CN112567623A - 马达控制装置以及配备有马达控制装置的电动制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种即便在有干扰转矩或者延迟时间的变动的情况下也能高精度地推断延迟、抑制延迟的影响的马达控制装置。为此，本发明的马达控制装置具备马达(MTR)、控制马达(MTR)的旋转的ECU2、以及根据指令值向ECU2发送转矩指令的ECU1。ECU1具备干扰推断块(100)和延迟推断块(200)。干扰推断块(100)使用输入至ECU2的转矩指令和马达(MTR)的反馈值来推断干扰转矩(τd)。延迟推断块(200)使用从ECU1输出的转矩指令、马达(MTR)的反馈值以及干扰转矩(τd)来推断延迟。

Description

马达控制装置以及配备有马达控制装置的电动制动装置
技术领域
本发明涉及一种马达控制装置以及配备有马达控制装置的电动制动装置。
背景技术
随着汽车的电动化的发展，电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)的搭载个数在增加。1台汽车中以辅机的形式搭载有发动机控制用、制动控制用等用途的多个ECU，此外，配备有作为统括控制这些多个ECU的主机的EUC。在由多个ECU构成的车辆系统中，在各ECU之间进行信号的通信来进行控制。在这样的车辆系统中，会发生伴随ECU之间的通信的信号的延迟，控制容易变得不稳定，所以业界期望稳定地控制有延迟的系统的技术。在使有延迟的系统变得稳定的控制中，通过使用指令值、反馈值对延迟进行推断来排除延迟的影响、实现稳定的控制。作为这样的技术，例如提出有专利文献1记载的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2005―304155号公报
发明内容
发明要解决的问题
在有延迟的系统中的马达控制中，不仅追求稳定性，还追求尽量做到高响应而使得反馈值与指令值在稳态下一致。以往是像专利文献1记载的那样通过使用指令值、反馈值对延迟进行推断来排除延迟的影响而稳定地进行控制。不过，当发生马达的参数变动或者负载、马达自身的发热(本说明书中将这些称为干扰转矩)时，推断的延迟当中会包含干扰转矩的信息，从而无法高精度地推断延迟。作为考虑干扰的影响的技术，专利文献1的图7中揭示了设置有推断干扰的干扰推断器的技术，但干扰推断是在延迟推断后进行的，因此未能反映出干扰的影响造成的延迟。在发生了延迟时间的变动的情况下，专利文献1无法高精度地推断延迟。在无法高精度地推断延迟的情况下，控制变得不稳定，还会发生响应性的劣化，进而会发生指令值与反馈值在稳态下不一致的现象(本说明书中将其称为稳态偏差)。
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种即便在有干扰转矩或者延迟时间的变动的情况下也能高精度地推断延迟、抑制延迟的影响的马达控制装置以及配备有马达控制装置的电动制动装置。
解决问题的技术手段
为了达成上述目的，本发明的马达控制装置的特征在于，具有马达、控制所述马达的旋转的下位控制装置、以及根据指令值向下位控制装置发送转矩指令的上位控制装置，所述上位控制装置具备干扰推断部和延迟推断部，所述干扰推断部使用输入至所述下位控制装置的转矩指令和所述马达的反馈值来推断干扰，所述延迟推断部使用从所述上位控制装置输出的转矩指令、所述马达的反馈值以及所述干扰推断部推断出的干扰转矩来推断延迟。
发明的效果
根据本发明，可以提供一种即便在有干扰转矩或者延迟时间的变动的情况下也能高精度地推断延迟、抑制延迟的影响的马达控制装置以及配备有马达控制装置的制动装置。
附图说明
图1为示意性地以功能块来表示本发明的第1实施例的马达MTR的功能构成的图。
图2为示意性地以功能块来表示本发明的第1实施例的马达和ECU的功能构成的图。
图3为本发明的第1实施例的控制框图。
图4为本发明的第1实施例的干扰推断块的构成图。
图5为本发明的第1实施例的延迟推断块的构成图。
图6A为表示本实施例中的转矩指令值与马达速度的关系的图。
图6B为表示比较例1中的转矩指令值与马达速度的关系的图。
图6C为表示比较例2中的转矩指令值与马达速度的关系的图。
图7为本发明的第2实施例的干扰推断块的构成图。
图8为本发明的第3实施例的延迟推断块的构成图。
图9为本发明的第4实施例的马达模拟模型的构成图。
图10为本发明的第5实施例的电动制动装置的构成图。
具体实施方式
使用附图，对本发明的实施例进行详细说明，但本发明并不限定于以下实施例，在本发明的技术概念中将各种变形例、应用例也包含在其范围内。
实施例1
