动装置中。例如，通过将本发明的电动机控制装置搭载在对佩戴者步行时的肌肉力量进行辅助的步行辅助装置、在室内进行动作的清扫装置等中，能够恰当地抑制电动机的振动和电动机引起的噪声，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(变形例6)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400B的控制周期Tc为250μs(频率4KHz)，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，能够恰当地降低可听频率范围的电动机引起的声音。由于电动机控制装置所搭载的CPU等的性能提高，或控制对象电动机的极数增加，预测控制周期比250μs短。在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，与上述实施方式同样地产生如下问题：产生可听频率范围的电动机引起的声音，但根据本发明的电动机控制装置，能够恰当地抑制无刷电动机的振动和电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(第三实施方式)
参照图38至图53，对本发明的第三实施方式进行说明。
图38是表示搭载有本实施方式的电动机控制装置400C的电动动力转向装置300C的结构的示意图。电动动力转向装置300C是在柱状部(转向轴)上配置有电动机和减速机构的柱状辅助式电动动力转向装置。
[电动动力转向装置300C]
电动动力转向装置300C中，经由方向盘1的柱状轴(转向轴、方向盘轴)2、减速齿轮3、万向节(universal joint)4a、4b、齿轮齿条机构5、拉杆6a、6b，并且经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R连结。此外，在柱状轴2上设有检测方向盘1的舵角θe的舵角传感器14和检测方向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10，用于辅助方向盘1的转向力的电动机100经由减速齿轮3与柱状轴2连结。控制电动动力转向装置300C的控制单元(ECU)30由电池13供电，并且经由点火钥匙11输入点火钥匙信号。
控制单元30根据由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vs运算辅助(转向辅助)指令的电流指令值，通过对运算出的电流指令值执行了补偿等的电压控制指令值Vref对电动机100进行控制。舵角传感器14并不是必须的，可以不配置，还可从与电动机100连结的角分解器等旋转传感器取得舵角(电动机角度)θe。
控制单元30具备计算机，该计算机主要包含CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)(包含MPU(Micro Processor Unit，微处理单元)、MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)等)，并可执行程序。
控制单元30具备驱动电动机100的逆变器161、检测电动机100的电流的电动机电流检测电路162、检测电动机100的电动机角度θe的角度检测部110A等电路。另外，这些电路也可以搭载在电动机100侧。
控制单元30上连接了用于传递车辆的各种信息的CAN(Controller AreaNetwork，控制器区域网络)40，还能够从CAN40接收车速Vs。此外，控制单元30上还能够连接CAN40以外的用于传递通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41。
近年来，电动机100是作为电动动力转向装置300C的致动器的主流的三相无刷电动机。通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100。在使用了空间向量驱动的向量控制方式中，独立地设定作为电动机100的转子的坐标轴的用于控制向量的q轴以及用于控制磁场强度的d轴，dq轴处于90°的关系，因此，通过该向量控制相当于各轴的电流(d轴电流指令值Iref_d、q轴电流指令值Iref_q)。
[电动机控制装置400C]
图39是通过控制单元30构成的电动机控制装置400C的功能结构图。适当组合在CPU等中执行的程序、逆变器等电子电路来实现电动机控制装置400C的功能。在以下的说明中作为电路而记载的功能也可以作为在CPU等中执行的程序来实现。
电动机控制装置400C进行电动机100的驱动控制。电动机控制装置400C具备电流指令值运算部31、电动机控制部39C、PWM控制部160、逆变器161、电动机电流检测电路162、电动机角度检测部110A、角速度运算部110B、三相交流/dq轴变换部130。
电流指令值运算部31向电动机控制部39C输出根据转向扭矩Th和车速Vs等使用辅助图等运算出的2轴(dq轴坐标系)的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)。
电动机控制部39C根据输入的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、电动机角度θe以及电动机转速N等，计算执行了死区补偿后的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。此外，电动机控制部39C根据电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)等，通过空间向量调制来计算三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，并输出给PWM控制部160。
图40是PWM控制部160以及逆变器161的结构图。
如图40所示，逆变器161由FET的三相桥构成，通过按照PWM-占空比值D1～D6进行接通/断开来驱动电动机100。在逆变器161与电动机100之间插入电动机开关101，该电动机开关101用于在辅助控制停止时等切断电流的供给。上侧臂由作为开关元件的FET Q1、Q2、Q3构成，下侧臂由FET Q4、Q5、Q6构成。此外，FET Q1和Q4是U相的驱动元件，FET Q2和Q5是V相的驱动元件，FET Q3和Q6是W相的驱动元件。
如图40所示，PWM控制部160根据所输入的三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，经由图40所示的由上下臂的桥结构而构成的逆变器(逆变器施加电压VR)161对电动机100进行驱动控制。如图40所示，PWM控制部160具有PWM部160A-2和栅极驱动部160B。
如图40所示，PWM部160A-2按照预定公式从三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o分别计算三相的PWM-占空比值D1～D6。例如，从振荡部160C向PWM部160A-2输入三角波的调制信号(载波)CF，PWM部160A-2与调制信号CF同步地计算PWM-占空比值D1～D6。
如图40所示，栅极驱动部160B输出PWM-占空比值D1～D6来驱动作为驱动元件的FET Q1～Q6的栅极。
电动动力转向装置300C为车载产品，因此工作温度范围宽，从故障安全的观点出发驱动电动机100的逆变器161与以家电产品为代表的一般工业用设备相比，需要使死区大(工业用设备＜EPS)。一般，开关元件(例如FET(Field-Effect Transistor，场效应晶体管))在断开时存在延迟时间，因此当同时进行上下臂的开关元件的断开/接通切换时，有时发生直流链路短路的状况。为了防止该状况的发生，设有上下臂双方的开关元件断开的时间(死区)。
在进行上述那样的死区补偿的情况下，电流波形失真，电流控制的响应性、转向感恶化，例如在方向盘位于中心附近的状态下缓慢地转向时，有时产生转矩脉动(torqueripple)等引起的不连续的转向感。
如图39所示，电流检测器162检测电动机100的三相电动机电流Iu、Iv、Iw。将检测出的三相电动机电流Iu、Iv、Iw输入到三相交流/dq轴变换部130，变换为两相的反馈dq轴电流Id、Iq。将两相的反馈dq轴电流Id、Iq输入到电动机控制部39C。
电动机角度检测部110A在需要时进行运算来取得电动机100的电动机角度θe。将电动机角度θe输入到角速度运算部110B、电动机控制部39C以及三相交流/dq轴变换部130。
角速度运算部110B通过运算根据电动机角度θe取得电动机转速N和电动机角速度ω。将电动机转速N和电动机角速度ω输入到电动机控制部39C。
[电动机控制部39C]
图41是电动机控制部39C的功能结构图。
电动机控制部39C具备电压指令值运算部220、电角度插补部240C、空间向量调制部250、最终占空比运算部200、占空比输出设定部160A-1。
电压指令值运算部220具备dq轴死区补偿值运算部201、dq轴电流反馈控制部203、电压/占空比变换系数运算部204、加法部205、dq轴占空比钳位/VR感应运算部210。
电压指令值运算部220使用从电动机100在每个控制周期Tc取得的电动机电角度θe以及电动机转速θe、电流指令值Iref_m(m＝d，q)等，计算电压指令值(电压指令值运算工序)。
dq轴死区补偿值运算部201将根据输入的电动机转速N、电动机角度(电角度)θe、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)计算出的dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)输出到加法部205。
dq轴电流反馈控制部203将根据输入的电动机角速度ω、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、两相的反馈dq轴电流Id，Iq计算出的电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)输出到加法部205。
电压/占空比变换系数运算部204根据逆变器施加电压VR计算电压/占空比的变换系数Kc。
加法部205向三相占空比钳位/VR感应运算部210输出将dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)与电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)进行相加而得到的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。
dq轴占空比钳位/VR(逆变器施加电压)感应运算部210向空间向量调制部250输出将电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)与电压/占空比变换的变换系数Kc相乘而得到的dq轴正规用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)。
[电角度插补部240C]
图42是电角度插补部240C的结构图。
电角度插补部240C根据输入的电动机角度θe计算插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs，并输出到空间向量调制部250(电角度插补工序)。
电角度插补部240C通过针对在控制周期250μs(Tc)检测出的电动机角度θe的一次函数插补运算(First Order Hold(一阶保持)运算，以下有时将一次函数插补运算简单地称为“FOH运算”)，推定从控制周期Tc经过Tmμs(0＜Tm＜Tc)后的电动机角度(插补电角度)θs，并根据推定出的电动机角度(插补电角度)θs计算插补占空比指令值。
在电角度插补部240C进行的dq轴电流控制中，不将空间向量调制后的占空比指令值设为插补对象。这是因为空间向量调制后的占空比指令值中包含由存在瞬时变化的死区补偿值、因空间向量调制而产生的三次谐波的失真成分等引起的噪声成分，对占空比指令值进行直接插补而计算出的插补占空比指令值成为包含大的噪声的值。
如图42所示，电角度插补部240C具备：运算处理部241C(FOH运算部241C-1和翻转处理部241-2)，其输入电动机角度θe直接进行FOH运算；带偏移的运算处理部242C，其输入电动机角度θe来进行偏移处理等，并进行FOH运算；电动机角度切换判定部243，其判定电动机角度θe属于比90°大且为270°以下的范围和除此以外的范围中的哪一个范围，并输出切换标志SF；切换部244，其根据切换标志SF对接点a、b进行切换，输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
图43表示从控制周期Tc经过Tmμs(0＜Tm＜Tc)后，通过FOH运算计算出的插补电角度。使用以前检测出的电动机电角度θe来计算插补电角度θs，由此能够使电角度的变化变得平滑。
通过式18来表示在FOH运算中使用的函数y[k]。y[k]是控制周期数k的表示电动机角度(电角度)的函数。
【数学式18】
y[k]＝ak+b…(式18)
当使用系数a、b，用y[-1]表示上次值，用y[0]表示本次的值时，式19成立。
【数学式19】
整理以上的公式，使用y[0]、y[-1]如式20那样表示a、b。
【数学式20】
将式20代入到式18时，成为式21。
【数学式21】
y[k]＝(k+1)y[0]+(-k)y[-1]…(式21)
插补电角度θs是从控制周期Tc开始Tm后的电角度，因此可通过将k＝Tm/Tc代入到式21来计算。作为示例，当设为控制周期Tc＝250[us]、Tm＝125[us]时，能够通过将k＝0.5代入到式21计算出y[k]。
【数学式22】
y[0.5]＝1.5y[0]-0.5y[-1]…(式22)
此外，当设为控制周期Tc＝250[us]、Tm＝150[us]时，能够通过将k＝0.6代入到式21计算出y[k]。
【数学式23】
y[0.6]＝1.6y[0]-0.6y[-1]…(式23)
图44是FOH运算部241C-1(242C-4)的功能结构图。
FOH运算部241C-1具有电动机角度θe的上次值的保持单元245-1和保持单元245-2、系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)、系数部B2(245-5)、加法部245-6、加法部245-7。
电动机角度θe被输入到系数部B0(245-3)和保持单元245-1，保持单元245-1的保持值被输入到系数部B1(245-4)。将系数部B0(245-3)和系数部B1(245-4)的各输出值通过加法部245-6进行相加后作为插补电角度θs而输出。
根据式22～23，如表2那样表示计算插补电角度θs时的係数B0、B1。
[表2]
如图42所示，电角度插补部240C内的运算处理部241C具备输入电动机角度θe来进行FOH运算的FOH运算部241C-1、以及对从FOH运算部241C-1输出的电动机角度θe1进行翻转处理(波形处理)的翻转处理部241-2。将通过翻转处理部241-2进行翻转处理后的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a。
如图42所示，带偏移的运算处理部242C具备：加法部242-2，其输入电动机角度θe，基于从固定部242-1输入的系数180°进行偏移处理；翻转处理部242-3，其对从加法部242-2输入的电动机角度θe3进行翻转处理(波形处理)；FOH运算部242C-4，其对从翻转处理部242-3输入的电动机角度θe4进行修正；减法部242-6，其从FOH运算部242C-4输入电动机角度θe5，并基于从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理；翻转处理部242-7，其对从减法部242-6输入的电动机角度θe6进行翻转处理(波形处理)。将通过翻转处理部242-7进行翻转处理后的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。
