DE112019000877T5

DE112019000877T5 - Motorsteuerungssystem und Servolenkungssystem

Info

Publication number: DE112019000877T5
Application number: DE112019000877.3T
Authority: DE
Inventors: Shuji Endo; Akitoshi Harada; Tomoya UEDA; Masanori Watahiki; Tomonari MORI; Tokuji TATEWAKI
Original assignee: Nidec Corp; Nidec Elesys Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2018-02-20
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2020-11-05
Also published as: CN111713007B; WO2019163554A1; CN111713007A; US11362608B2; US20200395877A1; JP7271846B2; JPWO2019163554A1

Abstract

Ein Aspekt eines Lärmkompensationseinstellverfahrens weist auf: einen Messschritt zum Antreiben eines Motors zum Messen von Lärm in Bezug auf ein gekoppeltes System, welches den Motor und einen Antriebskörper, der mit dem Motor verbunden und von dem Motor angetrieben ist, aufweist, einen Ordnungsidentifikationsschritt zum Identifizieren basierend auf einem in dem Messschritt gemessenen Lärm einer Ordnung B einer Komponente, die beiträgt zu einer Kompensation des Lärms von einer k-ten Komponente und einer 1/k-ten Komponente (k ist eine ganze Zahl) in der Drehung des Motors, einen Einstellschritt zum Steuern eines Antriebs des Motors unter Verwendung einer Komponente der Ordnung B, die in dem Ordnungsidentifikationsschritt als ein Kompensationswert identifiziert wird, und zum Einstellen eines Komponentenwerts der Ordnung B zum Verringern des Lärms, und einen Speicherschritt zum Speichern des Komponentenwerts der Ordnung B, der in dem Einstellschritt als ein Kompensationswert zum Verringern von Lärm eingestellt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Motorsteuerungssystem und ein Servolenkungssystem.
Hintergrundtechnik
Als eine herkömmliche Motorsteuerungstechnik ist ein Verfahren bekannt, in welchem eine Steuerungsvorrichtung einen Motor unter Verwendung eines Befehlswerts regelt. Beispielsweise ist eine Konfiguration bekannt, in welcher eine Steuerungsvorrichtung einen Strombefehlswert rückkoppelt, der eine Phase aufweist, die entgegengesetzt zu der Drehmomentwelligkeit ist, und den Strombefehlswert zu einem Basisbefehlswert addiert. In einer derartigen Konfiguration ist ein Verfahren bekannt, in welchem die Steuerungsvorrichtung einen Strombefehlswert einer harmonischen Komponente des Stromwerts dem Basisbefehlswert überlagert, um die Drehmomentwelligkeit zu kompensieren (z.B. Patentliteratur 1).
Literaturstellenliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 4019842 B2
Inhalt der Erfindung
Technische Aufgaben
Jedoch kann, selbst wenn Betriebslärm in dem Motor allein verringert ist, wenn der Motor mit einem anderen Element, wie etwa einem Lenkmechanismus, verbunden ist, Lärm aufgrund von Faktoren, wie etwa Resonanz, entstehen. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, wenig Betriebslärm in einem Fall zu erzielen, in welchem ein Motor mit einem anderen Element verbunden ist.
Lösungen der Aufgaben
Ein Aspekt eines Lärmkompensationseinstellverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Messschritt zum Antreiben eines Motors zum Messen von Lärm in Bezug auf ein gekoppeltes System, das den Motor und einen Antriebskörper, der mit dem Motor verbunden und von dem Motor angetrieben ist, aufweist, einen Ordnungsidentifikationsschritt zum Identifizieren basierend auf in dem Messschritt gemessenem Lärm einer Ordnung B einer Komponente, die beiträgt zu einer Kompensation von Lärm von einer k-ten Komponente und einer 1/k-ten Komponente (k ist eine ganze Zahl) in der Drehung des Motors, einen Einstellschritt zum Steuern eines Antriebs des Motors unter Verwendung einer Komponente der in dem Ordnungsidentifikationsschritt identifizierten Ordnung B als ein Kompensationswert und zum Einstellen eines Komponentenwerts der Ordnung B zur Lärmverringerung, und einen Speicherschritt zum Speichern des Komponentenwerts der Ordnung B, die in dem Einstellschritt als ein Kompensationswert zum Verringern des Lärms eingestellt wird.