下面，根据图1～图5，对本发明的第1实施例进行说明。首先，对本发明的控制对象即马达MTR的构成进行简单说明。图1为示意性地以功能块来表示本发明的第1实施例的马达MTR的功能构成的图。马达MTR由转矩产生部30和旋转运动部40构成。图1中，“s”表示拉普拉斯算子，“T”表示转矩时间常数，“J”表示惯量，“D”表示粘性摩擦系数。从未图示的控制装置将控制指令值即转矩指令(τ*B)输入至控制对象即马达MTR，利用转矩时间常数(T)来产生控制量即马达转矩(τ)。产生的马达转矩(τ)与马达速度(ω)的关系可以使用惯量(J)、粘性摩擦系数(D)而以下面的运动方程(1)来表示。
[式1]
Figure BDA0002839683290000031
再者，在以功能块来表示的情况下，为图1的样子。本实施例展示的是生成图1中输入至马达MTR的转矩指令(τ*B)的情况。
图2为示意性地以功能块来表示本发明的第1实施例的马达和ECU的功能构成的图。如图2所示，马达MTR由身为上位控制装置的ECU1和身为下位控制装置的ECU2加以控制。
所谓身为下位控制装置的ECU2，例如是发动机控制用、制动控制用、安全控制用等用途的辅机形式的多个ECU。在第1实施例中，ECU2是控制马达MTR的旋转的装置。此外，所谓身为上位控制装置的ECU1，是作为统括控制多个ECU的主机的EUC。在第1实施例中，是根据指令值向ECU2发送转矩指令的装置。近年来，汽车上搭载的ECU已有几十个，这多个ECU通过车载LAN加以连接。在本实施例中，ECU1与ECU2之间也是通过车载LAN加以连接，相互进行信号的收发。作为通信方式，例如使用CAN(Controller Area Network)通信协议。
ECU1的信号延迟第一延迟10A的时间程度而发送到ECU2。ECU2的信号延迟第二延迟10B的时间程度而发送到ECU1。再者，第一延迟10A和第二延迟10B也可时时刻刻发生变化。ECU1具备速度控制块20，所述速度控制块20以使后文叙述的马达速度(ωB)跟随从未图示的控制装置发送的速度指令(ω*)的方式生成转矩指令(τ*A)。转矩指令(τ*A)以第一延迟10A的时间送至ECU2而输入至ECU2，在ECU2内被识别为转矩指令(τ*B)。马达MTR根据转矩指令(τ*B)加以驱动。马达MTR的速度即马达速度(ωA)以第二延迟10B的时间送至ECU1，在ECU1内被识别为马达速度(ωB)。马达速度(ωB)是包含第二延迟10B的马达的反馈值。
另外，当存在第一延迟10A或第二延迟10B时，ECU1中识别的马达速度(ωB)与ECU2中识别的马达速度(ωA)之间产生背离。此外，ECU1中生成的转矩指令(τ*A)不会立即反映到马达MTR中，因此，若使马达速度(ωB)跟随速度指令(ω*)，则控制会变得不稳定，马达速度(ωA)、马达速度(ωB)会出现振荡。
进而，在实际的马达MTR中，按照转矩产生部30的转矩时间常数(T)来产生马达转矩(τ)的情况比较少见，能够准确地掌握马达MTR固有的惯量(J)、粘性摩擦系数(D)的情况也较少。此外，通常而言，马达MTR大多会受到某些负载的作用，几乎不存在输入的转矩指令(τ*B)全部贡献给马达速度(ωA)的情况。
在以下所说明的实施例中，将这些参数的偏差、负载等全部视为干扰转矩(τd)，像图1所示那样以加入到马达MTR的转矩(τ)上的形式加以表示。
图3为本发明的第1实施例的控制框图。与图2一样，由ECU1和ECU2控制马达MTR，ECU1与ECU2之间以第一延迟10A和第二延迟10B收发信号。
ECU1具备速度控制块20、作为干扰推断部的干扰推断块100、以及作为延迟推断部的延迟推断块200。再者，图3中是以控制块的形式展示的，而实际上是借助微机之类的设备通过软件加以执行的功能，因此，控制块可以理解为“控制功能”。此外，在图3之后，控制块也可以理解为“控制功能”。
此处，图3所示的干扰推断块100具备根据将输入至马达MTR的转矩指令(τ*B)经由第二延迟10B在ECU1内加以识别得到的转矩指令(τ*C)和马达速度(ωB)来求(推断)干扰转矩(τd)的功能。干扰推断块100使用经由相同延迟即第二延迟10B加以识别的马达速度(ωB)和转矩指令(τ*C)，因此能仅求出(推断)干扰转矩。干扰推断块100输出推断干扰转矩(τ d)。换句话说，干扰推断块100使用ECU1的所输入的转矩指令(τ*C)和马达MTR的反馈值即马达速度(ωB)来推断干扰。
此外，延迟推断块200根据速度控制块20所生成的转矩指令(τ*A)、马达速度(ωB)以及推断干扰转矩(τd)来推断延迟并修正马达速度(ωB)，输出修正后马达速度(ωC)。
在本实施例中，通过将无延迟的转矩指令(τ*A)和有延迟的马达速度(ωB)输入至延迟推断块200，可以推断出延迟。马达速度(ωB)中包含干扰转矩(τd)的信息。因此，在本实施例中，通过将推断干扰转矩(τd)输入至延迟推断块200，从而将干扰转矩(τd)与延迟加以分离来进行推断，即便在产生了干扰转矩(τd)或者延迟量的变动的情况下也会高精度地推断延迟。延迟推断块200推断延迟、修正马达速度(ωB)来计算修正后马达速度(ωC)并送至速度控制块20。此处，修正后马达速度(ωC)是以与马达速度(ωA)一致的方式(或者误差减小的方式)修正马达速度(ωB)得到的。