将来自运算处理部241C的翻转处理部241-2的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a，将来自带偏移的运算处理部242C的翻转处理部242-7的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。然后，根据来自电动机角度切换判定部243的切换标志SF(“H”、“L”)对切换部244的接点a和b进行切换，从切换部244输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
电动机角度(电角度)θe在从当前的电动机角度转移到下一个电动机角度时，在超过360°的情况下返回到0°。此时产生过渡性的角度变动，因此当使用当前的电动机角度进行FOH运算时，有时不会成为正确的插补运算结果。为了避免该问题，电角度插补部240C根据输入电角度的电动机角度θe来对运算输出(插补占空比运算用电动机角度θs)进行切换。
在电动机角度θe为90°＜θe≤270°的范围内，电动机角度θe中没有过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240C针对输入的电动机角度θe进行FOH运算。
另一方面，在电动机角度θe为0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°的范围内，电动机角度θe中存在过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240C对电动机角度θe进行180°偏移处理，使其成为连续的角度信号后进行FOH运算，并针对FOH运算后的插补运算结果进行180°偏移返回处理。
电动机角度切换判定部243根据输入电动机角度θe生成切换标志SF(90°＜θe≤270°时“H”，0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时“L”)。
切换部244根据切换标志SF选择并输出FOH运算后的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
即，在90°＜θe≤270°时，如式24那样控制切换部244，输出电动机角度θe2来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式24】
SF＝H(90°＜θe≤270°)…(式24)
此外，在0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时，如式25那样控制切换部244，输出电动机角度θe7来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式25】
SF＝L(0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°)…(式25)
图45是电角度插补部240C的控制流程图。
向电角度插补部240C输入电动机角度(电角度)θe(步骤S201)。
运算处理部241C的FOH运算部241C-1进行FOH运算(步骤S210)。电动机角度θe在下次的FOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的FOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
翻转处理部241-2对进行FOH运算后的电动机角度θe1进行翻转处理来输出电动机角度θe2(步骤S211)。
带偏移的运算处理部242C的加法部242-2使用从固定部242-1输入的系数180°，对电动机角度(电角度)θe进行偏移处理(步骤S220)。
翻转处理部242-3对进行偏移处理后的电动机角度θe3进行翻转处理来输出电动机角度θe4(步骤S221)。
FOH运算部242C-4对输入的电动机角度θe4进行FOH运算(步骤S222)。电动机角度θe在下次的FOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。
将进行FOH运算后的电动机角度θe5输入到减法部242-6，通过从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理(步骤S223)。
通过翻转处理部242-7对进行偏移返回处理后的电动机角度θe6进行翻转处理来输出电动机角度θe7(步骤S224)。
在步骤S211以及步骤S224的处理完成后，电动机角度切换判定部243判定电动机角度θe大于90°且为270°以下的情况(步骤S202)。
在符合该条件的情况下(“是”的情况)，电动机角度切换判定部243将切换标志SF设为“H”。
在不符合上述条件的情况下(“否”的情况下)，电动机角度θe为0°以上且90°以下或者大于270°且为360°以下，电动机角度切换判定部243将切换标志SF设为“L”。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“H”的情况下，切换部244选择θe2，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S203)。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“L”的情况下，切换部244选择θe7，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S204)。
图46表示电角度插补部240C的各部波形，横轴是时间[sec]，纵轴是通过MPU等进行处理的内部值，为64[dec]/1[deg]。另外，23040[dec]＝360[deg]。
图46的(A)是从运算处理部241C输出的电动机角度θe2的波形例，图46的(B)是从带偏移的运算处理部242C输出的电动机角度θe7的波形例。此外，图46的(C)表示切换标志SF的“H”、“L”的切换定时，图46的(D)表示从切换部244输出的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs的波形例。
如图46的(D)所示，与图46的(A)所示的波形相比，电角度插补部240C输出的电动机角度(插补电角度)θs在电动机角度θs超过360°而返回到0°时没有过渡性的角度变动。电动机角度θe若线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在基于FOH运算进行的插补电角度的计算中能够确保高精度。
[空间向量调制部250]
图47是空间向量调制部250的功能结构图。
空间向量调制部(变换部)250从电压的维度变换为占空比的维度后进行空间向量变换运算(变换工序)。空间向量调制部250具有如下功能即可：将dq轴空间的正规运算用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)变换为三相占空比指令值(Duty_ua，Duty_va，Duty_wa)来叠加三次谐波，输出三相的占空比指令值Duty_u、Duty_v、Duty_w，例如可以使用本申请人在日本特开2017-70066号公报或国际公开第2017/098840号等中提出的空间向量调制方法。
空间向量调制部250具有使用电动机角度(电角度)θe进行上述的空间向量变换运算的空间向量调制部250-0和使用插补电角度θs进行空间向量变换运算的空间向量调制部250-1。
空间向量调制部250-0使用电动机角度(电角度)θe进行空间向量变换运算，输出三相的占空比指令值Duty_n(n＝u，v，w)(Duty_u，Duty_v，Duty_w)。
空间向量调制部250-1使用插补电角度θs进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_n_m1(n＝u，v，w)(Duty_u_m1，Duty_v_m1，Duty_w_m1)。
[最终占空比运算部200]
图48是最终占空比运算部200的功能结构图。
最终占空比运算部200将来自空间向量调制部250的正规占空比指令值Duty_n(n＝u，v，w)输入到加法部221。将通过加法部221相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器222。从限制器222输出最终正规占空比指令值Dn(n＝u，v，w)。
将来自空间向量调制部250的插补占空比指令值Duty_n_m1输入到加法部231，将通过加法部231相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器232。从限制器232输出最终插补占空比指令值Dnm1(n＝u，v，w)。
一般，EPS从电池(DC+12V)供给电动机施加电压，因此无法供给负(﹣)方向的施加电压。如此无法供给负方向的相电压指令值，因此无法在负方向上流过相电流。为了应对该问题，三相均偏移占空比值50％(+6V)而设为基准电压，由此即使三相不是0V在三相占空比值50％时相电流也会成为0A(电动机施加电压+12V时)。例如，在U相占空比值50％(+6V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值50％(+6V)的情况下，成为U相0A、V相0A、W相0A，在设为U相占空比值60％(+7.2V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值40％(+4.8V)的情况下，在U相中在正(+)方向上流过电流，在设为U相占空比值40％(+4.8V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值60％(+7.2V)的情况下，在U相中在负方向上流过电流。通过使三相均偏移为占空比值50％来设为基准电压，由此能够在施加电压为正的状态下，流过负方向的电流。另外，占空比值50％偏移基本固定，但占空比值50％时的基准电压根据所供给的施加电压状态而进行变动。例如，在施加电压11V时，占空比值50％成为5.5V，在施加电压13V时，占空比值50％成为6.5V。
[占空比输出设定部160A-1]
图49是占空比输出设定部160A-1的功能结构图。
如图49所示，占空比输出设定部(输出设定部)160A-1在控制周期Tc以及从控制周期Tc经过Tmμs(0＜Tm＜Tc)后，根据从控制周期Tc开始的经过时间T，对要输出的最终的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o进行切换输出(输出设定工序)。
图50以及图51是在以电动机转速成为恒定转速(2000rpm)的方式进行了转向的条件下，推定了插补电角度θs[deg]的模拟结果。图50是控制周期Tc＝250[μs]、Tm＝125[μs]的条件下的模拟结果。图51是控制周期Tc＝250[μs]、Tm＝150[μs]的条件下的模拟结果。无论在哪个结果中，插补电角度与对电动机电角度θe进行线性插补后的线重叠，能够确认高精度且恰当地进行了基于FOH运算的推定角度运算。
图52以及图53是使用在与图50以及图51中表示结果的模拟相同的条件下推定出的插补电角度θs而运算出的占空比指令值(U相)Du_m1～Du_m4的模拟波形。无论在哪个结果中，均在对正规占空比指令值Du进行线性插补后的线上或近旁输出插补占空比指令值，能够确认高精度且恰当地进行了使用插补电角度的占空比指令值的插补。另外，V、W相虽然未图示，但表示同样的结果。
根据本实施方式的电动机控制装置400C，能够不受死区补偿的影响地计算噪声少的插补占空比指令值，在比进行PWM运算的周期早的周期(50μs)使PWM控制的控制信号变动。由此，微型计算机的运算处理量的增加轻微，且能够恰当地抑制无刷电动机的振动以及电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
根据本实施方式的电动机控制装置400C，在插补电角度的运算中使用一次函数插补运算FOH，与二次函数插补运算等的插补运算相比，虽然精度稍微降低，但能够恰当地抑制微型计算机的运算处理量。
以上参照附图详细说明了本发明的第三实施方式，但具体的结构并不局限于该实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。此外，也可以适当组合在上述的实施方式以及变形例中示出的构成要素来构成。
(变形例7)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400C通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100，但电动机控制装置的控制对象电动机并不限于此。本发明的电动机控制装置的控制对象电动机例如也可以是正弦波控制方式的无刷电动机。本发明的电动机控制装置不以占空比指令值为直接的插补对象，而是以电动机角度(电角度)θe为插补对象。电动机角度θe如果线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在通过FOH运算进行的插补电角度的计算和插补占空比指令值的计算中能够确保高的精度。
(变形例8)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400C搭载在电动动力转向装置300C中，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置适合搭载在要求高扭矩且要求低噪声的电动机驱动装置中。例如，通过将本发明的电动机控制装置搭载在对佩戴者步行时的肌肉力量进行辅助的步行辅助装置、在室内进行动作的清扫装置等中，能够恰当地抑制电动机的振动和电动机引起的噪声，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(变形例9)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400C的控制周期Tc为250μs(频率4KHz)，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，能够恰当地降低可听频率范围的电动机引起的声音。由于电动机控制装置所搭载的CPU等的性能提高，或控制对象电动机的极数增加，预测控制周期比250μs短。在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，与上述实施方式同样地产生如下问题：产生可听频率范围的电动机引起的声音，但根据本发明的电动机控制装置，能够恰当地抑制无刷电动机的振动和电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(第四实施方式)
参照图54至图76，对本发明的第四实施方式进行说明。
图54是表示搭载有本实施方式的电动机控制装置400D的电动动力转向装置300D的结构的示意图。电动动力转向装置300D是在柱状部(转向轴)上配置有电动机和减速机构的柱状辅助式电动动力转向装置。
[电动动力转向装置300D]