Ein Aspekt eines Herstellungsverfahrens eines Motorsteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Motorsteuerungssystems zum Steuern eines Antriebs eines Motors, wobei das Verfahren aufweist: Speichern des Kompensationswerts in einer Speichereinheit in dem Motorsteuerungssystem durch das Lärmkompensationseinstellverfahren.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine geringe Geräuschentwicklung im Betrieb in einem Fall zu erzielen, in welchem ein Motor mit einem anderen Element verbunden ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsberechnungseinheit der ersten Ausführungsform.
3 ist ein Verstärkungscharakteristikdiagramm für einen Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel.
4 ist ein Phasenkurvendiagramm für den Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel.
5 ist eine schematische Darstellung, die einen Fluss einer arithmetischen Verarbeitung durch eine 2D-Karte zeigt.
6 ist eine Darstellung, die ein Drehmomentwelligkeitssimulationsergebnis in der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
8 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsberechnungseinheit der zweiten Ausführungsform.
9a ist eine Draufsicht auf einen ersten Motor gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
9b ist eine Draufsicht auf einen zweiten Motor gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
10 ist eine schematische Darstellung einer elektrischen Servolenkungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
11 ist eine konzeptionelle Darstellung einer Motoreinheit, die einen Traktionsmotor aufweist.
12 ist eine schematische Seitenansicht der Motoreinheit.
13 ist eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems einer dritten Ausführungsform.
14 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsberechnungseinheit der dritten Ausführungsform.
15 ist eine Darstellung, die eine in einer Speichereinheit gespeicherte Wertetabelle zeigt.
16 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zum Einstellen und Speichern eines Kompensationswertes γ zeigt.
17 ist eine Darstellung, die eine Situation einer Lärmmessung schematisch zeigt.
18 ist eine grafische Darstellung, die ein Beispiel von durch eine Lärmmessung erhaltenen Lärmdaten zeigt.
19 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines überwachten Lärmniveaus zeigt.
20 ist eine grafische Darstellung, die den Effekt einer Kompensation einer Drehmomentwelligkeit zeigt.
21 ist eine grafische Darstellung, die den Effekt einer Lärmkompensation zeigt.
22 ist eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems einer vierten Ausführungsform.
23 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsberechnungseinheit der vierten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen einer Steuerungseinheit der vorliegenden Offenbarung, eines die Steuerungseinheit aufweisenden Motorsteuerungssystems und eines das Motorsteuerungssystem aufweisenden elektrischen Servolenkungssystems im Detail durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Anzumerken ist jedoch, dass, um zu vermeiden, dass die nachfolgende Beschreibung unnötig redundant wird, und um das Verständnis durch die Fachleute zu erleichtern, eine mehr als notwendig detaillierte Beschreibung in einigen Fällen weggelassen werden kann. Beispielsweise können detaillierte Beschreibungen von wohlbekannten Gegenständen und eine wiederholte Beschreibung von im Wesentlichen derselben Konfiguration weggelassen werden.
<Erste Ausführungsform>
Ein Motorsteuerungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform wird beschrieben, in welchem eine Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit zum Kompensieren einer Drehmomentwelligkeit als eine Kompensationsberechnungseinheit bereitgestellt ist und die Ausgabe der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit ein „Stromwert“ ist. Ein Motorsteuerungssystem der ersten Ausführungsform ist ein Steuerungssystem, welches beispielsweise einen bürstenlosen Dreiphasenmotor steuert. Nachfolgend wird zur Vereinfachung ein Fall beschrieben, in welchem sowohl ein d-Achsen-Strom Id als auch ein q-Achsen-Strom Iq positiv sind, d.h. ein Fall, in welchem die Drehung in einer Richtung erfolgt. Das Motorsteuerungssystem der vorliegenden Ausführungsform ist hauptsächlich in der Lage, eine Drehmomentwelligkeit zu verringern.