通过使用修正后马达速度(ωC)，速度控制块20能以马达速度(ωA)或马达速度(ωB)跟随速度指令(ω*)的方式生成转矩指令(τ*A)，一方面响应高且稳定，另一方面还能以不产生稳态偏差的方式进行控制。
接着，参考图4，对本实施例中使用的干扰推断块100进行说明。图4为本发明的第1实施例的干扰推断块的构成图。如图4所示，干扰推断块100由作为反算转矩运算部的反算转矩运算块101、作为推断干扰转矩运算部的推断干扰转矩运算块102以及低通滤波器103等构成。
反算转矩运算块101反算马达MTR的反馈值即马达速度(ωB)来算出反算转矩(τr)。具体而言，反算转矩运算块101对马达速度(ωB)进行微分并乘以马达MTR的惯量(J)来算出反算转矩(τr)。该算出结果与包含干扰转矩(τd)的马达MTR的转矩(τ)实质上等效。继而，将该反算转矩(τr)输入至推断干扰转矩运算块102。
转矩指令(τ*C)区别于反算转矩(τr)而另行输入到推断干扰转矩运算块102，求转矩指令(τ*C)与反算转矩(τr)的差分。由此，以差分转矩(τdA)的形式推断出干扰转矩(τd)。推断干扰转矩运算块102中求出的差分转矩(τdA)输入至低通滤波器103而将高频噪声等去除，并以推断干扰转矩(τdB)的形式发送、输入至后面的延迟推断块200。
接着，参考图5，对本实施例中使用的延迟推断块200进行说明。图5为本发明的第1实施例的延迟推断块的构成图。延迟推断块200由反算转矩运算块201、干扰转矩去除块202、低通滤波器203、延迟转矩运算块204以及马达模拟模型300等构成。
反算转矩运算块201反算马达MTR的反馈值即马达速度(ωB)来算出反算转矩(τr)。具体而言，反算转矩运算块201对马达速度(ωB)进行微分并乘以马达MTR的惯量(J)来算出反算转矩(τr)。该算出结果与包含干扰转矩(τd)的马达MTR的转矩(τ)实质上等效。继而，将该反算转矩(τr)输入至干扰转矩去除块202。
推断干扰转矩(τdB)区别于反算转矩(τr)而另行输入到干扰转矩去除块202，求反算转矩(τr)与推断干扰转矩(τdB)的差分。由此，从反算转矩(τr)中去除推断干扰转矩(τ dB)，运算出产生转矩(τaA)。产生转矩(τaA)输入至低通滤波器203而将高频噪声等去除，成为产生转矩(τaB)，并输入至延迟转矩运算块204。
作为延迟转矩运算部的延迟转矩运算块204根据马达MTR的反馈值即马达速度(ωB)、干扰转矩(τd)以及转矩指令(τ*A)来推断延迟转矩。具体而言，转矩指令(τ*A)区别于产生转矩(τaB)而另行输入到延迟转矩运算块204，求产生转矩(τaB)与转矩指令(τ*A)的差分。由此，推断出相当于第一延迟10A和第二延迟10B造成的延迟的延迟转矩(τi)，并以推断延迟转矩(τiA)的形式输入到马达模拟模型300。
马达模拟模型300是模拟马达MTR得到的模型，由滤波器301和修正量运算块302等构成。马达模拟模型300输入延迟转矩，对ECU1所识别的马达的反馈值进行修正。更具体而言，推断延迟转矩(τiA)输入至马达模拟模型300，计算延迟转矩(τi)所引起的马达速度(ωB)的变动量。
滤波器301例如是对图1中的转矩产生部30的模拟。推断延迟转矩(τiA)输入至滤波器301，输出则以推断延迟转矩(τiB)的形式输入到修正量运算块302。
修正量运算块302例如是对图1中的马达MTR的惯量(J)的模拟。对推断延迟转矩(τ iB)进行积分并除以马达MTR的惯量(J)，由此求出修正量(ωX)。求出的修正量(ωX)输入到马达速度修正块205。
马达速度修正块205区别于修正量(ωX)而另行输入马达速度(ωB)，求马达速度(ωB)与修正量(ωX)的差分，由此，从马达速度(ωB)中去除第一延迟10A和第二延迟10B的影响而算出修正后马达速度(ωC)。
如图3所示，速度控制块20以速度指令(ω*)和修正后马达速度(ωC)为输入来算出转矩指令(τ*A)。此处，速度控制块20的构成是以修正后马达速度(ωC)与速度指令(ω*)一致的方式来运算转矩指令(τ*A)，不特别限定速度控制块20的构成。例如可为PI控制。
接着，使用图6，对第1实施例与比较例的关系进行说明。图6A为表示本实施例中的转矩指令值与马达速度的关系的图，图6B为表示比较例1中的转矩指令值与马达速度的关系的图，图6C为表示比较例2中的转矩指令值与马达速度的关系的图。
图6B所示的比较例1是没有延迟推断/干扰推断的控制，虚线表示转矩指令值，实线表示马达速度。在马达旋转中输出了增加转矩的转矩指令值的情况下，图6B由于没有延迟推断/干扰推断控制，因此马达速度以延迟的方式跟随转矩指令值。如此，比较例1中，输入至速度控制块20的马达速度(ωB)是因第一延迟10A和第二延迟10B而发生了延迟的信号，因此，若使其与速度指令(ω*)一致，则存在控制变得不稳定这一问题。此外，虽然也有根据转矩指令(τ*A)和马达速度(ωB)来推断延迟而修正马达速度(ωB)的技术，但由于没有干扰推断，因此推断出的延迟中会包含干扰转矩(τd)的信息，无法高精度地推断延迟，从而无法恰当地修正马达速度(ωB)。