电动动力转向装置300D中，经由方向盘1的柱状轴(转向轴、方向盘轴)2、减速齿轮3、万向节4a、4b、齿轮齿条机构5、拉杆6a、6b，并且经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R连结。此外，在柱状轴2上设有检测方向盘1的舵角θe的舵角传感器14和检测方向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10，用于辅助方向盘1的转向力的电动机100经由减速齿轮3与柱状轴2连结。控制电动动力转向装置300D的控制单元(ECU)30由电池13供电，并且经由点火钥匙11输入点火钥匙信号。
控制单元30根据由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vs运算辅助(转向辅助)指令的电流指令值，通过对运算出的电流指令值执行了补偿等的电压控制指令值Vref对电动机100进行控制。舵角传感器14并不是必须的，可以不配置，还可从与电动机100连结的角分解器等旋转传感器取得舵角(电动机角度)θe。
控制单元30具备计算机，该计算机主要包含CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)(包含MPU(Micro Processor Unit，微处理单元)、MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)等)，并可执行程序。
控制单元30具备驱动电动机100的逆变器161、检测电动机100的电流的电动机电流检测电路162、检测电动机100的电动机角度θe的角度检测部110A等电路。另外，这些电路也可以搭载在电动机100侧。
控制单元30上连接了用于传递车辆的各种信息的CAN(Controller AreaNetwork，控制器区域网络)40，还能够从CAN40接收车速Vs。此外，控制单元30上还能够连接CAN40以外的用于传递通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41。
近年来，电动机100是作为电动动力转向装置300D的致动器的主流的三相无刷电动机。通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100。在使用了空间向量驱动的向量控制方式中，独立地设定作为电动机100的转子的坐标轴的用于控制向量的q轴以及用于控制磁场强度的d轴，dq轴处于90°的关系，因此，通过该向量控制相当于各轴的电流(d轴电流指令值Iref_d、q轴电流指令值Iref_q)。
[电动机控制装置400D]
图55是通过控制单元30构成的电动机控制装置400D的功能结构图。适当组合在CPU等中执行的程序、逆变器等电子电路来实现电动机控制装置400D的功能。在以下的说明中作为电路而记载的功能也可以作为在CPU等中执行的程序来实现。
电动机控制装置400D进行电动机100的驱动控制。电动机控制装置400D具备电流指令值运算部31、电动机控制部39D、PWM控制部160、逆变器161、电动机电流检测电路162、电动机角度检测部110A、角速度运算部110B、三相交流/dq轴变换部130。
电流指令值运算部31向电动机控制部39D输出根据转向扭矩Th和车速Vs等使用辅助图等运算出的2轴(dq轴坐标系)的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)。
电动机控制部39D根据输入的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、电动机角度θe以及电动机转速N等，计算执行了死区补偿后的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。此外，电动机控制部39D根据电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)等，通过空间向量调制来计算三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，并输出给PWM控制部160。
图56是PWM控制部160以及逆变器161的结构图。
如图56所示，逆变器161由FET的三相桥构成，通过按照PWM-占空比值D1～D6进行接通/断开来驱动电动机100。在逆变器161与电动机100之间插入电动机开关101，该电动机开关101用于在辅助控制停止时等切断电流的供给。上侧臂由作为开关元件的FET Q1、Q2、Q3构成，下侧臂由FET Q4、Q5、Q6构成。此外，FET Q1和Q4是U相的驱动元件，FET Q2和Q5是V相的驱动元件，FET Q3和Q6是W相的驱动元件。
如图56所示，PWM控制部160根据所输入的三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，经由图56所示的由上下臂的桥结构而构成的逆变器(逆变器施加电压VR)161对电动机100进行驱动控制。如图56所示，PWM控制部160具有PWM部160A-2和栅极驱动部160B。
如图56所示，PWM部160A-2按照预定公式从三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o分别计算三相的PWM-占空比值D1～D6。例如，从振荡部160C向PWM部160A-2输入三角波的调制信号(载波)CF，PWM部160A-2与调制信号CF同步地计算PWM-占空比值D1～D6。
如图56所示，栅极驱动部160B输出PWM-占空比值D1～D6来驱动作为驱动元件的FET Q1～Q6的栅极。
电动动力转向装置300D为车载产品，因此工作温度范围宽，从故障安全的观点出发驱动电动机100的逆变器161与以家电产品为代表的一般工业用设备相比，需要使死区大(工业用设备＜EPS)。一般，开关元件(例如FET(Field-Effect Transistor，场效应晶体管))在断开时存在延迟时间，因此当同时进行上下臂的开关元件的断开/接通切换时，有时发生直流链路短路的状况。为了防止该状况的发生，设有上下臂双方的开关元件断开的时间(死区)。
在进行上述那样的死区补偿的情况下，电流波形失真，电流控制的响应性、转向感恶化，例如在方向盘位于中心附近的状态下缓慢地转向时，有时产生转矩脉动(torqueripple)等引起的不连续的转向感。
如图55所示，电流检测器162检测电动机100的三相电动机电流Iu、Iv、Iw。将检测出的三相电动机电流Iu、Iv、Iw输入到三相交流/dq轴变换部130，变换为两相的反馈dq轴电流Id、Iq。将两相的反馈dq轴电流Id、Iq输入到电动机控制部39D。
电动机角度检测部110A在需要时进行运算来取得电动机100的电动机角度θe。将电动机角度θe输入到角速度运算部110B、电动机控制部39D以及三相交流/dq轴变换部130。
角速度运算部110B通过运算根据电动机角度θe取得电动机转速N和电动机角速度ω。将电动机转速N和电动机角速度ω输入到电动机控制部39D。
[电动机控制部39D]
图57是电动机控制部39D的功能结构图。
电动机控制部39D具备电压指令值运算部220、电角度插补部240D、空间向量调制部250、最终占空比运算部200、占空比输出设定部160A-1。
电压指令值运算部220具备dq轴死区补偿值运算部201、dq轴电流反馈控制部203、电压/占空比变换系数运算部204、加法部205、dq轴占空比钳位/VR感应运算部210。
电压指令值运算部220使用从电动机100在每个控制周期Tc取得的电动机电角度θe以及电动机转速θe、电流指令值Iref_m(m＝d，q)等，计算电压指令值(电压指令值运算工序)。
dq轴死区补偿值运算部201将根据输入的电动机转速N、电动机角度(电角度)θe、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)计算出的dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)输出到加法部205。
dq轴电流反馈控制部203将根据输入的电动机角速度ω、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、两相的反馈dq轴电流Id，Iq计算出的电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)输出到加法部205。
电压/占空比变换系数运算部204根据逆变器施加电压VR计算电压/占空比的变换系数Kc。
加法部205向三相占空比钳位/VR感应运算部210输出将dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)与电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)进行相加而得到的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。
dq轴占空比钳位/VR(逆变器施加电压)感应运算部210向空间向量调制部250输出将电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)与电压/占空比变换的变换系数Kc相乘而得到的dq轴正规用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)。
[电角度插补部240D]
图58是电角度插补部240D的结构图。
电角度插补部240D根据输入的电动机角度θe计算插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs，并输出到空间向量调制部250(电角度插补工序)。
电角度插补部240D通过针对在控制周期250μs(Tc)检测出的电动机角度θe的一次函数插补运算(First Order Hold(一阶保持)运算，以下有时将一次函数插补运算简单地称为“FOH运算”)，以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔(分割间隔)来推定电动机角度(插补电角度)θs，并根据推定出的电动机角度(插补电角度)θs计算插补占空比指令值。
在电角度插补部240D进行的dq轴电流控制中，不将空间向量调制后的占空比指令值设为插补对象。这是因为空间向量调制后的占空比指令值中包含由存在瞬时变化的死区补偿值、因空间向量调制而产生的三次谐波的失真成分等引起的噪声成分，对占空比指令值进行直接插补而计算出的插补占空比指令值成为包含大的噪声的值。
如图58所示，电角度插补部240D具备：运算处理部241D(FOH运算部241D-1和翻转处理部241-2)，其输入电动机角度θe直接进行FOH运算；带偏移的运算处理部242D，其输入电动机角度θe来进行偏移处理等，并进行FOH运算；电动机角度切换判定部243，其判定电动机角度θe属于比90°大且为270°以下的范围和除此以外的范围中的哪一个范围，并输出切换标志SF；切换部244，其根据切换标志SF对接点a、b进行切换，输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
图59至图62表示以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔，通过FOH运算计算出的4个插补电角度(以下，称为“插补电角度1～4”)。使用以前检测出的电动机电角度θe来计算插补电角度1～4(θs1～4)，从而能够使电角度的变化变得平滑。
通过式26来表示在FOH运算中使用的函数y[k]。y[k]是控制周期数k的表示电动机角度(电角度)的函数。
【数学式26】
y[k]＝ak+b…(式26)
当使用系数a、b，用y[-1]表示上次值，用y[0]表示本次的值时，式27成立。
【数学式27】
整理以上的公式，使用y[0]、y[-1]如式28那样表示a、b。
【数学式28】
在将式28代入到式26时，成为式29。
【数学式29】
y[k]＝(k+1)y[0]+(-k)y[-1]…(式29)
插补电角度1(θs1)是从控制周期Tc开始50μs(Tc乘以1/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.2代入到式29来计算出。
【数学式30】
y[0.2]＝1.2y[0]-0.2y[-1]…(式30)
插补电角度2(θs2)是从控制周期Tc开始100μs(Tc乘以2/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.4代入到式29来计算出。
【数学式31】
y[0.4]＝1.4y[0]-0.4y[-1]…(式31)
插补电角度3(θs3)是从控制周期Tc开始150μs(Tc乘以3/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.6代入到式29来计算出。
【数学式32】
y[0.6]＝1.6y[0]-0.6y[-1]…(式32)
插补电角度4(θs4)是从控制周期Tc开始200μs(Tc乘以4/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.8代入到式29来计算出。
【数学式33】
y[0.8]＝1.8y[0]-0.8y[-1]…(式33)
图63是FOH运算部241D-1(242D-4)的功能结构图。
FOH运算部241D-1具有电动机角度θe的上次值的保持单元245-1和保持单元245-2、系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)、系数部B2(245-5)、加法部245-6、加法部245-7。
电动机角度θe被输入到系数部B0(245-3)和保持单元245-1，保持单元245-1的保持值被输入到系数部B1(245-4)和保持单元245-2。保持单元245-2的保持值被输入到系数部B2(245-5)，将系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)和系数部B2(245-5)的各输出值通过加法部245-7和加法部245-6进行相加后作为插补电角度θs而输出。
根据式30～33，如表3那样表示计算插补电角度1～4(θs1～4)时的係数B0、B1。
[表3]
B0 B1
插补电角度1(θs1) 1.2 -0.2
插补电角度2(θs2) 1.4 -0.4
插补电角度3(θs3) 1.6 -0.6
插补电角度4(θs4) 1.8 -0.8
如图58所示，电角度插补部240D内的运算处理部241D具备输入电动机角度θe来进行FOH运算的FOH运算部241D-1、以及对从FOH运算部241D-1输出的电动机角度θe1进行翻转处理(波形处理)的翻转处理部241-2。将通过翻转处理部241-2进行翻转处理后的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a。
如图58所示，带偏移的运算处理部242D具备：加法部242-2，其输入电动机角度θe，基于从固定部242-1输入的系数180°进行偏移处理；翻转处理部242-3，其对从加法部242-2输入的电动机角度θe3进行翻转处理(波形处理)；FOH运算部242D-4，其对从翻转处理部242-3输入的电动机角度θe4进行修正；减法部242-6，其从FOH运算部242D-4输入电动机角度θe5，并基于从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理；翻转处理部242-7，其对从减法部242-6输入的电动机角度θe6进行翻转处理(波形处理)。将通过翻转处理部242-7进行翻转处理后的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。
