CN118056351A - 马达控制装置 - Google Patents

Abstract

马达控制装置(11)控制机械装置(13)的马达(11)。马达控制装置(11)具备：指令值运算部(31)，运算用于控制马达(12)的指令值(I^＊)；以及干扰观测器部(33)，基于指令值(I^＊)和马达(12)的旋转信息(ω_m)来估计施加至机械装置(13)的干扰(T_ld)，并且基于该估计的干扰(T_ld)来修正指令值(I^＊)。干扰观测器部(33)具有参数(L1，β)，该参数被调节以用于补偿具有被设为抑制对象的特定频率的干扰(T_ld)的影响。调节参数(L1，β)，以使得在补偿干扰(T_ld)的影响后施加至机械装置(13)的干扰(T_last)具有与机械装置(13)的反共振特性对应的频率特性。

Description

马达控制装置

技术领域

本发明涉及马达控制装置。

背景技术

以往，存在电动动力转向装置。电动动力转向装置(以下，称为“EPS”。)通过将马达的转矩赋予给转向操纵机构来辅助转向盘的转向操纵。EPS的控制装置根据施加至转向盘的转向操纵转矩来运算目标电流值，基于该运算的目标电流值来控制向马达的供电。由此，马达产生与转向操纵转矩对应的转矩。

在EPS中，起因于马达或减速器的转矩脉动而产生的振动容易传递到转向盘。因此，例如进行如专利文献1所记载那样的转矩微分控制。控制装置通过对由转矩传感器检测的转向操纵转矩进行微分来运算转矩微分值，根据该运算的转矩微分值来修正目标电流值。由此，抑制起因于转矩脉动的振动。

专利文献1：日本特开2004-224129号公报

能够通过执行转矩微分控制来可靠地抑制起因于转矩脉动的振动。然而，在转矩微分控制中，有可能无法将起因于转矩脉动的振动抑制到所要求的水平。因此，要求更适当地抑制起因于转矩脉动的振动。另外，马达并不限于电动动力转向装置，也用作各种机械装置的驱动源。这些机械装置的马达也要求减少起因于转矩脉动的振动。

发明内容

本公开的一方式所涉及的马达控制装置控制机械装置的马达。马达控制装置具备：指令值运算部，被构成为运算用于控制上述马达的指令值；干扰观测器部，被构成为基于上述指令值和上述马达的旋转信息来估计施加至上述机械装置的干扰，并且基于该估计的上述干扰来修正上述指令值。上述干扰观测器部具有参数，上述参数被调节以用于补偿具有被设为抑制对象的特定频率的上述干扰的影响。在补偿上述干扰的影响后施加至上述机械装置的上述干扰是补偿后干扰，调节上述参数，以使得补偿上述干扰后的上述干扰具有与上述机械装置的反共振特性对应的频率特性。

附图说明

图1是马达控制装置的一实施方式的结构图。

图2是图1的马达控制装置的框图。

图3是表示干扰的频率特性的曲线图。

具体实施方式

对一实施方式所涉及的马达控制装置11进行说明。

如图1所示，马达控制装置11控制马达12。马达12产生用于驱动马达12的搭载对象亦即机械装置13的转矩。马达12例如是三相无刷马达。马达12具有旋转角传感器12A。旋转角传感器12A检测马达12的旋转角θ。马达12的旋转角θ是马达12的旋转信息。

马达控制装置11具有微型计算机21、逆变器22以及电流传感器23。

作为处理电路的微型计算机21具有指令值运算部31以及反馈运算部32。这些运算部是通过微型计算机21的CPU(中央处理装置)执行控制程序来实现的功能部分。微型计算机21包括存储控制程序的存储器。存储器包括RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及ROM(Read Only Memory：只读存储器)那样的计算机可读介质。但是，各运算部通过软件来实现只是一个例子，也可以通过逻辑电路等硬件电路来实现至少一部分的运算部。

指令值运算部31例如基于表示机械装置13的状态的状态变量S_sv来运算对马达12的电流指令值I^＊。反馈运算部32运算由指令值运算部31运算的电流指令值I^＊与通过电流传感器23检测的马达12的电流Im的值之间的差。反馈运算部32生成对逆变器22的驱动信号，以使得消除电流指令值I^＊与马达12的电流Im的值之间的差。