接着，图6C所示的比较例2是在延迟推断后进行干扰推断的控制，虚线表示转矩指令值，实线表示马达速度。在马达旋转中输出了增加转矩的转矩指令值的情况下，图6C由于是在延迟推断后进行干扰推断控制，因此在发生了马达的参数变动或者负载的变化的情况下，控制变得不稳定，马达速度相对于转矩指令值而言主动上升，或者马达速度以延迟的方式跟随转矩指令值。
图6A为本实施例的控制，虚线表示转矩指令值，实线表示马达速度。在马达旋转中输出了增加转矩的转矩指令值的情况下，由于本实施例中是进行干扰推断、其后进行延迟推断控制，因此能高精度地推断延迟，从而能修正马达速度(ωB)。由此，在本实施例中，马达速度能够大致无延迟地跟随转矩指令，可以提供一种高响应且稳定的控制装置。
如以上所述，本实施例采用如下构成：设置仅推断马达的干扰转矩的干扰推断块，而且设置根据无延迟的转矩指令、有延迟的马达速度以及干扰推断块的输出来修正马达速度的延迟推断块，若产生干扰转矩，则使干扰转矩的推断结果反映到延迟推断块中。根据本实施例，即便在有干扰转矩或者延迟的变动的情况下，也能将干扰转矩与延迟加以分离来进行推断并高精度地推断延迟，从而可以提供一种对于有延迟的系统而言一方面响应高且稳定，另一方面不会产生稳态偏差的控制装置。
在第1实施例中，对通过身为上位控制装置的ECU1和身为下位控制装置的ECU2来控制马达MTR的例子进行了说明，但本实施例并不限定于该构成。例如，也可构成为将功率转换装置连接至上位控制装置(控制装置)。控制装置中配备上述的干扰推断部和延迟推断部。
控制装置生成用于输入至马达MTR的转矩指令，并送至功率转换装置。功率转换装置接收来自控制装置的转矩指令，根据转矩指令向马达MTR施加电压。
干扰推断部根据成为马达MTR的控制量的反馈值和施加至马达MTR的电压来推断干扰。延迟推断部根据转矩指令、马达MTR的反馈值以及推断出的干扰来推断延迟。
马达MTR有时会进行不施加负载的空载运转。在马达MTR正作空载运转的情况下，马达MTR的发热较少，马达MTR固有的特性对控制量的影响也较小。即，在马达MTR正作空载运转的情况下，干扰转矩的影响较小。因此，在马达MTR作空载运转的期间内停止干扰推断部的功能。于是，延迟推断部根据转矩指令和马达MTR的反馈值来推断延迟，对成为干扰推断部的输入的电压设定推断出的延迟。
根据这样的实施例，由于在马达MTR作空载运转的期间内停止干扰推断部的功能，延迟推断部根据转矩指令和马达MTR的反馈值来推断延迟，因此能抑制耗电。
实施例2
接着，使用图7，对本发明的第2实施例的马达控制装置进行说明。图7为本发明的第2实施例的干扰推断块的构成图。第2实施例是利用观测器(状态观测器)、卡尔曼滤波器等来构成第1实施例中使用的干扰推断块100，进行无法直接观测控制系统的状态的情况下的状态推断。换句话说，观测器、卡尔曼滤波器作为状态推断部发挥功能。
在第1实施例中，干扰推断块100是像图4所示那样利用转矩指令(τ*C)与根据马达速度(ωB)求出的反算转矩(τr)的差分来求(推断)推断干扰转矩(τdB)。不过，图4所示的干扰推断块100即便是近似也需要微分运算，从实际的运用面来看，限于几乎不含噪声的情况。此外，存在难以直接推断所有干扰转矩(τd)的方面，有可能发生检测传感器的追加而导致产品成本增大。
因此，第2实施例提出一种不追加新的检测传感器而且即便包含噪声也会无问题地推断干扰转矩(τd)，提高延迟推断的精度、对延迟更鲁棒的控制装置。第2实施例的马达控制装置的构成基本上与第1实施例相同，但干扰推断块100是由观测器构成的，在这一点上存在差异。
该观测器给出用于推断马达MTR的内部状态的数学模型，根据马达MTR的控制指令即转矩指令(τ*C)和马达速度(ωB)的测定来推断干扰转矩，以数学模型的形式部署在微机等运算装置中。再者，观测器也可为卡尔曼滤波器。
所谓推断干扰转矩(τd)的数学模型，以下式表示。
[式2]
Figure BDA0002839683290000101
Figure BDA0002839683290000102
式(2)将输入至马达MTR的干扰转矩(τd)记述为状态量。有对式(2)所示的数学模型使用观测器增益(L1)来推断状态的方式。若以公式表示，则变为式(3)。
[式3]
Figure BDA0002839683290000111
Figure BDA0002839683290000112
此处，关于观测器增益(L1)，出于规定到干扰转矩(τd)的推断收敛为止的时间、使干扰推断块变得稳定的目的等来加以设定即可。式(3)所示的观测器部署在图3中的干扰推断块100中，若以功能块来表示，则为图7。