将来自运算处理部241D的翻转处理部241-2的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a，将来自带偏移的运算处理部242D的翻转处理部242-7的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。然后，根据来自电动机角度切换判定部243的切换标志SF(“H”、“L”)对切换部244的接点a和b进行切换，从切换部244输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
电动机角度(电角度)θe在从当前的电动机角度转移到下一个电动机角度时，在超过360°的情况下返回到0°。此时产生过渡性的角度变动，因此当使用当前的电动机角度进行FOH运算时，有时不会成为正确的插补运算结果。为了避免该问题，电角度插补部240D根据输入电角度的电动机角度θe来对运算输出(插补占空比运算用电动机角度θs)进行切换。
在电动机角度θe为90°＜θe≤270°的范围内，电动机角度θe中没有过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240D针对输入的电动机角度θe进行FOH运算。
另一方面，在电动机角度θe为0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°的范围内，电动机角度θe中存在过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240D对电动机角度θe进行180°偏移处理，使其成为连续的角度信号后进行FOH运算，并针对FOH运算后的插补运算结果进行180°偏移返回处理。
电动机角度切换判定部243根据输入电动机角度θe生成切换标志SF(90°＜θe≤270°时“H”，0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时“L”)。
切换部244根据切换标志SF选择并输出FOH运算后的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
即，在90°＜θe≤270°时，如式34那样控制切换部244，输出电动机角度θe2来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式34】
SF＝H(90°(θe≤270°)…(式34)
此外，在0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时，如式35那样控制切换部244，输出电动机角度θe7来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式35】
SF＝L(0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°)…(式35)
图64是电角度插补部240D的控制流程图。
向电角度插补部240D输入电动机角度(电角度)θe(步骤S301)。
运算处理部241D的FOH运算部241D-1进行FOH运算(步骤S310)。电动机角度θe在下次的FOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的FOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
翻转处理部241-2对进行FOH运算后的电动机角度θe1进行翻转处理来输出电动机角度θe2(步骤S311)。
带偏移的运算处理部242D的加法部242-2使用从固定部242-1输入的系数180°，对电动机角度(电角度)θe进行偏移处理(步骤S320)。
翻转处理部242-3对进行偏移处理后的电动机角度θe3进行翻转处理来输出电动机角度θe4(步骤S321)。
FOH运算部242D-4对输入的电动机角度θe4进行FOH运算(步骤S322)。电动机角度θe在下次的FOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的FOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
将进行FOH运算后的电动机角度θe5输入到减法部242-6，通过从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理(步骤S323)。
通过翻转处理部242-7对进行偏移返回处理后的电动机角度θe6进行翻转处理来输出电动机角度θe7(步骤S324)。
在步骤S311和步骤S324的处理完成后，电动机角度切换判定部243判定电动机角度θe大于90°且为270°以下的情况(步骤S302)。
在符合该条件的情况下(“是”的情况)，电动机角度切换判定部243将切换标志SF设为“H”。
在不符合上述条件的情况下(“否”的情况下)，电动机角度θe为0°以上且90°以下或者大于270°且为360°以下，电动机角度切换判定部243将切换标志SF设为“L”。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“H”的情况下，切换部244选择θe2，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S303)。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“L”的情况下，切换部244选择θe7，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S304)。
电角度插补部240D使用与插补电角度1～4(θs1～4)对应的系数B0、B1(参照表1)进行FOH运算，分别计算出插补电角度1～4(θs1～4)。
图65表示电角度插补部240D的各部波形，横轴是时间[sec]，纵轴是通过MPU等进行处理的内部值，为64[dec]/1[deg]。另外，23040[dec]＝360[deg]。
图65的(A)是从运算处理部241D输出的电动机角度θe2的波形例，图65的(B)是从带偏移的运算处理部242D输出的电动机角度θe7的波形例。此外，图65的(C)表示切换标志SF的“H”、“L”的切换定时，图65的(D)表示从切换部244输出的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs的波形例。
如图65的(D)所示，与图65的(A)所示的波形相比，电角度插补部240D输出的电动机角度(插补电角度)θs在电动机角度θs超过360°而返回到0°时没有过渡性的角度变动。电动机角度θe若线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在基于FOH运算进行的插补电角度的计算中能够确保高的精度。
[空间向量调制部250]
图66是空间向量调制部250的功能结构图。
空间向量调制部(变换部)250从电压的维度变换为占空比的维度后进行空间向量变换运算(变换工序)。空间向量调制部250具有如下功能即可：将dq轴空间的正规运算用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)变换为三相占空比指令值(Duty_ua，Duty_va，Duty_wa)来叠加三次谐波，输出三相的占空比指令值Duty_u、Duty_v、Duty_w，例如可以使用本申请人在日本特开2017-70066号公报或国际公开第2017/098840号等中提出的空间向量调制方法。
空间向量调制部250具有使用电动机角度(电角度)θe进行上述的空间向量变换运算的空间向量调制部250-0和分别使用插补电角度1～4(θs1～4)进行空间向量变换运算的空间向量调制部250-1、250-2、250-3、250-4。
空间向量调制部250-0使用电动机角度(电角度)θe进行空间向量变换运算，输出三相的占空比指令值Duty_u、Duty_v、Duty_w。
空间向量调制部250-1使用插补电角度1(θs1)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m1、Duty_v_m1、Duty_w_m1。
空间向量调制部250-2使用插补电角度2(θs2)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m2、Duty_v_m2、Duty_w_m2。
空间向量调制部250-3使用插补电角度3(θs3)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m3、Duty_v_m3、Duty_w_m3。
空间向量调制部250-4使用插补电角度4(θs4)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m4、Duty_v_m4、Duty_w_m4。
[最终占空比运算部200]
图67是最终占空比运算部200的功能结构图。
最终占空比运算部200将来自空间向量调制部250的正规占空比指令值Duty_n(n＝u，v，w)输入到加法部221。将通过加法部221相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器222。从限制器222输出最终正规占空比指令值Dn(n＝u，v，w)。
将来自空间向量调制部250的插补占空比指令值Duty_n_m1输入到加法部231，将通过加法部231相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器232。从限制器232输出最终插补占空比指令值Dnm1(n＝u，v，w)。
来自空间向量调制部250的插补占空比指令值Duty_n_m2、Duty_n_m3、Duty_n_m4进行与插补占空比指令值Duty_n_m1同样的处理，从限制器232输出最终插补占空比指令值Dnm2、Dnm3、Dnm4(n＝u，v，w)。
一般，EPS从电池(DC+12V)供给电动机施加电压，因此无法供给负(﹣)方向的施加电压。如此无法供给负方向的相电压指令值，因此无法在负方向上流过相电流。为了应对该问题，三相均偏移占空比值50％(+6V)而设为基准电压，由此即使三相不是0V在三相占空比值50％时相电流也会成为0A(电动机施加电压+12V时)。例如，在U相占空比值50％(+6V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值50％(+6V)的情况下，成为U相0A、V相0A、W相0A，在设为U相占空比值60％(+7.2V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值40％(+4.8V)的情况下，在U相中在正(+)方向上流过电流，在设为U相占空比值40％(+4.8V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值60％(+7.2V)的情况下，在U相中在负方向上流过电流。通过使三相均偏移为占空比值50％来设为基准电压，由此能够在施加电压为正的状态下，流过负方向的电流。另外，占空比值50％偏移基本固定，但占空比值50％时的基准电压根据所供给的施加电压状态而进行变动。例如，在施加电压11V时，占空比值50％成为5.5V，在施加电压13V时，占空比值50％成为6.5V。
[占空比输出设定部160A-1]
图68是占空比输出设定部160A-1的功能结构图。
如图68所示，占空比输出设定部(输出设定部)160A-1与将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔(分割间隔)相符地，根据从控制周期Tc开始的经过时间T，对要输出的最终的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o进行切换输出(输出设定工序)。
图69至图72是在以电动机转速成为恒定转速(2000rpm)的方式进行了转向的条件下，推定了插补电角度1～4(θs1～4)[deg]的模拟结果。无论在哪个结果中，插补电角度1～4与对电动机电角度θe进行线性插补后的线重叠，能够确认高精度且恰当地进行了基于FOH运算的推定角度运算。
图73至图76是使用在与图69至图72中表示结果的模拟相同的条件下推定出的插补电角度1～4(θs1～4)而运算出的占空比指令值(U相)Du_m1～Du_m4的模拟波形。无论在哪个结果中，均在对正规占空比指令值Du进行线性插补后的线上或近旁输出插补占空比指令值，能够确认高精度且恰当地进行了使用插补电角度的占空比指令值的插补。另外，V、W相虽然未图示，但表示同样的结果。
根据本实施方式的电动机控制装置400D，能够不受死区补偿的影响地计算噪声少的插补占空比指令值，在比进行PWM运算的周期早的周期(50μs)使PWM控制的控制信号变动。由此，微型计算机的运算处理量的增加轻微，且能够恰当地抑制无刷电动机的振动以及电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
根据本实施方式的电动机控制装置400D，在插补电角度的运算中使用一次函数插补运算FOH，与二次函数插补运算等的插补运算相比，虽然精度稍微降低，但能够恰当地抑制微型计算机的运算处理量。
以上参照附图详细说明了本发明的第四实施方式，但具体的结构并不局限于该实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。此外，也可以适当组合在上述的实施方式以及变形例中示出的构成要素来构成。
(变形例10)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400D通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100，但电动机控制装置的控制对象电动机并不限于此。本发明的电动机控制装置的控制对象电动机例如也可以是正弦波控制方式的无刷电动机。本发明的电动机控制装置不以占空比指令值为直接的插补对象，而是以电动机角度(电角度)θe为插补对象。电动机角度θe如果线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在通过FOH运算进行的插补电角度的计算和插补占空比指令值的计算中能够确保高的精度。
(变形例11)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400D搭载在电动动力转向装置300D中，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置适合搭载在要求高扭矩且要求低噪声的电动机驱动装置中。例如，通过将本发明的电动机控制装置搭载在对佩戴者步行时的肌肉力量进行辅助的步行辅助装置、在室内进行动作的清扫装置等中，能够恰当地抑制电动机的振动和电动机引起的噪声，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(变形例12)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400D以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的等间隔(分割间隔)推定了电动机角度(插补电角度)θs，但电动机控制装置的方式并不限于此。在本发明的电动机控制装置中，可以将控制周期Tc以任意的分割数进行分割，此外，也可以按不等间隔进行分割。