逆变器22基于由反馈运算部32生成的驱动信号进行动作。逆变器22具有多个开关元件。这些开关元件基于驱动信号进行开关，从而生成与电流指令值I^＊对应的电力。由逆变器22生成的电力经由由汇流条或电缆等构成的供电路径供给到马达12。由此，马达12产生与电流指令值I^＊对应的转矩。

＜干扰观测器＞

如图2的框图所示，马达控制装置11具有干扰观测器部33。设置干扰观测器部33，以用于估计施加至作为控制对象的设备P的干扰T_ld并补偿干扰T_ld的影响。干扰的影响的补偿是指在受到干扰的系统的控制中，考虑干扰的特性来减少干扰的影响。干扰T_ld是非线性的转矩。干扰T_ld例如是马达12的转矩脉动。转矩脉动是根据马达12的旋转而周期性地产生的干扰。

马达12的控制系统是基于机械装置13的状态变量S_sv来决定对马达12的电流指令值I^＊的反馈控制系统。通过根据电流指令值I^＊从逆变器22向马达12供给电流，从而马达12以规定的角速度ω_m旋转。因此，从对马达12的电流指令值I^＊到马达12的角速度ω_m成为反馈控制系统中的控制对象。马达12的角速度ω_m是马达12的旋转信息。设备P包括机械装置13。

在机械装置13的惯性数是“1”，且视为机械装置13和马达12经由弹性构件而结合的情况下，控制对象能够视为两个惯性矩通过弹性构件而结合的二惯性系统。该情况下，控制对象具有包括一个共振特性以及反共振特性的组的频率特性。

另外，在机械装置13的惯性数为“2”，且视为机械装置13和马达12经由弹性构件而结合的情况下，控制对象能够视为三个惯性矩通过弹性构件而结合的三惯性系统。该情况下，控制对象具有包括2个共振特性以及反共振特性的组的频率特性。

干扰观测器部33获取设备P的目标值亦即电流指令值I^＊和设备P的输出。设备P的输出的一个例子是马达12的角速度ω_m。通过对由旋转角传感器12A检测到的马达12的旋转角θ进行微分来获得角速度ω_m。干扰观测器部33基于电流指令值I^＊以及马达12的角速度ω_m来估计干扰T_ld。干扰观测器部33运算用于抵消具有被设为抑制对象的频率的干扰T_ld的第一修正值I_c1。

干扰观测器部33具有估计器33A、乘法器33B以及减法器33C。干扰观测器部33可以由逻辑电路等硬件电路构成。干扰观测器部33也称为干扰观测器电路。另外，干扰观测器部33可以是通过计算机的CPU执行控制程序来实现的功能部分。

估计器33A具有标称设备Pn、第一观测器增益L1以及第二观测器增益L2。标称设备Pn是模拟作为控制对象的设备P得到的模型。如下式(1)所示，估计器33A运算作为设备P的输出而获得的马达12的角速度ω_m与作为标称设备Pn的输出而获得的马达12的估计角速度ω_m^之间的差Δω。“^”表示是估计出的值。

Δω＝ω_m-ω_m^…(1)

如下式(2)所示，估计器33A通过对马达12的角速度ω_m与马达12的估计角速度ω_m^之间的差Δω的值乘以第二观测器增益L2来运算估计干扰T_ld^的微分值dT_ld^。

dT_ld^＝Δω·L2…(2)

此外，估计器33A通过对估计干扰T_ld^的微分值dT_ld^进行积分来运算估计干扰T_ld^。标称设备Pn使用估计干扰T_ld^、通过对差Δω的值乘以第一观测器增益L1而获得的值以及马达12的粘性系数C，来运算角速度ω_m的估计值ω_m^。

乘法器33B通过对由估计器33A运算的估计干扰T_ld^的微分值dT_ld^乘以增益β来运算第一修正值I_c1。第一修正值I_c1是用于抵消干扰T_ld所引起的振动的电流值。

减法器33C通过从电流指令值I^＊减去第一修正值I_c1来运算补偿了干扰T_ld的影响后的电流指令值I^＊。

将在通过干扰观测器部33补偿了干扰T_ld的影响后施加至机械装置13的干扰T_ld称为补偿后干扰T_last。

补偿后干扰T_last由下式(3)表示。

T_last＝T_ld-β·dT_ld^＝{Js²+(-L2·β)+L1·J)s+L2}·T_ld/{Js²+(-L2·C+L1·J)s+L2}·Js…(3)