第2实施例中的干扰推断块100A由输入矩阵块104、观测器增益块105、观测器系统矩阵块106、积分运算块107以及输出矩阵块108构成。转矩指令(τ*C)输入到输入矩阵块104，马达速度(ωB)输入到观测器增益块105。此外，积分运算块107的输出即推断状态(XA)输入到观测器系统矩阵块106。输入矩阵块104、观测器增益块105、观测器系统矩阵块106的输出分别相加并输入至积分运算块107，输出推断状态(XA)。积分运算块107的输出即推断状态(XA)输入至输出矩阵块108，输出推断干扰转矩(τdB)。输入矩阵块104、观测器增益块105以及观测器系统矩阵块106为式(3)所示的状态方程的常数矩阵。如此，通过利用状态方程将干扰转矩(τd)表示为状态，可以求出(推断)干扰转矩(τd)。
第2实施例中的干扰推断块100A通常为称为全维观测器的构成，但也可以视需要使用最小维观测器、线性函数观测器等，进而，当然也可运用优化全维观测器得到的稳态卡尔曼滤波器等各种干扰推断方法。
再者，除了推断干扰转矩(τd)这一目的以外，也可以出于推断其他状态量这一目的而使用干扰推断块100A。
根据第2实施例，不需要第1实施例中说明过的干扰推断块100那样的微分，因此可以提供一种耐噪的装置。进而，根据第2实施例，无须附加特别的检测传感器，因此能抑制产品成本的增大。
实施例3
接着，使用图8，对本发明的第3实施例的马达控制装置进行说明。图8为本发明的第3实施例的延迟推断块的构成图。第3实施例是利用观测器(状态观测器)、卡尔曼滤波器等来构成第1实施例及第2实施例中使用的延迟推断块200，进行无法直接观测控制系统的状态的情况下的状态推断。
在第1实施例及第2实施例中，延迟推断块200是像图5所示那样根据转矩指令(τ*A)、推断干扰转矩(τdB)以及马达速度(ωB)来求(推断)相当于第一延迟10A和第二延迟10B的延迟的推断延迟转矩(τiA)。不过，图5所示的延迟推断块200即便是近似也需要微分运算，从实际的运用面来看，限于几乎不含噪声的情况。此外，存在难以直接推断所有延迟干扰的方面，有可能发生检测传感器的追加而导致产品成本增大。
因此，第3实施例提出一种不追加新的检测传感器而且即便包含噪声也会无问题地推断延迟，提高延迟推断的精度、对延迟更鲁棒的控制装置。第3实施例的马达控制装置的构成基本上与第1至第2实施例相同，但延迟推断块200是由观测器构成的，在这一点上存在差异。
该观测器给出用于推断马达MTR的内部状态的数学模型，根据马达MTR的控制指令即转矩指令(τ*C)和马达速度(ωB)的测定来推断延迟转矩(τi)，以数学模型的形式部署在微机等运算装置中。再者，观测器也可为卡尔曼滤波器。
第3实施例的延迟推断中的数学模型以下式(4)表示。
[式4]
Figure BDA0002839683290000121
Figure BDA0002839683290000122
式(4)的特征在于，除了干扰转矩(τd)以外还将延迟转矩(τi)表现为状态。此外，输出方程中不仅选择了马达速度(ω)还选择了干扰转矩(τd)。干扰转矩(τd)本来大多是无法直接观测的，但第1实施例中的干扰推断块100、第2实施例中的干扰推断块100A中以推断干扰转矩(τdB)的形式推断了出来，因此，通过将其选为观测量，可以构成干扰转矩(τd)与延迟转矩(τi)分离开来的观测器。若以公式来表示第3实施例中的观测器，则可以使用观测器增益(L2)而以式(5)来表示。
[式5]
Figure BDA0002839683290000131
Figure BDA0002839683290000132
此处，关于观测器增益(L2)，出于规定到推断延迟转矩(τiA)的推断收敛为止的时间、使延迟推断块变得稳定的目的等来加以设定即可。式(5)所示的观测器部署在图3中的延迟推断块200中，若以功能块来表示，则为图8。
第3实施例中的延迟推断块200A由输入矩阵块206、观测器增益块207、观测器系统矩阵块208、积分运算块209、输出矩阵块210以及马达模拟模型300构成。转矩指令(τ*A)输入到输入矩阵块206，马达速度(ωB)和推断干扰转矩(τdB)输入到观测器增益块207。此外，积分运算块209的输出即推断状态(XB)输入到观测器系统矩阵块208。输入矩阵块206、观测器增益块207、观测器系统矩阵块208的输出分别相加并输入至积分运算块209，输出推断状态(XB)。积分运算块209的输出即推断状态(XB)输入到输出矩阵块210，输出推断延迟转矩(τiA)。推断延迟转矩(τiA)像第1实施例中说明过的那样输入至马达模拟模型300而用于算出修正马达速度(ωB)的修正量(ωX)。
输入矩阵块206、观测器增益块207、观测器系统矩阵块208以及输出矩阵块210为式(5)所示的状态方程的常数矩阵。如此，通过将推断干扰转矩(τdB)输入至观测器增益块207、将延迟转矩(τi)表示为状态，可以求出(推断)延迟转矩(τi)。
第3实施例中的延迟推断块通常为称为全维观测器的构成，但也可以视需要使用最小维观测器、线性函数观测器等，进而，当然也可运用优化全维观测器得到的稳态卡尔曼滤波等各种推断方法。