(变形例13)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400D的控制周期Tc为250μs(频率4KHz)，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，能够恰当地降低可听频率范围的电动机引起的声音。由于电动机控制装置所搭载的CPU等的性能提高，或控制对象电动机的极数增加，预测控制周期比250μs短。在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，与上述实施方式同样地产生如下问题：产生可听频率范围的电动机引起的声音，但根据本发明的电动机控制装置，能够恰当地抑制无刷电动机的振动和电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(第五实施方式)
参照图77至图95，对本发明的第五实施方式进行说明。
图77是表示搭载有本实施方式的电动机控制装置400E的电动动力转向装置300E的结构的示意图。电动动力转向装置300E是在柱状部(转向轴)上配置有电动机和减速机构的柱状辅助式电动动力转向装置。
[电动动力转向装置300E]
电动动力转向装置300E中，经由方向盘1的柱状轴(转向轴、方向盘轴)2、减速齿轮3、万向节(universal joint)4a、4b、齿轮齿条机构5、拉杆6a、6b，并且经由轮毂单元7a、7b与转向车轮8L、8R连结。此外，在柱状轴2上设有检测方向盘1的舵角θe的舵角传感器14和检测方向盘1的转向扭矩Th的扭矩传感器10，用于辅助方向盘1的转向力的电动机100经由减速齿轮3与柱状轴2连结。控制电动动力转向装置300E的控制单元(ECU)30由电池13供电，并且经由点火钥匙11输入点火钥匙信号。
控制单元30根据由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Th和由车速传感器12检测出的车速Vs运算辅助(转向辅助)指令的电流指令值，通过对运算出的电流指令值执行了补偿等的电压控制指令值Vref对电动机100进行控制。舵角传感器14并不是必须的，可以不配置，还可从与电动机100连结的角分解器等旋转传感器取得舵角(电动机角度)θe。
控制单元30具备计算机，该计算机主要包含CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)(包含MPU(Micro Processor Unit，微处理单元)、MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)等)，并可执行程序。
控制单元30具备驱动电动机100的逆变器161、检测电动机100的电流的电动机电流检测电路162、检测电动机100的电动机角度θe的角度检测部110A等电路。另外，这些电路也可以搭载在电动机100侧。
控制单元30上连接了用于传递车辆的各种信息的CAN(Controller AreaNetwork，控制器区域网络)40，还能够从CAN40接收车速Vs。此外，控制单元30上还能够连接CAN40以外的用于传递通信、模拟/数字信号、电波等的非CAN41。
近年来，电动机100是作为电动动力转向装置300E的致动器的主流的三相无刷电动机。通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100。在使用了空间向量驱动的向量控制方式中，独立地设定作为电动机100的转子的坐标轴的用于控制向量的q轴以及用于控制磁场强度的d轴，dq轴处于90°的关系，因此，通过该向量控制相当于各轴的电流(d轴电流指令值Iref_d、q轴电流指令值Iref_q)。
[电动机控制装置400E]
图78是通过控制单元30构成的电动机控制装置400E的功能结构图。适当组合在CPU等中执行的程序、逆变器等电子电路来实现电动机控制装置400E的功能。在以下的说明中作为电路而记载的功能也可以作为在CPU等中执行的程序来实现。
电动机控制装置400E进行电动机100的驱动控制。电动机控制装置400E具备电流指令值运算部31、电动机控制部39E、PWM控制部160、逆变器161、电动机电流检测电路162、电动机角度检测部110A、角速度运算部110B、三相交流/dq轴变换部130。
电流指令值运算部31向电动机控制部39E输出根据转向扭矩Th和车速Vs等使用辅助图等运算出的2轴(dq轴坐标系)的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)。
电动机控制部39E根据输入的dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、电动机角度θe以及电动机转速N等，计算执行了死区补偿后的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。此外，电动机控制部39E根据电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)等，通过空间向量调制来计算三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，并输出给PWM控制部160。
图79是PWM控制部160以及逆变器161的结构图。
如图79所示，逆变器161由FET的三相桥构成，通过按照PWM-占空比值D1～D6进行接通/断开来驱动电动机100。在逆变器161与电动机100之间插入电动机开关101，该电动机开关101用于在辅助控制停止时等切断电流的供给。上侧臂由作为开关元件的FET Q1、Q2、Q3构成，下侧臂由FET Q4、Q5、Q6构成。此外，FET Q1和Q4是U相的驱动元件，FET Q2和Q5是V相的驱动元件，FET Q3和Q6是W相的驱动元件。
如图79所示，PWM控制部160根据所输入的三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o，经由图79所示的由上下臂的桥结构而构成的逆变器(逆变器施加电压VR)161对电动机100进行驱动控制。如图79所示，PWM控制部160具有PWM部160A-2和栅极驱动部160B。
如图79所示，PWM部160A-2按照预定公式从三相的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o分别计算三相的PWM-占空比值D1～D6。例如，从振荡部160C向PWM部160A-2输入三角波的调制信号(载波)CF，PWM部160A-2与调制信号CF同步地计算PWM-占空比值D1～D6。
如图79所示，栅极驱动部160B输出PWM-占空比值D1～D6来驱动作为驱动元件的FET Q1～Q6的栅极。
电动动力转向装置300E为车载产品，因此工作温度范围宽，从故障安全的观点出发驱动电动机100的逆变器161与以家电产品为代表的一般工业用设备相比，需要使死区大(工业用设备＜EPS)。一般，开关元件(例如FET(Field-Effect Transistor，场效应晶体管))在断开时存在延迟时间，因此当同时进行上下臂的开关元件的断开/接通切换时，有时发生直流链路短路的状况。为了防止该状况的发生，设有上下臂双方的开关元件断开的时间(死区)。
在进行上述那样的死区补偿的情况下，电流波形失真，电流控制的响应性、转向感恶化，例如在方向盘位于中心附近的状态下缓慢地转向时，有时产生转矩脉动(torqueripple)等引起的不连续的转向感。
如图78所示，电流检测器162检测电动机100的三相电动机电流Iu、Iv、Iw。将检测出的三相电动机电流Iu、Iv、Iw输入到三相交流/dq轴变换部130，变换为两相的反馈dq轴电流Id、Iq。将两相的反馈dq轴电流Id、Iq输入到电动机控制部39E。
电动机角度检测部110A在需要时进行运算来取得电动机100的电动机角度θe。将电动机角度θe输入到角速度运算部110B、电动机控制部39E以及三相交流/dq轴变换部130。
角速度运算部110B通过运算根据电动机角度θe取得电动机转速N和电动机角速度ω。将电动机转速N和电动机角速度ω输入到电动机控制部39E。
[电动机控制部39E]
图80是电动机控制部39E的功能结构图。
电动机控制部39E具备电压指令值运算部220、电角度插补部240E、空间向量调制部250、最终占空比运算部200、占空比输出设定部160A-1。
电压指令值运算部220具备dq轴死区补偿值运算部201、dq轴电流反馈控制部203、电压/占空比变换系数运算部204、加法部205、dq轴占空比钳位/VR感应运算部210。
电压指令值运算部220使用从电动机100在每个控制周期Tc取得的电动机电角度θe以及电动机转速θe、电流指令值Iref_m(m＝d，q)等，计算电压指令值(电压指令值运算工序)。
dq轴死区补偿值运算部201将根据输入的电动机转速N、电动机角度(电角度)θe、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)计算出的dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)输出到加法部205。
dq轴电流反馈控制部203将根据输入的电动机角速度ω、dq轴电流指令值Iref_m(m＝d，q)、两相的反馈dq轴电流Id，Iq计算出的电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)输出到加法部205。
电压/占空比变换系数运算部204根据逆变器施加电压VR计算电压/占空比的变换系数Kc。
加法部205向三相占空比钳位/VR感应运算部210输出将dq轴死区补偿值DT_m(m＝d，q)与电压控制指令值Vref_ma(m＝d，q)进行相加而得到的电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)。
dq轴占空比钳位/VR(逆变器施加电压)感应运算部210向空间向量调制部250输出将电压控制指令值Vref_mb(m＝d，q)与电压/占空比变换的变换系数Kc相乘而得到的dq轴正规用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)。
[电角度插补部240E]
图81是电角度插补部240E的结构图。
电角度插补部240E根据输入的电动机角度θe计算插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs，并输出到空间向量调制部250(电角度插补工序)。
电角度插补部240E通过针对在控制周期250μs(Tc)检测出的电动机角度θe的二次函数插补运算(Second Order Hold(二阶保持)运算，以下有时将二次函数插补运算简单地称为“SOH运算”)或一次函数插补运算(First Order Hold(一阶保持)运算，以下有时将一次函数插补运算简单地称为“FOH运算”)，以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔(分割间隔)推定电动机角度(插补电角度)θs，并根据推定出的电动机角度(插补电角度)θs计算插补占空比指令值。
在电角度插补部240E进行的dq轴电流控制中，不将空间向量调制后的占空比指令值设为插补对象。这是因为空间向量调制后的占空比指令值中包含由存在瞬时变化的死区补偿值、因空间向量调制而产生的三次谐波的失真成分等引起的噪声成分，对占空比指令值进行直接插补而计算出的插补占空比指令值成为包含大的噪声的值。
如图81所示，电角度插补部240E具备：运算处理部241，其输入电动机角度θe直接进行SOH运算或FOH运算；带偏移的运算处理部242，其输入电动机角度θe来进行偏移处理等，并进行SOH运算或FOH运算；电动机角度切换判定部243，其判定电动机角度θe属于比90°大且为270°以下的范围和除此以外的范围中的哪一个范围，并输出切换标志SF(电角度切换标志)；切换部244，其根据切换标志SF对接点a、b进行切换，输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs；插补运算切换判定部247，其输出插补运算切换标志HF和插补切换标志EF；第二切换部246，其输出最终的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θc。
图82至图85表示以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔推定出的4个插补电角度(以下，称为“插补电角度1～4”)。使用以前检测出的电动机电角度θe来计算插补电角度1～4(θs1～4)，从而能够使电角度的变化变得平滑。
在以下的说明中，以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔，通过SOH运算推定出的4个插补电角度1～4被设为“θss1～4”。此外，以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔，通过FOH运算推定出的4个插补电角度1～4被设为“θsf1～4”。
通过式36来表示在SOH运算中使用的函数y[k]。y[k]是控制周期数k的表示电动机角度(电角度)的函数。
【数学式36】
y[k]＝ak2+bk+c…(式36)
当使用系数a、b、c，用y[-2]表示上上次的值，用y[-1]表示上次的值，用y[0]表示本次的值时，式37成立。
【数学式37】
整理以上的公式，使用y[0]、y[-1]、y[-2]如式38那样表示a、b、c。
【数学式38】
将式38代入到式36时，成为式39。
【数学式39】
y[k]＝ak2+bk+c＝((k2+3k+2)/2)y[0]+((-2k2-4k)/2)y[-1]+((k2+k)/2)y[-2]
…(式39)
插补电角度1(θss1)是从控制周期Tc开始50μs(Tc×1/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.2代入到式39来计算出。
【数学式40】
y[0.2]＝(33y[0]-11y[-1]+3y[-2])/25…(式40)
插补电角度2(θss2)是从控制周期Tc开始100μs(Tc×2/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.4代入到式39来计算出。
【数学式41】
y[0.4]＝(42y[0]-24y[-1]+7y[-2])/25…(式41)
插补电角度3(θss3)是从控制周期Tc开始150μs(Tc×3/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.6代入到式39来计算出。
【数学式42】
y[0.6]＝(52y[0]-39y[-1]+12y[-2])/25…(式42)
插补电角度4(θss4)是从控制周期Tc开始200μs(Tc×4/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.8代入到式39来计算出。
【数学式43】
y[0.8]＝(63y[0]-56y[-1]+18y[-2])/25…(式43)
图86是SOH运算部241-1(242-4)的功能结构图。
SOH运算部241-1具有电动机角度θe的上次值的保持单元245-1和保持单元245-2、系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)、系数部B2(245-5)、加法部245-6、加法部245-7。
将电动机角度θe输入到系数部B0(245-3)和保持单元245-1，将保持单元245-1的保持值输入到系数部B1(245-4)和保持单元245-2。将保持单元245-2的保持值输入到系数部B2(245-5)，将系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)和系数部B2(245-5)的各输出值通过加法部245-7和加法部245-6进行相加后作为插补电角度θss而输出。