其中，“J”是将机械装置13的惯性矩模型化后的惯性系数。“C”是将机械装置13的摩擦模型化后的粘性系数。“s”是拉普拉斯算子。“L1”是第一观测器增益。“L2”是第二观测器增益。“β”是增益。

如图3的曲线图所示，补偿后干扰T_last在其频率特性中具有作为尖峰状的下降的陷波。补偿后干扰T_last具有与设备P的反共振特性对应的频率特性。

第一观测器增益L1由下式(4)表示。

L1＝2·ω·α…(4)

其中，“ω”是频率。“α”是第一参数。

第二观测器增益L2由下式(5)表示。

L2＝J·ω²…(5)

其中，“J”是将机械装置13的惯性矩模型化后的惯性系数。“ω”是频率。

增益β由下式(6)表示。

β＝α/ω·2·γ…(6)

其中，“α”是第一参数。“ω”是频率。“γ”是第二参数。第二参数γ是“1”以下的值，例如能够以“0.1”步长进行设定。

频率ω的值被设定为应抑制的干扰T_ld的频率，应抑制的干扰T_ld的频率例如是干扰T_ld中的陷波的中心频率f_c。

另外，通过调节第一观测器增益L1的值，能够调节干扰T_ld中的陷波的宽度W_n。通过调节式(4)的第一参数α的值，能够调节第一观测器增益L1的值。

另外，通过调节增益β的值，能够调节干扰T_ld中的陷波的深度D_n。通过调节式(6)的第二参数γ的值，能够调节增益β的值。

第一观测器增益L1以及增益β是被调节以用于抑制具有被设为抑制对象的特定频率的干扰T_ld所引起的振动的参数。通过调节第一观测器增益L1的值以及增益β的值，能够调节干扰T_ld对设备P的传递比例。调节第一观测器增益L1的值以及增益β的值，以使得补偿后干扰T_last具有与设备P的反共振特性对应的频率特性。通过将具有与设备P的反共振特性对应的频率特性的补偿后干扰T_last输入至设备P，能够在理论上使由具有被设为抑制对象的特定频率的干扰T_ld引起的机械装置13的振动的振幅成为“0”。

通过在先前的式(3)中代入式(4)、(5)、(6)来获得下式(7)。

T_last＝{s²+2·ω·α·(1-γ)·s+ω²}·T_ld/{s²+2·ω·α·s+ω²}…(7)

在式(7)的分子中的中括号内的第二项“2·ω·α·(1-γ)·s”的值为“0”时，具有被设为抑制对象的特定频率的干扰T_ld对设备P的传递比例为“0”。因此，通过将第二参数γ的值设定为“1”，能够抵消由具有被设为抑制对象的特定频率的干扰T_ld引起的振动。另外，通过在“0～1”之间例如按照“0.1”步长调节第二参数γ的值，能够调节具有被设为抑制对象的特定频率的干扰T_ld对设备P的传递比例。式(7)的分子中的中括号内的第二项“2·ω·α·(1-γ)·s”的值越小，则具有被设为抑制对象的特定频率的干扰T_ld对设备P的传递比例越小。

此外，式(7)的分子中的中括号内的第二项“2·ω·α·(1-γ)·s”与式(3)的分子中的中括号内的第二项“(-L2·β)+L1·J)s”对应。调节第二参数γ的值也是调节增益β的值。

<实施方式的效果>

根据本实施方式，能够获得以下的效果。

(1)干扰观测器部33使用模拟设备P得到的模型亦即标称设备Pn来估计干扰T_ld，并基于该估计的干扰T_ld来修正电流指令值I^＊。干扰观测器部33具有被调整以用于抑制具有被设为抑制对象的特定频率的干扰T_ld所引起的振动的参数。通过调节该参数，能够仅补偿具有被设为抑制对象的特定频率的干扰T_ld的影响。调节参数，以使得补偿后干扰T_last具有与设备P的反共振特性对应的频率特性。通过将具有与设备P的反共振特性对应的频率特性的补偿后干扰T_last输入到设备P，能够抑制或抵消在设备P产生的振动。

(2)干扰观测器部33基于电流指令值I^＊和马达12的角速度ω_m来估计施加至机械装置13的干扰T_ld。与使用马达12的旋转角θ的情况不同，无需运算马达12的中点。马达12的中点是指与机械装置13的基准的动作状态对应的马达12的旋转角θ。因此，马达控制装置11也可以不具有运算马达12的中点的功能。