再者，除了推断延迟转矩(τi)这一目的以外，也可以出于推断其他状态这一目的而使用延迟推断块200A。
根据本实施例，不需要第1实施例中说明过的延迟推断块200那样的微分，因此具备耐噪的优点。进而，无须附加特别的检测传感器，因此能抑制产品成本的增大。
实施例4
接着，使用图9，对本发明的第4实施例的马达控制装置进行说明。图9为本发明的第4实施例的马达模拟模型的构成图。第4实施例将第1实施例、第2实施例中使用的延迟推断块200、第3实施例中使用的延迟推断块200A的马达模拟模型300设定为比马达MTR的机械性响应快。具体而言，将马达模拟模型300设定为具有比马达MTR的机械性时间常数快的响应。
第4实施例中的马达模拟模型300A由转矩响应模拟块303、旋转运动模拟块305以及马达速度修正块205构成。
推断延迟转矩(τiA)输入到转矩响应模拟块303，输出延迟转矩响应304。延迟转矩响应304输入至旋转运动模拟块305，求(推断)推断延迟转矩(τiA)所引起的旋转运动，输出修正量(ωX)。马达速度(ωB)和修正量(ωX)输入到马达速度修正块205，求马达速度(ωB)与修正量(ωX)的差分。马达速度(ωB)与修正量(ωX)的差分以修正后马达速度(ωC)的形式输出，送到速度控制块20。
转矩响应模拟块303是对图1中的转矩产生部30的模拟。第4实施例中的转矩响应模拟块303像图8所示那样通过时间常数T的一阶滞后来加以模拟。
旋转运动模拟块305是对图1中的马达MTR的旋转运动部40的模拟。在第4实施例中，像图8所示那样使用粘性摩擦系数D和惯量J而以时间常数J/D的一阶滞后的形式加以模拟。
在第1实施例至第3实施例中，马达模拟模型300是像图3所示那样利用根据推断延迟转矩(τiA)求出的修正量(ωX)与马达速度(ωB)的差分来求修正后马达速度(ωC)。图9所示的马达模拟模型300A基本上是根据马达MTR的设计值来制作的，但实际的马达MTR大多几乎不存在惯量、粘性摩擦系数与设计值一致的情况，会根据周围的环境(温度等)发生变动。我们知道，例如在周围的环境温度变低的情况下，马达MTR的粘性摩擦系数通常会增大。即便惯量在温度变化前后相同，当粘性摩擦系数增大时，马达MTR的机械性时间常数也会减小。如此，当马达MTR的机械性时间常数发生变动时，会产生马达模拟模型与马达MTR的模型化误差，因此，即便延迟推断块200高精度地推断出推断延迟转矩(τiA)，有时也无法正确地求出修正量(ωX)。尤其是当马达模拟模型300A的响应比马达MTR的响应慢时，修正量(ωX)会不足，存在无法去除第一延迟10A和第二延迟10B的影响的问题。
在第4实施例中，将决定马达模拟模型300A的响应的转矩响应模拟块303的时间常数T和旋转运动模拟块305的时间常数J/D设定得比马达MTR的响应快。
当使马达模拟模型300A的响应比马达MTR快时，修正量(ωX)的收敛加快。因此，修正后马达速度(ωC)达到稳定状态为止的时间缩短，所以有容易通过速度控制块20使马达速度(ωC)变得稳定这一特征。
转矩响应模拟块303的时间常数T和旋转运动模拟块305的时间常数J/D像式(1)等所示那样参考预先设计的转矩响应(T)、惯量(J)以及粘性摩擦系数(D)而设定为比马达MTR快的响应即可。此外，转矩响应模拟块303的时间常数T和旋转运动模拟块305的时间常数J/D无须为固定值，也可具备辨别马达MTR的参数的辨别功能等而酌情加以调整。
根据第4实施例，通过使马达模拟模型300A的响应比马达MTR快，修正量(ωX)收敛的时间缩短、修正后马达速度(ωC)变得稳定。由此，容易通过速度控制块20使马达速度(ωC)变得稳定，所以能期待马达速度(ωC)的响应性提高等。
实施例5
接着，对将实施例1至4运用于电动制动装置的情况进行说明。
接着，根据图10，对将上述各实施例的马达控制装置运用于电动制动装置的例子进行简单说明。图10为本发明的第5实施例的电动制动装置的构成图。图10中展示了通过马达的旋转力代替液压制动装置来控制制动钳的电动制动装置的构成。
图10中，电动制动装置具备提供制动功能的制动钳50，在构成该制动钳50的卡钳主体51的内部配置有活塞52，该活塞52具备驱动第1制动片53的功能。此外，在卡钳主体51的一端安装有第2制动片54，在第1制动片53与第2制动片54之间配置有固定在车轴上的圆盘转子55。该圆盘转子55以被第1制动片53和第2制动片54夹住的方式加以制动。
配置在卡钳主体51上的活塞52经由旋转/直动转换机构56与减速机构57连结在一起。旋转/直动转换机构56使用了滑动丝杆，由转轴和直动构件构成，所述转轴具有形成于外周的螺旋状的螺纹面，所述直动构件在内部具备与该转轴的螺纹面螺合的螺纹面。直动构件与活塞52一体地连结在一起，借助转轴的旋转，直动构件可以使活塞12沿转轴的轴向移动。