根据式40～43，如表4那样表示计算插补电角度1～4(θss1～4)时的係数B0、B1、B2。
[表4]
通过式44来表示在FOH运算中使用的函数y[k]。y[k]是控制周期数k的表示电动机角度(电角度)的函数。
【数学式44】
y[k]＝ak+b…(式44)
当使用系数a、b，用y[-1]表示上次值，用y[0]表示本次的值时，式45成立。
【数学式45】
整理以上的公式，使用y[0]、y[-1]如式46那样表示a、b。
【数学式46】
将式46代入到式44时，成为式47。
【数学式47】
y[k]＝(k+1)y[0]+(-k)y[-1]…(式47)
插补电角度1(θsf1)是从控制周期Tc开始50μs(Tc×1/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.2代入到式47来计算出。
【数学式48】
y[0.2]＝1.2y[0]-0.2y[-1]…(式48)
插补电角度2(θsf2)是从控制周期Tc开始100μs(Tc×2/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.4代入到式47来计算出。
【数学式49】
y[0.4]＝1.4y[0]-0.4y[-1]…(式49)
插补电角度3(θsf3)是从控制周期Tc开始150μs(Tc×3/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.6代入到式47来计算出。
【数学式50】
y[0.6]＝1.6y[0]-0.6y[-1]…(式50)
插补电角度4(θsf4)是从控制周期Tc开始200μs(Tc×4/5)后的电角度，因此能够通过将k＝0.8代入到式47来计算出。
【数学式51】
y[0.8]＝1.8y[0]-0.8y[-1]…(式51)
图87是FOH运算部241D-1(242D-4)的功能结构图。
FOH运算部241D-1具有电动机角度θe的上次值的保持单元245-1和保持单元245-2、系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)、系数部B2(245-5)、加法部245-6、加法部245-7。
电动机角度θe被输入到系数部B0(245-3)和保持单元245-1，保持单元245-1的保持值被输入到系数部B1(245-4)和保持单元245-2。保持单元245-2的保持值被输入到系数部B2(245-5)，将系数部B0(245-3)、系数部B1(245-4)和系数部B2(245-5)的各输出值通过加法部245-7和加法部245-6进行相加作为插补电角度θsf而输出。
根据式48～51，如表5那样表示计算插补电角度1～4(θsf1～4)时的係数B0、B1。
[表5]
B0 B1
插补电角度1(θsf1) 1.2 -0.2
插补电角度2(θsf2) 1.4 -0.4
插补电角度3(θsf3) 1.6 -0.6
插补电角度4(θsf4) 1.8 -0.8
与SOH运算相比，FOH运算的运算处理量少，控制单元30执行时的处理负荷也小。
如图81所示，电角度插补部240E内的运算处理部241具备：SOH运算部241-1，其输入电动机角度θe来进行SOH运算；FOH运算部241D-1，其输入电动机角度θe来进行FOH运算；插补运算切换部241-3，其根据插补运算切换标志HF，对SOH运算部241-1的输出θss和FOH运算部241D-1的输出θsf进行切换并输出；翻转处理部241-2，其对从插补运算切换部241-3输出的电动机角度θe1进行翻转处理(波形处理)。将通过翻转处理部241-2进行翻转处理后的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a。
插补运算切换部241-3在插补运算切换标志HF为H的情况下，将FOH运算部241D-1的输出θsf作为θs1而输出。插补运算切换部241-3在插补运算切换标志HF为L的情况下，将SOH运算部241-1的出力θss作为θs1而输出。
如图81所示，带偏移的运算处理部242具备：加法部242-2，其输入电动机角度θe，并基于从固定部242-1输入的系数180°进行偏移处理；翻转处理部242-3，其对从加法部242-2输入的电动机角度θe3进行翻转处理(波形处理)；SOH运算部242-4，其对从翻转处理部242-3输入的电动机角度θe4进行修正；FOH运算部242D-4，其对电动机角度θe4进行修正；插补运算切换部242-8，其根据插补运算切换标志HF切换输出SOH运算部242-4的输出θss与FOH运算部242D-44的输出θsf；减法部242-6，其从插补运算切换部242-8输入电动机角度θe5，并基于从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理；翻转处理部242-7，其对从减法部242-6输入的电动机角度θe6进行翻转处理(波形处理)。将通过翻转处理部242-7进行翻转处理后的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。
插补运算切换部242-8在插补运算切换标志HF为H的情况下，将FOH运算部242D-4的输出θsf作为θs5而输出。插补运算切换部242-8在插补运算切换标志HF为L的情况下，将SOH运算部242-4的出力θss作为θs5而输出。
将来自运算处理部241E的翻转处理部241-2的电动机角度θe2输入到切换部244的接点a，将来自带偏移的运算处理部242E的翻转处理部242-7的电动机角度θe7输入到切换部244的接点b。然后，根据来自电动机角度切换判定部243的切换标志(电角度切换标志)SF(“H”、“L”)对切换部244的接点a和b进行切换，从切换部244输出插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
电动机角度(电角度)θe在从当前的电动机角度转移到下一个电动机角度时，在超过360°的情况下返回到0°。此时产生过渡性的角度变动，因此当使用当前的电动机角度进行SOH运算时，有时不会成为正确的插补运算结果。为了避免该问题，电角度插补部240E根据输入电角度的电动机角度θe来对运算输出(插补占空比运算用电动机角度θs)进行切换。
在电动机角度θe为90°＜θe≤270°的范围内，电动机角度θe中没有过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240E针对输入的电动机角度θe进行SOH运算。
另一方面，在电动机角度θe为0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°的范围内，电动机角度θe中存在过渡性的角度变动。因此，电角度插补部240E对电动机角度θe进行180°偏移处理，使其成为连续的角度信号后进行SOH运算，针对SOH运算后的插补运算结果进行180°偏移返回处理。
电动机角度切换判定部243根据输入电动机角度θe生成切换标志SF(90°＜θe≤270°时“H”，0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时“L”)。
切换部244根据切换标志SF选择并输出SOH运算后的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs。
即，在90°＜θe≤270°时，如式52那样控制切换部244，输出电动机角度θe2来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式52】
SF＝H(90°＜θe≤270°)…(式52)
此外，在0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°时，如式53那样控制切换部244，输出电动机角度θe7来作为插补占空比运算用电动机角度θs。
【数学式53】
SF＝L(0°≤θe≤90°或270°＜θe≤360°)…(式53)
第二切换部246根据插补切换标志EF选择并输出最终的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θc。第二切换部246在插补切换标志EF为H的情况下，输出电动机角度(电角度)θe来作为θc。第二切换部246在插补切换标志EF为L的情况下，输出插补占空比运算用电动机角度θs来作为θc。
图88是插补运算切换判定部247的功能结构图。
插补运算切换判定部247具有计算所输入的电动机转速N的绝对值的绝对值计算部247-1、插补运算判定部247-3、插补判定部247-4。
插补运算判定部247-3根据绝对值计算部247-1输出的电动机转速，输出插补运算切换标志HF。插补运算判定部247-3例如在判断为(1)电动机转速N变高(电动机转速N为第一转速以上)，SOH运算所需要的处理超过了控制单元30的性能限界的情况下，(2)使用在上次以及上上次的SOH运算中所使用的电动机角度θe的SOH运算的结果中包含较多的噪声的情况下等，判断为进行SOH运算是不恰当的情况下，将插补运算切换标志HF切换为“H”。在除此以外的情况下，插补运算判定部247-3将插补运算切换标志HF切换为“L”。
在电动机电角度θe从360[deg]切换为0[deg]时，电动机电角度θe中产生过渡性的角度变动，因此电角度插补部240E通过切换部244的输出切换功能，选择并输出不包含过渡性的角度变动的影响的插补电角度θs。然而，当电动机转速N变高时(例如每控制周期Tc变动的角度为45[deg]以上)，电动机角度切换判定部243等所需要的运算处理超过控制单元30的性能限界，有时电动机角度切换判定部243无法准确地判定90°＜θe≤270°的条件。因此，当转速变高时，电角度插补部240E难以输出不包含过渡性的角度变动的影响的插补电角度θs。在该情况下，插补运算判定部247-3将插补运算切换标志HF切换为“H”，将SOH运算切换为FOH运算。通过切换为FOH运算，降低控制单元30的运算处理负荷，使电动机角度切换判定部243的判定正常化。
此外，SOH运算使用运算时的电动机角度θe和在上次以及上上次的SOH运算中所使用的电动机角度θe。因此，在SOH运算中使用的三种电动机角度θe全部需要不包含过渡性的角度变动的影响。当电动机转速N变高时，三种电动机角度θe中的某个电动机角度包含过渡性的角度变动的影响的概率变高，电角度插补部240E难以输出不包含过渡性的角度变动的影响的插补电角度θs。在该情况下，插补运算判定部247-3将插补运算切换标志HF切换为“H”，将SOH运算切换为FOH运算。FOH运算使用运算时的电动机角度θe和在上次的SOH运算中所使用的电动机角度θe。因此，在FOH运算中使用的仅两种的电动机角度θe不包含过渡性的角度变动的影响即可。通过切换为FOH运算，运算中使用的电动机角度θe中的某个电动机角度包含过渡性的角度变动的影响的概率变低，输出不包含过渡性的角度变动的影响的插补电角度θs的概率变高。
此外，在低速/中速旋转时，电角度判定标志SF的“H”和“L”的比率为1:1，但是当电动机转速N变高时角度变动大，因此有时电角度判定标志SF的“H”和“L”的比率为5:3或3:5。在该情况下，根据电角度判定标志SF进行动作的切换部244有时选择并输出包含过渡性的角度变动的影响的插补电角度θs。在该情况下，插补运算判定部247-3将插补运算切换标志HF切换为“H”，将SOH运算切换为FOH运算。通过切换为FOH运算，如上所述，运算中使用的电动机角度θe中的某个电动机角度包含过渡性的角度变动的影响的概率变低。因此，即使在电角度判定标志SF的“H”和“L”的比率进行了变动的情况下，输出不包含过渡性的角度变动的影响的插补电角度θs的概率也会变高。
此外，根据电动机100的种类，在高速转速区域(例如5000[rpm]以上)存在角度传感器的噪声变大的情况、角度的线性误差变大的情况。在这些情况下，与FOH运算相比，SOH运算的结果中包含噪声的可能性变高。在该情况下，插补运算判定部247-3将插补运算切换标志HF切换为“H”，将SOH运算切换为FOH运算。FOH运算使用运算时的电动机角度θe和在上次的SOH运算中使用的电动机角度θe。因此，在FOH运算中使用的仅两种的电动机角度θe不包含过渡性的角度变动的影响即可。通过切换为FOH运算，能够降低运算结果中包含噪声的概率。
并且，在由于电动机控制装置400E的问题而电动机角度θe的采样不及时的情况下，插补运算判定部247-3将插补运算切换标志HF切换为“H”，将SOH运算切换为FOH运算。通过切换为FOH运算，降低控制单元30的运算处理负荷，能够切实地执行电动机角度θe的采样。
插补判定部247-4根据绝对值计算部247-1输出的电动机转速，输出插补切换标志EF。插补判定部247-4在无法明确地执行SOH运算和FOH运算的高转速区域(例如9000[rpm]以上)(电动机转速N为第二转速以上的情况下)，将插补切换标志EF切换为H。在无法明确地执行SOH运算和FOH运算的高转速区域，无法准确地进行运算的可能性高，因此电角度插补部240E不输出插补运算结果。
此外，在由于电动机控制装置400E的问题而对控制单元30施加了正常以上的处理负荷，执行SOH运算和FOH运算的处理资源不足的情况下等，插补判定部247-4也将插补切换标志EF切换为H。
图89和图90是插补运算判定部247-3和插补判定部247-4的标志(HF和EF)生成的图表。插补运算判定部247-3和插补判定部247-4使用滞后阈值Hi和滞后阈值Lo生成H和L这2值的标志(HF和EF)。滞后阈值Hi和滞后阈值Lo例如分别具有200[rpm]左右的滞后幅度，防止标志(HF和EF)在阈值边界急剧变动。
图91是电角度插补部240E的控制流程图。
向电角度插补部240E输入电动机角度(电角度)θe(步骤S401)。
运算处理部241的SOH运算部241-1根据插补运算切换标志HF进行SOH运算或FOH运算(步骤S410)。电动机角度θe在下次的SOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的SOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
翻转处理部241-2对进行SOH运算后的电动机角度θe1进行翻转处理来输出电动机角度θe2(步骤S411)。
带偏移的运算处理部242的加法部242-2使用从固定部242-1输入的系数180°，对电动机角度(电角度)θe进行偏移处理(步骤S420)。
翻转处理部242-3对进行偏移处理后的电动机角度θe3进行翻转处理来输出电动机角度θe4(步骤S4421)。
SOH运算部242-4对输入的电动机角度θe4根据插补运算切换标志HF进行SOH运算或FOH运算(步骤S422)。电动机角度θe在下次的SOH运算中作为上次值而使用，因此被输入到保持单元245-1。此外，已输入到保持单元245-1的上次值在下次的SOH运算中作为上上次值而使用，因此被输入到保持单元245-2。
将进行SOH运算后的电动机角度θe5输入到减法部242-6，通过从固定部242-5输入的系数180°进行偏移返回处理(步骤S423)。
通过翻转处理部242-7对进行偏移返回处理后的电动机角度θe6进行翻转处理来输出电动机角度θe7(步骤S424)。
在步骤S411和步骤S424的处理完成后，电动机角度切换判定部243判定电动机角度θe大于90°且为270°以下的情况(步骤S402)。
在符合该条件的情况下(“是”的情况)，电动机角度切换判定部243将切换标志SF切换为“H”。