(2)干扰观测器部33通过对估计干扰T_ld^的微分值dT_ld^乘以增益β来运算对电流指令值I^＊的第一修正值I_c1。由于只需对微分值dT_ld^乘以增益β，所以能够简单地运算第一修正值I_c1。

(3)在补偿干扰T_ld的影响后施加至设备P的补偿后干扰T_last具有由下式(A)表示的传递特性。这基于先前的式(3)。

{Js²+(-L2·β)+L1·J)s+L2}/{Js2+(-L2·C+L1·J)s+L2}·Js…(A)

在式(A)的分子中的第二项“(-L2·β)+L1·J)s”的值为“0”时，干扰T_ld对设备P的传递比例在理论上为“0”。因此，调节干扰观测器部33的增益β的值，以使得式(A)的分子的第二项的值成为“0”或接近“0”的值。通过调节增益β的值，能够更适当地抑制干扰T_ld。

<其它实施方式>

本实施方式也可以如果下那样变更并实施。

·如图2中双点划线所示，干扰观测器部33也可以具有干扰反馈控制器33D以及加法器33E。干扰反馈控制器33D获取由估计器33A运算的估计干扰T_ld^的微分值dT_ld^，并基于该获取的估计干扰T_ld^的微分值dT_ld^来运算第二修正值I_c2。第二修正值I_c2是相当于实际的马达输出与估计马达输出之间的差亦即估计干扰T_ld^的电流值。加法器33E通过对补偿干扰T_ld的影响后获得的电流指令值I^＊加上第二修正值I_c2，来运算最终的电流指令值I^＊。反馈运算部32基于最终的电流指令值I^＊进行向马达12供给的电流的反馈控制。这样，向马达12供给的电流的值更迅速地追随电流指令值I^＊。

·机械装置13也可以是电动动力转向装置。马达12是辅助马达。辅助马达产生赋予给车辆的转向操纵机构的辅助转矩。辅助转矩是用于辅助转向盘的转向操纵的转矩。转向操纵机构包括与转向盘连结的转向轴、以及使车辆的转舵轮转舵的转舵轴。辅助转矩被赋予给转向轴或者转舵轴。指令值运算部31根据由转矩传感器检测的转向操纵转矩T_h来运算对辅助马达的电流指令值I^＊。转向操纵转矩T_h是施加至转向盘的转矩。转向操纵转矩T_h是表示转向装置的转向操纵状态的状态变量S_sv。

·机械装置13也可以是线控转向式转向装置。马达12是反作用力马达或者转舵马达。反作用力马达产生赋予给车辆的转向轴的转向操纵反作用力转矩。转向操纵反作用力转矩是与转向盘的转向操纵方向相反方向的转矩。指令值运算部31根据由转矩传感器检测的转向操纵转矩T^h来运算对反作用力马达的电流指令值I^＊。转舵马达产生用于使车辆的转舵轮转舵的转舵转矩。指令值运算部31根据转向盘的转向操纵角来运算对转舵马达的电流指令值I^＊。例如基于由旋转角传感器12A检测的马达12的旋转角θ来运算转向操纵角。转向操纵转矩T_h以及转向操纵角是表示转向装置的转向操纵状态的状态变量S_sv。

·如图2中双点划线所示，在马达12为辅助马达或者反作用力马达的情况下，也可以如下那样构成马达控制装置11。即，马达控制装置11具有补偿器34以及乘法器35。补偿器34通过对由转矩传感器检测的转向操纵转矩T_h进行微分来运算转矩微分值，并根据该运算的转矩微分值来运算用于补偿干扰T_ld的影响的补偿量dT_ca。乘法器35通过对补偿量dT_ca乘以增益β来运算第三修正值I_c3。第三修正值I_c3是电流值。减法器33C将第三修正值I_c3与电流指令值I^＊相加。由此，提高马达转矩对转向操纵转矩T_h的变化的响应性。因此，获得更平滑的转向操纵感触。另外，也获得抑制来自转舵轮的逆输入振动或伴随着制动操作而产生的制动器振动等干扰的效果。

·在机械装置13为车辆的转向装置，马达12为辅助马达或者反作用力马达的情况下，也可以如下那样构成干扰观测器部33。即，在为在转向装置中难以出现起因于马达12的转矩脉动的振动的状况的情况下，干扰观测器部33也可以停止补偿干扰T_ld的影响的控制亦即干扰补偿控制。例如，在车速为极低速时，起因于转矩脉动的振动容易传递到转向装置。因此，干扰观测器部33也可以在车速的值超过车速阈值时，停止干扰补偿控制。速度阈值是判定车速是否是极低速时的基准。另外，在马达12的角速度ω_m为极低速时，起因于转矩脉动的振动容易传递到转向装置。因此，干扰观测器部33也可以在角速度ω_m的值超过角速度阈值时，停止干扰补偿控制。角速度阈值是判定马达12的角速度ω_m是否是极低速时的基准。在马达12的角速度ω_m中反映转向盘的转向操纵速度。