此外，在第5实施例中，旋转/直动转换机构56中配备有自锁功能部，若使转轴旋转，则直动构件作直动运动，而若是停止转轴的旋转，则即便力沿直动方向作用于直动构件，直动构件也会保持其位置。即，转轴和直动构件具有导角比摩擦角小的螺旋状的螺纹面，由此获得了自锁功能。利用这种螺纹面的旋转/直动转换机构56为人所熟知。
如图10所示，转轴固定在减速机构57的大径齿轮58上，大径齿轮58与小径齿轮59齿合在一起。小径齿轮59借助马达MTR加以旋转，马达MTR的旋转传递至小径齿轮59、大径齿轮58而得以减速。通过大径齿轮58的旋转，马达MTR的转矩被放大而传递至固定在转轴上的旋转/直动转换机构56。
对马达MTR的电力(转矩指令)的供给由具备上述的图1～图5、图6～图9所示的具备马达控制功能部的电子控制元件60控制，马达控制功能部由公知的微处理器61、输入输出电路62等构成。在第5实施例中，电子控制元件60相当于上位控制装置(ECU1)，马达MTR中包含下位控制装置(ECU1)。于是，在进行制动动作的情况下，从电子控制元件60向马达MTR供给规定电力而使马达MTR旋转，该旋转经由减速机构57的各齿轮58、59而使转轴旋转。当转轴旋转时，直动构件及活塞52在图10中朝左侧移动而将第1制动片53以规定推力(推压力)推压在圆盘转子55上而施加制动。
并且，在这种电动制动装置中，在踩踏制动踏板时，若控制响应性不高，则会发生无法将制动力迅速传递至圆盘转子这一现象，或者，若出现过冲，则会发生对圆盘转子过度施加制动力这一现象。
此外，在这样的电动制动装置中，由于马达MTR设置在圆盘转子55附近，因此马达MTR容易受到圆盘转子55产生的摩擦热的影响。进而，在将马达MTR保持在一定位置以维持制动力的情况下，须向马达MTR持续供给电力(转矩指令)，导致马达MTR的温度上升。如此，在电动制动装置中，马达MTR被置于温度容易上升的环境下。
于是，在马达MTR的温度已过度上升的情况下，例如可以通过暂时限制来自电子控制元件60的电力(转矩指令)的供给量这样的对策来防止温度上升。然而，在该情况下，无法使马达MTR的控制指令与控制量一致，会产生稳态偏差。另外，机构侧的锈固或经年变化造成的摩擦力的增加等也会导致稳态偏差的产生。
在产生了这样的稳态偏差的状态下，例如在因制动踏板的紧急操作而导致控制指令急剧变更(所谓的阶跃变化)的情况下，若电子控制元件60内配备有积分控制功能，则存在发生如下现象的情况：如前文所述，引起过冲而对圆盘转子55过度施加制动力，或者马达MTR过度反转而导致机构破损等。
相对于此，在第5实施例的电动制动装置中，具备上述的图1～图5、图6～图9所示的马达控制功能部。电子控制元件60具备干扰推断部和延迟推断部。
干扰推断部使用输入至马达的转矩指令和马达的反馈值来推断干扰。延迟推断部使用转矩指令、马达的反馈值以及干扰推断部推断出的干扰转矩来推断延迟。
此外，干扰推断部具备反算转矩运算部和推断干扰转矩运算部，所述反算转矩运算部反算马达的反馈值来求反算转矩，所述推断干扰转矩运算部根据反算转矩运算部运算出的反算转矩与转矩指令的差分而以干扰转矩的形式来推断干扰，干扰推断部将干扰转矩送至延迟推断部。
此外，延迟推断部具备延迟转矩运算部，所述延迟转矩运算部根据马达的反馈值、干扰转矩以及转矩指令来运算延迟转矩。
进而，延迟推断部具备模拟马达的马达模拟模型，通过将延迟转矩输入至马达模拟模型，对电子控制元件60所识别的马达的反馈值进行修正。
通过上述构成，根据第5实施例，可以迅速整定为与制动踏板的踩踏量相对应的制动力而获得规定的制动动作。因此，在踩踏制动踏板时，可以减少无法将制动力迅速传递至圆盘转子这一现象和发生过冲时对圆盘转子过度施加制动力这一现象。
此外，根据第5实施例，即便在因马达MTR的温度上升、机构侧的锈固或经年变化造成的摩擦力的增加等而产生稳态偏差、发生了伴随制动踏板的紧急操作而来的控制指令的急剧变更的情况下，通过具备图1～图5、图6～图9中任一方所示的马达控制功能部，也能取得抑制过度的制动力作用于圆盘转子55或者马达MTR的过度的反转等效果。
再者，本发明包含各种变形例，并不限定于上述各实施例。例如，上述实施例是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，并非一定限定于具备说明过的所有构成。此外，可以将某一实施例的构成的一部分替换为其他实施例的构成，此外，也可以对某一实施例的构成加入其他实施例的构成。此外，可以对各实施例的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。
符号说明