在不符合上述条件的情况下(“否”的情况下)，电动机角度θe为0°以上且90°以下或者大于270°且为360°以下，电动机角度切换判定部243将切换标志SF切换为“L”。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“H”的情况下，切换部244选择θe2，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S403)。
在从电动机角度切换判定部243输入的切换标志SF为“L”的情况下，切换部244选择θe7，作为插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs而输出(步骤S404)。
第二切换部246判定插补切换标志EF为H的情况(步骤S405)。
在符合该条件的情况下(“是”的情况下)，第二切换部246输出电动机角度(电角度)θe来作为θc(步骤S406)。
在不符合上述条件的情况下(“否”的情况下)，第二切换部246输出插补占空比运算用电动机角度θs来作为θc(步骤S407)。
电角度插补部240E使用与SOH运算推定的插补电角度1～4(θss1～4)对应的系数B0、B1、B2(参照表1)以及与FOH运算推定的插补电角度1～4(θsf1～4)对应的系数B0、B1(参照表2)来进行插补运算，分别计算插补电角度1～4(θs1～4)。电角度插补部240E根据插补切换标志EF选择电动机角度(电角度)θe或插补电角度1～4(θs1～4)，并作为插补电角度1～4(θc1～4)而输出。
图92表示电角度插补部240E的各部波形，横轴是时间[sec]，纵轴是通过MPU等进行处理的内部值，为64[dec]/1[deg]。另外，23040[dec]＝360[deg]。
图92的(A)是从运算处理部241E输出的电动机角度θe2的波形例，图92的(B)是从带偏移的运算处理部242E输出的电动机角度θe7的波形例。此外，图92的(C)表示切换标志SF的“H”、“L”的切换定时，图92的(D)表示从切换部244输出的插补占空比运算用电动机角度(插补电角度)θs的波形例。
当电动机转速N变高时(例如每控制周期Tc变动的角度为45[deg]以上)，电动机角度切换判定部243等所需要的运算处理超过控制单元30的性能限界，如图92的(C)的圆标记所示那样，有时电动机角度切换判定部243无法准确地判定90°＜θe≤270°的条件。
在该情况下，如图92的(D)所示那样，插补电角度θs包含过渡性的角度变动的影响的可能性变高。在该情况下，插补运算判定部247-3将插补运算切换标志HF切换为“H”，将SOH运算切换为FOH运算。通过切换为FOH运算，降低控制单元30的运算处理负荷，使电动机角度切换判定部243的判定正常化。结果，输出不包含过渡性的角度变动的影响的插补电角度θs的概率变高。
[空间向量调制部250]
图93是空间向量调制部250的功能结构图。
空间向量调制部(变换部)250从电压的维度变换为占空比的维度后进行空间向量变换运算(变换工序)。空间向量调制部250具有如下功能即可：将dq轴空间的正规运算用占空比指令值D1m(m＝d，q)(Duty_d，Duty_q)变换为三相占空比指令值(Duty_ua，Duty_va，Duty_wa)来叠加三次谐波，输出三相的占空比指令值Duty_u、Duty_v、Duty_w，例如可以使用本申请人在日本特开2017-70066号公报或国际公开第2017/098840号等中提出的空间向量调制方法。
空间向量调制部250具有使用电动机角度(电角度)θe进行上述的空间向量变换运算的空间向量调制部250-0和分别使用插补电角度1～4(θs1～4)进行空间向量变换运算的空间向量调制部250-1、250-2、250-3、250-4。
空间向量调制部250-0使用电动机角度(电角度)θe进行空间向量变换运算，输出三相的占空比指令值Duty_u、Duty_v、Duty_w。
空间向量调制部250-1使用插补电角度1(θc1)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m1、Duty_v_m1、Duty_w_m1。
空间向量调制部250-2使用插补电角度2(θc2)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m2、Duty_v_m2、Duty_w_m2。
空间向量调制部250-3使用插补电角度3(θc3)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m3、Duty_v_m3、Duty_w_m3。
空间向量调制部250-4使用插补电角度4(θc4)进行空间向量变换运算，输出三相的插补占空比指令值Duty_u_m4、Duty_v_m4、Duty_w_m4。
[最终占空比运算部200]
图94是最终占空比运算部200的功能结构图。
最终占空比运算部200将来自空间向量调制部250的正规占空比指令值Duty_n(n＝u，v，w)输入到加法部221。将通过加法部221相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器222。从限制器222输出最终正规占空比指令值Dn(n＝u，v，w)。
将来自空间向量调制部250的插补占空比指令值Duty_n_m1输入到加法部231，将通过加法部231相加了占空比50％的偏移后的占空比值输入到在0～100％的范围(可变)限制占空比输出的限制器232。从限制器232输出最终插补占空比指令值Dnm1(n＝u，v，w)。
来自空间向量调制部250的插补占空比指令值Duty_n_m2、Duty_n_m3、Duty_n_m4进行与插补占空比指令值Duty_n_m1同样的处理，从限制器232输出最终插补占空比指令值Dnm2、Dnm3、Dnm4(n＝u，v，w)。
一般，EPS从电池(DC+12V)供给电动机施加电压，因此无法供给负(﹣)方向的施加电压。如此无法供给负方向的相电压指令值，因此无法在负方向上流过相电流。为了应对该问题，三相均偏移占空比值50％(+6V)而设为基准电压，由此即使三相不是0V在三相占空比值50％时相电流也会成为0A(电动机施加电压+12V时)。例如，在U相占空比值50％(+6V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值50％(+6V)的情况下，成为U相0A、V相0A、W相0A，在设为U相占空比值60％(+7.2V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值40％(+4.8V)的情况下，在U相中在正(+)方向上流过电流，在设为U相占空比值40％(+4.8V)、V相占空比值50％(+6V)、W相占空比值60％(+7.2V)的情况下，在U相中在负方向上流过电流。通过使三相均偏移为占空比值50％来设为基准电压，由此能够在施加电压为正的状态下，流过负方向的电流。另外，占空比值50％偏移基本固定，但占空比值50％时的基准电压根据所供给的施加电压状态而进行变动。例如，在施加电压11V时，占空比值50％成为5.5V，在施加电压13V时，占空比值50％成为6.5V。
[占空比输出设定部160A-1]
图95是占空比输出设定部160A-1的功能结构图。
如图95所示，占空比输出设定部(输出设定部)160A-1与将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的间隔(分割间隔)相符地，根据从控制周期Tc开始的经过时间T，对要输出的最终的占空比指令值Du_o、Dv_o、Dw_o进行切换输出(输出设定工序)。
根据本实施方式的电动机控制装置400E，能够不受死区补偿的影响地计算噪声少的插补占空比指令值，在比进行PWM运算的周期早的周期(50μs)使PWM控制的控制信号变动。由此，微型计算机的运算处理量的增加轻微，且能够恰当地抑制无刷电动机的振动以及电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
根据本实施方式的电动机控制装置400E，例如在判断为(1)电动机转速N变高，SOH运算所需要的处理超过了控制单元30的性能限界的情况下，(2)使用在上次以及上上次的SOH运算中所使用的电动机角度θe的SOH运算的结果中包含较多的噪声的情况下等，判断为进行SOH运算是不恰当的情况下，将SOH运算切换为FOH运算。结果，输出不包含过渡性的角度变动的影响的插补电角度θs的概率变高。
根据本实施方式的电动机控制装置400E，例如在无法明确地实施SOH运算和FOH运算的高转速区域(例如9000[rpm]以上)等，无法明确地实施SOH运算和FOH运算的情况下，不使用插补运算结果。结果，电动机控制装置400E能够更安全地进行电动机100的控制。
以上参照附图详细说明了本发明的第五实施方式，但具体的结构并不局限于该实施方式，还包含不脱离本发明的宗旨的范围内的设计变更等。此外，也可以适当组合在上述的实施方式以及变形例中示出的构成要素来构成。
(变形例14)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400E通过使用了空间向量驱动的向量控制方式来控制电动机100，但电动机控制装置的控制对象电动机并不限定于此。本发明的电动机控制装置的控制对象电动机例如也可以是正弦波控制方式的无刷电动机。本发明的电动机控制装置不以占空比指令值为直接的插补对象，而是以电动机角度(电角度)θe为插补对象。电动机角度θe如果线性高则噪声较少，除了从360°切换为0°的角度变化以外没有过渡性的变化，因此在通过SOH运算进行的插补电角度的计算和插补占空比指令值的计算中能够确保高的精度。
(变形例15)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400E搭载在电动动力转向装置300中，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置适合搭载在要求高扭矩且要求低噪声的电动机驱动装置中。例如，通过将本发明的电动机控制装置搭载在对佩戴者步行时的肌肉力量进行辅助的步行辅助装置、在室内进行动作的清扫装置等中，能够恰当地抑制电动机的振动和电动机引起的噪声，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(变形例16)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400E以将控制周期Tc分割为1/5后的50μs的等间隔(分割间隔)推定了电动机角度(插补电角度)θs，但电动机控制装置的方式并不限于此。在本发明的电动机控制装置中，可以将控制周期Tc以任意的分割数进行分割，此外，也可以按不等间隔进行分割。
(变形例17)
例如，上述实施方式的电动机控制装置400E的控制周期Tc为250μs(频率4KHz)，但电动机控制装置的方式并不限于此。本发明的电动机控制装置在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，能够恰当地降低可听频率范围的电动机引起的声音。由于电动机控制装置所搭载的CPU等的性能提高，或控制对象电动机的极数增加，预测控制周期比250μs短。在控制周期Tc为100μs以上且250μs以下时，与上述实施方式同样地产生如下问题：产生可听频率范围的电动机引起的声音，但根据本发明的电动机控制装置，能够恰当地抑制无刷电动机的振动和电动机引起的声音，能够降低可听频率范围的电动机引起的声音。
(现有技术)
作为参考信息，对以下的现有技术进行叙述。
图96是一般的电动机控制装置的功能结构图。来自扭矩传感器10的转向扭矩Th以及来自车速传感器12的车速Vs被输入到转向辅助指令值运算部31。转向辅助指令值运算部31根据转向扭矩Th和车速Vs使用辅助图等来运算转向辅助指令值Iref1。通过加法部32A，将运算出的转向辅助指令值Iref1与用于改善特性的来自补偿部34的补偿信号CM进行相加。相加后的转向辅助指令值Iref2通过电流限制部33限制最大值。限制了最大值的电流指令值Irefm被输入到减法部32B，与电动机电流检测值Im进行减法运算。
通过PI(比例积分)控制部35，对减法部32B中的作为减法结果的偏差ΔI(＝Irefm-Im)实施PI等电流控制。将进行电流控制后的电压控制指令值Vref与调制信号(三角波载波)CF一起输入到PWM控制部36，运算占空比指令值。根据占空比指令值计算出的PWM信号经由逆变器37对电动机20进行PWM驱动。电动机20的电动机电流值Im通过电动机电流检测器38检测出，输入到减法部32B进行反馈。
补偿部34通过加法部344将检测或推定出的自位扭矩(Self-aligning torque，SAT)与惯性补偿值342进行相加，并通过加法部345将该加法结果与收敛性控制值341进行相加，将该加法结果作为补偿信号CM输入到加法部32A，实施特性改善。
图97表示通过向量控制方式对三相无刷电动机100进行驱动控制时的功能结构图。根据转向扭矩Th、车速Vs等运算通过转向辅助指令值运算部(未图示)运算出的2轴(dq轴坐标系)的转向辅助指令值，限制了最大值的2轴的d轴电流指令值id＊以及q轴电流指令值iq＊分别被输入到减法部131d以及131q。通过减法部131d以及131q求出的电流偏差Δid＊以及Δiq＊分别被输入到PI控制部120d以及120q。通过PI控制部120d以及120q进行了PI控制后的电压指令值vd以及vq分别被输入到减法部141d以及加法部1421q，通过减法部141d以及加法部141q求出的指令电压Δvd以及Δvq被输入到dq轴/三相交流变换部150。
图98是PWM控制部163以及逆变器161的功能结构图。
通过dq轴/三相交流变换部150变换为三相的电压控制指令值Vref_u、Vref_v、Vref_w被输入到PWM控制部163，通过基于运算出的三相的占空比指令值的PWM信号，经由图98所示那样的由上下臂的桥结构构成的逆变器(逆变器施加电压VR)161驱动电动机100。上侧臂由作为开关元件的FET Q1、Q2、Q3构成，下侧臂由FET Q4、Q5、Q6构成。此外，FET Q1和Q4是U相的驱动，FET Q2和Q5是V相的驱动，FET Q3和Q6是W相的驱动。
通过电流检测器162检测出电动机100的三相电动机电流iu、iv、iw。检测出的三相电动机电流iu、iv、iw被输入到三相交流/dq轴变换部130。通过三相交流/dq轴变换部130变换后的2相的反馈电流id以及iq分别被减法输入到减法部131d以及131q，并且被输入到dq轴非干渉控制部140。
此外，在电动机100上安装有旋转传感器等，从处理传感器信号的角度检测部110输出电动机角度θ和电动机转速ω。电动机角度θ被输入到dq轴/三相交流換部150和三相交流/dq轴变换部130，电动机转速ω被输入到dq轴非干渉控制部140。来自dq轴非干渉控制部140的两相的电压vnid和vniq分别被输入到减法部121d和加法部121q，通过减法部121d求出的电压指令值Δvd和通过加法部121q求出的电压指令值Δvq被输入到dq轴/三相交流变换部150。
PWM控制部163和逆变器161为图98所示那样的结构，PWM控制部163由占空比运算部160A和栅极驱动部160B构成，其中，占空比运算部160A将电压控制指令值Vref_u、Vref_v、Vref_w分别按照预定式计算为三相量的PWM-占空比值D1～D6，栅极驱动部160B通过PWM-占空比值D1～D6驱动作为驱动元件的FET Q1～Q6的栅极，并且进行死区补偿而进行接通/断开。占空比运算部160A例如从振荡部160C被输入三角波的调制信号(载波)CF，占空比运算部160A与调制信号CF同步地运算出PWM-占空比值D1～D6。如上所述，逆变器161由FET的三相桥构成，通过PWM-占空比值D1～D6进行接通/断开来驱动电动机100，在逆变器161与电动机100之间插入有电动机开关101，该电动机开关101用于在辅助控制停止时等切断电流的供给。