·马达控制装置11也可以具有检测自己的异常、马达12的异常或者机械装置13的异常的功能。该情况下，也可以在检测到马达控制装置11、马达12或者机械装置13的异常时，干扰观测器部33停止干扰补偿控制。在检测到马达控制装置11、马达12或者机械装置13的异常时执行补偿控制没有效果。

·指令值运算部31也可以如下那样构成。即，指令值运算部31也可以基于表示机械装置13的状态的状态变量S_sv来运算转矩指令值，并基于该运算的转矩指令值来运算电流指令值I^＊。转矩指令值是应使马达12产生的转矩。该情况下，估计器33A获取转矩指令值以及设备P的输出亦即马达12的角速度ω_m。估计器33A基于转矩指令值以及马达12的角速度ω_m来运算估计干扰T_ld＾的微分值dT_ld＾。乘法器33B通过对估计干扰T_ld＾的微分值dT_ld＾乘以规定增益来运算转矩修正值。转矩修正值是针对转矩指令值的修正值。减法器33C通过从转矩指令值减去转矩修正值来修正转矩指令值。这样，也能够补偿具有被设为抑制对象的频率的干扰T_ld的影响。

·也可以如下那样构成干扰观测器部33。即，干扰观测器部33也可以运算作为设备P的输出而获得的马达12的旋转角θ与作为标称设备Pn的输出而获得的马达12的估计旋转角之间的差，并基于该运算的差的值来补偿干扰T_ld的影响。马达12的旋转角θ是马达12的旋转信息。

·机械装置13并不限于车辆的转向装置。机械装置13例如也可以是由马达驱动的工作机械。

Claims (7)

1.一种马达控制装置，控制机械装置的马达，具备：

指令值运算部，被构成为运算用于控制上述马达的指令值；以及

干扰观测器部，被构成为基于上述指令值和上述马达的旋转信息来估计施加至上述机械装置的干扰，并且基于该估计的上述干扰来修正上述指令值，

上述干扰观测器部具有参数，上述参数被调节以用于补偿具有被设为抑制对象的特定频率的上述干扰的影响，

在补偿上述干扰的影响后施加至上述机械装置的上述干扰是补偿后干扰，

调节上述参数，以使得上述补偿后干扰具有与上述机械装置的反共振特性对应的频率特性。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其中，

上述马达的旋转信息是上述马达的角速度。

3.根据权利要求2所述的马达控制装置，其中，

上述干扰观测器部被构成为：

基于上述指令值和上述马达的角速度来运算上述干扰的微分值，

通过对该运算的上述干扰的微分值乘以增益，来运算针对上述指令值的第一修正值。

4.根据权利要求3所述的马达控制装置，其中，

在将“J”设为上述机械装置的惯性系数，将“C”设为上述机械装置的粘性系数，将“s”设为拉普拉斯算子，将“L1”设为上述干扰观测器部的第一观测器增益，将“L2”设为上述干扰观测器部的第二观测器增益，将“β”设为上述增益时，

上述补偿后干扰具有由下式(A)表示的传递特性，

(Js²+(-L2.p)+L1.J)s+L2)/(Js²+(-L2

调节上述增益亦即“β”的值，以使得式(A)的分子的第二项的值成为零或接近零的值。

5.根据权利要求2～4中的任意一项所述的马达控制装置，其中，

上述干扰观测器被构成为：

基于上述指令值和上述马达的角速度来运算上述干扰的微分值，

基于该运算的上述干扰的微分值来运算针对上述指令值的第二修正值。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的马达控制装置，其中，

上述机械装置被构成为也通过从外部施加转矩来进行动作，

上述干扰观测器部被构成为：

根据从外部向上述机械装置施加的转矩的微分值来运算用于补偿上述干扰的影响的补偿量，

基于该运算的上述补偿量来运算针对上述指令值的第三修正值。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的马达控制装置，其中，

上述机械装置是车辆的转向装置，

上述马达产生赋予给上述转向装置的转矩。