10A…第一延迟、10B…第二延迟、20…速度控制块、30…转矩产生部、40…旋转运动部、50…制动钳、51…卡钳主体、52…活塞、53…第1制动片、54…第2制动片、55…圆盘转子、56…旋转/直动转换机构、57…减速机构、58…大径齿轮、59…小径齿轮、60…电子控制元件、61…微处理器、62…输入输出电路、100…干扰推断块、100A…干扰推断块、101…反算转矩运算块、102…推断干扰转矩运算块、103…低通滤波器、104…输入矩阵块、105…观测器增益块、106…观测器系统矩阵块、107…积分运算块、108…输出矩阵块、200…延迟推断块、200A…延迟推断块、201…反算转矩运算块、202…干扰转矩去除块、203…低通滤波器、204…延迟转矩运算块、205…马达速度修正块、206…输入矩阵块、207…观测器增益块、208…观测器系统矩阵块、209…积分运算块、210…输出矩阵块、300…马达模拟模型、300A…马达模拟模型、301…滤波器、302…修正量运算块、303…转矩响应模拟块、304…延迟转矩响应、305…旋转运动模拟块。

Claims (12)

1.一种马达控制装置，其特征在于，
具有马达、控制所述马达的旋转的下位控制装置、以及根据指令值向下位控制装置发送转矩指令的上位控制装置，
所述上位控制装置具备干扰推断部和延迟推断部，
所述干扰推断部使用输入至所述下位控制装置的转矩指令和所述马达的反馈值来推断干扰，
所述延迟推断部使用从所述上位控制装置输出的转矩指令、所述马达的反馈值以及所述干扰推断部推断出的干扰转矩来推断延迟。
2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，
所述干扰推断部具备反算转矩运算部和推断干扰转矩运算部，所述反算转矩运算部反算所述马达的反馈值来求反算转矩，所述推断干扰转矩运算部根据所述反算转矩运算部运算出的所述反算转矩与所述转矩指令的差分而以干扰转矩的形式来推断所述干扰，所述干扰推断部将所述干扰转矩送至所述延迟推断部。
3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，
所述延迟推断部具备延迟转矩运算部，所述延迟转矩运算部根据所述马达的反馈值、所述干扰转矩以及所述转矩指令来运算延迟转矩。
4.根据权利要求3所述的马达控制装置，其特征在于，
所述延迟推断部具备模拟所述马达的马达模拟模型，通过将所述延迟转矩输入至所述马达模拟模型，对所述上位控制装置所识别的所述马达的反馈值进行修正。
5.根据权利要求4所述的马达控制装置，其特征在于，
所述马达模拟模型的响应比所述马达的机械性响应快。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的马达控制装置，其特征在于，
所述干扰推断部具备状态推断部，所述状态推断部给出用于推断所述马达的内部状态的数学模型，根据所述转矩指令和所述马达的反馈值来推断所述干扰转矩，由观测器或卡尔曼滤波器构成，所述干扰推断部将所述干扰转矩输入至所述延迟推断部。
7.根据权利要求3或4所述的马达控制装置，其特征在于，
所述延迟推断部具备状态推断功能，所述状态推断功能给出用于推断所述马达的内部状态的数学模型，根据所述转矩指令、所述马达的反馈值以及所述干扰转矩来推断所述延迟转矩，由观测器或卡尔曼滤波器构成。
8.一种马达控制装置，其特征在于，
具有马达、生成输入至所述马达的转矩指令的控制装置、以及根据所述转矩指令向所述马达施加电压的功率转换装置，
所述控制装置具备：
干扰推断部，其根据所述马达的控制量即反馈值和施加至所述马达的电压来推断所述马达的干扰，以及
延迟推断部，其根据所述转矩指令、所述反馈值以及所述干扰来推断延迟，
所述干扰推断部在所述马达作空载运转的期间内将功能停止，
所述延迟推断部在所述马达作空载运转的期间内根据所述转矩指令和所述反馈值来推断延迟，
对所述干扰推断部的输入即所述电压设定所述延迟。
9.一种电动制动装置，其具备向圆盘转子推压制动片的活塞、将马达输出的旋转运动转换为直动运动来推进所述活塞的旋转/直动转换机构、以及控制所述马达的旋转的电子控制元件，该电动制动装置的特征在于，
所述电子控制元件具备干扰推断部和延迟推断部，
所述干扰推断部使用输入至所述马达的转矩指令和所述马达的反馈值来推断干扰，
所述延迟推断部使用所述转矩指令、所述马达的反馈值以及所述干扰推断部推断出的干扰转矩来推断延迟。
10.根据权利要求9所述的电动制动装置，其特征在于，
所述干扰推断部具备反算转矩运算部和推断干扰转矩运算部，所述反算转矩运算部反算所述马达的反馈值来求反算转矩，所述推断干扰转矩运算部根据所述反算转矩运算部运算出的所述反算转矩与所述转矩指令的差分而以干扰转矩的形式来推断所述干扰，所述干扰推断部将所述干扰转矩送至所述延迟推断部。
11.根据权利要求9或10所述的电动制动装置，其特征在于，
所述延迟推断部具备延迟转矩运算部，所述延迟转矩运算部根据所述马达的反馈值、所述干扰转矩以及所述转矩指令来运算延迟转矩。
12.根据权利要求11所述的电动制动装置，其特征在于，
所述延迟推断部具备模拟所述马达的马达模拟模型，通过将所述延迟转矩输入至所述马达模拟模型，对所述电子控制元件所识别的所述马达的反馈值进行修正。
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