这样的向量控制方式的电动动力转向装置是辅助驾驶员的转向的装置，同时将电动机的声音、振动、纹波等经由方向盘传递给驾驶员作为力的感觉。驱动逆变器的动力装置一般使用FET来向电动机进行通电，而在三相电动机的情况下，使用如图98所示那样在各相上下臂的串联连接的FET。上下臂的FET交替地反复进行接通/断开，但FET不是理想开关，不按栅极信号的指令瞬时进行接通/断开，需要接通时间、断开时间。因此，若同时进行向上侧臂FET的接通指令和下侧臂的断开指令，则上侧臂FET和下侧臂FET同时接通，而存在上下臂短路的问题。FET的接通时间和断开时间中存在差，同时向FET输出指令的情况下，向上侧FET输出接通指令而接通时间较短的情况下(例如100ns)，FET立即接通，即使向下侧FET输出断开指令而断开时间较长的情况下(例如400ns)，FET不立即断开，发生瞬间上侧FET接通、下侧FET接通的状态(例如，400ns-100ns期间接通-接通)。
因此，在死区这样的预定时间向栅极驱动部供给接通信号以便上侧臂FET和下侧臂FET不同时接通。该死区为非线性因此电流波形发生畸变，控制的响应性能恶化，产生声音、振动、纹波。柱式电动动力转向装置的情况下，之间连接于通过钢制柱状轴与方向盘连接的齿轮箱的电动机的配置在其结构上成为极接近驾驶员的位置，因此与下游辅助方式的电动动力转向装置相比，需要特别考虑电动机引起的声音、振动纹波等。
图99是基于以往的SOH运算进行的占空比指令值的插补的功能结构图。对于不加算死区补偿值的三相占空比指令值而言，是进行SOH运算计算出插补占空比值的方法。在现有方法中，有过渡变化的死区补偿不是SOH运算对象，但对于占空比指令值直接进行SOH运算。对三次谐波重叠的占空比指令值进行SOH运算时，运算结果所包含的噪声变大，有时产生异音。此外，在dq轴控制中，三相的占空比指令值只有空间向量调制后的占空比指令值，使用空间向量调制后的占空比指令值通过SOH运算来运算出插补占空比值的情况下，包含死区补偿的过渡性的响应、空间向量导致的三次谐波的畸变成分，因此成为噪声较大的插补占空比值。
在图99所示的电动机控制装置中设有三相死区补偿值运算部201A，该三相死区补偿值运算部201A输入电动机转速ω、三相电流指令值Iref_n(n＝u，v，w)、电动机角度(电角度)θe来运算出三相死区补偿值DT_n(n＝u，v，w)。运算出的死区补偿值DT_n被输入到最终占空比运算部200A。
此外，图99所示的电动机控制装置具备：反电动势补偿值运算部202，其输入电动机转速ω以及电动机角度θe来运算三相的反电动势补偿值EMF_na(n＝u，v，w)；三相电流反馈(FB)控制部203A，其输入三相电流指令值Iref_n以及三相电流in(n＝u，v，w)来输出三相电压控制指令值Vref_na(n＝u，v，w)；电压/占空比变换系数运算部204，其根据逆变器施加电压VR运算电压/占空比的变换系数Kc。
通过加法部205对来自反电动势补偿值运算部202的反电动势补偿值EMF_na和来自三相电流反馈控制部203A的电压控制指令值Vref_na进行加法运算。通过加法部20进行反电动势补偿而得的电压控制指令值Vref_nb(n＝u，v，w)与电压/占空比变换的变换系数Kc一起被输入到三相占空比钳位/逆变器施加电压感应运算部210A。
通过三相占空比钳位/逆变器施加电压感应运算部210A乘以电压/占空比変換の变换系数Kc而运算出的三相正规占空比指令值D1n(n＝u，v，w)被输入到最终占空比运算部200A、插补占空比-SOH运算部220以及三次谐波运算部230。通过插补占空比-SOH运算部220运算出的插补占空比指令值D2n被输入到最终占空比运算部200A以及三次谐波运算部230，通过三次谐波运算部230运算出的三次谐波补偿值(正规用)以及三次谐波补偿值(插补用)被输入到最终占空比运算部200A。
最终占空比运算部200A输入来自dq轴死区补偿值运算部201的三相死区补偿值DT_n、来自三相占空比钳位/逆变器施加电压感应运算部210的三相正规占空比指令值D1n、来自插补占空比-SOH运算部220的插补占空比指令值D2n、来自三次谐波运算部230的三次谐波补偿值(正规用)以及三次谐波补偿值(插补用)，而输出运算出的最终正规占空比值Du、Dv、Dw以及最终插补占空比值Dum、Dvm、Dwm。
图100是最终占空比运算部200A的功能结构图。
在最终占空比运算部200A中，通过加法部201A对死区补偿值DT_n、正规占空比指令值D1n以及三次谐波补偿值(正规用)进行加法运算，通过加法部211A对死区补偿值DT_n、插补占空比指令值D2n以及三次谐波补偿值(插补用)进行加法运算。加法部201A以及211A中的加算结果分别被输入到加法部202A以及212A，通过加法部202A以及212A分别加上占空比50％偏移而得的占空比值分别被输入到在0～100％的范围(可变)内限制占空比输出的限幅器203A以及213A。从限幅器203输出最终正规占空比值Dn，从限幅器213A输出最终插补占空比值Dnf。
从最终占空比运算部200A输出的最终正规占空比值Dn以及最终插补占空比值Dnf被输入到PWM控制部163内。最终正规占空比值Dn以及最终插补占空比值Dnf在运算结束后到下个控制周期的运算结束为止保持值。
在此，对空间向量调制进行说明。在上述的实施方式中，为了削减运算次数，从电压的维度变换为占空比的维度后进行空间向量变换运算。如图10所示，空间向量调制部250具有将来自dq轴占空比钳位/逆变器施加电压感应运算部210的dq轴空间的正规运算用的占空比指令值D1m(Duty_d，Duty_q)变换为三相占空比指令值(Duty_ua，Duty_va，Duty_wa)，使三相占空比指令值(Duty_ua，Duty_va，Duty_wa)与三次谐波重叠而输出正规占空比指令值Duty_n(Duty_u，Duty_v，Duty_w)的功能即可，例如也可以使用本申请人在日本特开2017-70066号公报、国际公开第2017/098840号等中提出的空间向量调制方法。
即，通过容易理解空间向量调制的电压式进行说明时，向量调制具有如下功能：根据dq轴空间的电压指令值Vd＊＊及びVq＊＊、电动机角度θe以及区段编号n(#1～#6)，进行以下所示那样的坐标变换，将对桥结构的逆变器的FET(上侧臂Q1、Q3、Q5、下侧臂Q2、Q4、Q6)进行接通/断开控制的、与区段#1～#6对应的开关模式S1～S6供给至电动机，由此控制电动机的旋转。
图101是表示用于坐标变换的坐标轴以及电动机角度θe的关系的图表。
对于坐标变换，在空间向量调制中，根据式54将电压指令值Vd＊＊以及Vq＊＊坐标变换为α-β坐标系中的电压向量Vα以及Vβ。
【数学式54】
另外，将逆变器施加电压设为VR，通过式55或式56来表示占空比指令值Duty_d、Duty_q与电压指令值Vd＊＊、Vq＊＊的关系。
【数学式55】
Vd **＝VR×Duty_d/Duty100％
Vq **＝VR×Duty_q/Duty100％
…(式55)
【数学式56】
Duty_d＝Vd **/VR×Duty100％(VR感应的式子)
Duty_q＝Vq **/VR×Duty100％(VR感应的式子)
…(式56)
在d-q坐标系的目标电压向量与α-β坐标系的目标电压向量之间存在式57那样的关系，保存目标电压向量V的绝对值。
【数学式57】
在空间向量控制下的开关模式中，与FET(Q1～Q6)的开关模式S1～S6对应地，通过图102的空间向量图所示的8种离散性的基准电压向量V0～V7(每π/3[rad]相位不同的非零电压向量V1～V6和零电压向量V0、V7)定义逆变器的输出电压。然后，控制这些基准输出电压向量V0～V7的选择及其发生时间。此外，使用由相邻的基准输出电压向量夹持的6个区域，能够将空间向量分给为6个区段#1～#6，目标电压向量V属于区段#1～#6中的某一个，分配区段编号。Vα以及Vβ的合成向量即目标电压向量V是否存在于在α-β空间内分割为正6角形的图102所示那样的区段中的某一个内，可以根据目标电压向量V的α-β坐标系中的旋转角γ求出。此外，通过γ＝θe+δ决定旋转角γ作为从电动机角度θe与d-q坐标系中的电压指令值Vd＊＊、Vq＊＊的关系获得的位相δ的和。
图103表示为了通过空间向量控制下的逆变器の开关模式S1、S3、S5的苏子控制从逆变器输出目标电压向量V，而决定针对FET的接通/断开信号S1～S6(开关模式)中的开关脉冲宽度机器定时的时序图。空间向量调制中，在每个规定的采样期间Ts，在采样期间Ts内进行运算等，在下个采样期间Ts将该运算结果变换为开关模式S1～S6中的各开关脉冲宽度机器定时并输出。
空间向量调制生成与根据目标电压向量V求出的区段编号对应的开关模式S1～S6。图103中示出了区段编号为#1(n＝1)时的逆变器的FET的开关模式S1～S6的一例。信号S1、S3、S5表示与上侧臂对应的FETQ1、Q3、Q5的栅极信号。横轴表示时间，Ts与开关周期对应，是分割为8个期间、由T0/4、T1/2、T2/2、T0/4、T0/4、T2/2、T1/2和T0/4的期间。此外，期间T1和T2是依存于区段编号n以及旋转角γ的时间。
工业上的应用
本发明能够应用于搭载有电动动力转向装置等的电动机控制装置。
符号说明
300 电动动力转向装置
400 电动机控制装置
2 柱状轴
3 减速齿轮
10 扭矩传感器
12 车速传感器
14 舵角传感器
30 控制单元(ECU)
31 电流指令值运算部
39 电动机控制部
100 电动机
160 PWM控制部
160A-1 占空比输出设定部(输出设定部)
160A-2 PWM部
160B 栅极驱动部
161 逆变器
162 电流检测器
200 最终占空比运算部
201 dq轴死区补偿值运算部
203 dq轴电流反馈控制部
204 变换系数运算部
210 dq轴占空比钳位/VR感应运算部
220 电压指令值运算部
240 电角度插补部
243 电动机角度切换判定部
244 切换部
250 空间向量调制部(变换部)。

Claims (16)

1.一种电动机控制装置，其根据电流指令值进行用于驱动三相无刷电动机的逆变器的PWM控制，其特征在于，具备：
电压指令值运算部，其使用在每个控制周期从上述三相无刷电动机取得的电动机电角度和电动机转速、上述电流指令值来计算电压指令值；
电角度插补部，其按照将上述控制周期进行分割后的分割间隔，根据上述电动机电角度推定插补电角度；
变换部，其根据上述电压指令值和上述电动机电角度计算三相的占空比指令值，并根据上述电压指令值和上述插补电角度计算三相的插补占空比指令值；以及
输出设定部，其与上述分割间隔相符地切换并输出上述三相的占空比指令值和上述三相的插补占空比指令值。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述电角度插补部使用二次函数插补运算和一次函数插补运算中的某一个来推定上述插补电角度。
3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述电角度插补部在上述电动机转速低于预定的第一转速的情况下，使用二次函数插补运算来推定上述插补电角度，在上述电动机转速为上述第一转速以上的情况下，将二次函数插补运算切换为一次函数插补运算。
4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述电角度插补部在上述电动机转速高于预定的第二转速的情况下，输出上述电动机电角度来作为上述插补电角度，
上述预定的第二转速高于上述第一转速。
5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
上述控制周期为100μs以上且250μs以下。
6.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
通过向量驱动方式来控制上述三相无刷电动机，
上述变换部进行空间向量调制。
7.一种三相无刷电动机的电动机控制方法，其根据电流指令值对逆变器进行PWM控制，其特征在于，
上述电动机控制方法包含：
电压指令值运算步骤，使用在每个控制周期从上述三相无刷电动机取得的电动机电角度和电动机转速、上述电流指令值来计算电压指令值；
电角度插补步骤，按照将上述控制周期进行分割后的分割间隔，根据上述电动机电角度推定插补电角度；
变换步骤，根据上述电压指令值和上述电动机电角度计算三相的占空比指令值，并根据上述电压指令值和上述插补电角度计算三相的插补占空比指令值；以及
输出设定步骤，与上述分割间隔相符地切换并输出上述三相的占空比指令值和上述三相的插补占空比指令值。
8.根据权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于，
在上述电角度插补步骤中，切换二次函数插补运算和一次函数插补运算来推定上述插补电角度。
9.根据权利要求8所述的电动机控制方法，其特征在于，
在上述电角度插补步骤中，在上述电动机转速低于预定的第一转速的情况下，使用二次函数插补运算来推定上述插补电角度，在上述电动机转速为上述第一转速以上时，将二次函数插补运算切换为一次函数插补运算。
10.根据权利要求9所述的电动机控制方法，其特征在于，
在上述电角度插补步骤中，在上述电动机转速高于预定的第二转速的情况下，输出上述电动机电角度来作为上述插补电角度，
上述预定的第二转速高于上述第一转速。
11.一种向量控制方式的电动动力转向装置，其具备至少将根据转向扭矩运算出的dq轴电流指令值变换为三相占空比指令值，根据上述三相占空比指令值，通过逆变器的PWM控制对三相无刷电动机进行驱动控制，并且对上述逆变器的死区进行补偿的功能，并且上述电动动力转向装置向车辆的转向机构赋予辅助扭矩，
其特征在于，
上述电动动力转向装置具备：
第一空间向量调制部，其根据上述电动机角度将dq轴占空比指令值变换为三相来叠加三次谐波，输出三相的正规占空比指令值，其中，上述dq轴占空比指令值是根据上述dq轴电流指令值、电动机角度以及电动机转速计算出的指令值；
电角度插补部，其根据上述电动机角度进行插补运算来输出插补占空比运算用电动机角度；
第二空间向量调制部，其根据上述插补占空比运算用电动机角度将上述dq轴占空比指令值变换为三相来叠加三次谐波，输出三相的插补占空比指令值；
最终占空比运算部，其根据上述正规占空比指令值和上述插补占空比指令值输出最终正规占空比值和最终插补占空比值。
12.根据权利要求11所述的电动动力转向装置，其特征在于，
上述电角度插补部具有：
电动机角度切换判定部，其判定上述电动机角度是否属于预定范围来输出切换标志；
运算处理部，其对上述电动机角度进行插补运算；
带偏移的运算处理部，其对以预定角度实施了偏移处理的上述电动机角度进行插补运算，针对实施上述插补运算的上述预定角度实施偏移返回处理；以及
切换部，其输入来自上述运算处理部的第一插补用电动机角度以及来自上述带偏移的运算处理部的第二插补用电动机角度，根据上述切换标志进行切换来输出上述插补占空比运算用电动机角度。
13.根据权利要求11所述的电动动力转向装置，其特征在于，
上述插补运算是二次函数插补运算或一次函数插补运算。
14.根据权利要求12所述的电动动力转向装置，其特征在于，
上述运算处理部具备第一翻转处理部，
上述带偏移的运算处理部在上述偏移处理后具备第二翻转处理部，在上述偏移返回处理后具备第三翻转处理部。
15.根据权利要求12所述的电动动力转向装置，其特征在于，
上述预定范围是90°以上且270°以下的范围。
16.根据权利要求12所述的电动动力转向装置，其特征在于，
上述预定角度为180°。
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