Im Allgemeinen hat der q-Achsen-Strom Iq einen größeren Einfluss auf die Drehmomenterzeugung in dem Dreiphasenmotor als der d-Achsen-Strom Id. Aus diesem Grund ist es zur Verringerung der Drehmomentwelligkeit bevorzugt, hauptsächlich den q-Achsen-Strom Iq zu steuern und dieses Steuerungssystem einzusetzen. Anzumerken ist, dass selbst in dem Fall eines Steuerungssystems, welches eine induzierte Spannung (BEMF: gegenelektromotorische Kraft) verringert, eine Regelung mit einer ähnlichen Konfiguration wie in der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Das heißt, dass es in dem Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung möglich ist, entweder lediglich den q-Achsen-Strom als einen Befehlswert zu verwenden oder sowohl den q-Achsen-Strom Iq als auch den d-Achsen-Strom Id als Befehlswerte zu verwenden. Anzumerken ist, dass in dieser Beschreibung die Erklärung des Steuerungsverfahrens hinsichtlich des d-Achsen-Stroms Id weggelassen wird.
1 ist eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems der ersten Ausführungsform und 2 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsberechnungseinheit der ersten Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt weist ein Motorsteuerungssystem 5 auf: einen Motordrehwinkelsensor 51, einen Wechselrichter 52 und eine Steuerungsberechnungseinheit 53. Die Steuerungsberechnungseinheit 53 funktioniert als eine sogenannte Stromsteuerungseinheit. Wie in 2 gezeigt weist die Steuerungsberechnungseinheit 53 auf: eine Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531, eine Strombegrenzungsberechnungseinheit 532, eine Spannungssteuerungsberechnungseinheit 533, eine Induktionsspannungskompensationsberechnungseinheit 534, eine Zwei-Achsen/DreiPhasen-Umwandlungseinheit 535, eine Totzeitkompensationsberechnungseinheit 536 und eine PWM-Steuerungsberechnungseinheit 537.
Das Motorsteuerungssystem 5 steuert einen Motor 1 durch den Wechselrichter 52. Der Motor 1 weist auf: einen Rotor 3, einen Stator 2 und einen Motordrehwinkelsensor 51. Der Motordrehwinkelsensor 51 detektiert den Drehwinkel des Rotors 3 des Motors 1. Der detektierte Drehwinkel des Rotors ist in einer willkürlichen Winkeleinheit dargestellt und wird angemessen aus einem mechanischen Winkel in einen elektrischen Motorwinkel θ oder aus einem elektrischen Motorwinkel θ in einen mechanischen Winkel umgewandelt. Die Beziehung zwischen dem mechanischen Winkel und dem elektrischen Motorwinkel θ wird durch die nachfolgende Beziehung ausgedrückt: elektrischer Motorwinkel θ = mechanischer Winkel x (Anzahl der magnetischen Pole/2). Anzumerken ist, dass als ein Sensor zum Detektieren der Drehung des Motors ein Winkelgeschwindigkeitssensor anstelle des Drehwinkelsensors bereitgestellt sein kann.
Das Motorsteuerungssystem 5 der vorliegenden Ausführungsform führt eine Steuerung durch, um den Stromwert (Ist-q-Achsen-Stromwert IQR), der in dem Wechselrichter 52 fließt, rückzukoppeln. Darüber hinaus kann das Motorsteuerungssystem 5, obwohl nicht gezeigt, ferner eine bekannte arithmetische Verarbeitung durchführen, wie etwa eine Feldabschwächungssteuerung. Das Motorsteuerungssystem 5 kann eine Drehmomentfluktuation in dem Motor 1 durch Durchführen einer Feldabschwächungssteuerung unterdrücken.
Ein Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel wird in das Motorsteuerungssystem 5 von außen eingegeben. Eine Zunahme oder eine Abnahme der Motorausgabe wird von außen durch Erhöhen oder Verringern des Ziel-q-Achsen-Stroms Iq_Ziel angewiesen. Das Motorsteuerungssystem 5 führt eine Strombegrenzung an dem eingegebenen Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel durch. Die Strombegrenzung wird durch die Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 verarbeitet. Die Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 empfängt den Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel und führt eine adaptive Steuerung durch, um den Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel (Ausgabewert) auf einen vorgegebenen Stromwert oder weniger zu begrenzen.
Wenn der Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel nicht begrenzt wird und den vorgegebenen Stromwert überschreitet, kann die an den Motor angelegte Spannung als ein Ergebnis einer nachfolgend beschriebenen Verarbeitung gesättigt werden. Wenn die an den Motor angelegte Spannung auf diese Weise gesättigt ist, ist kein Raum zum Addieren eines Kompensationsstromes, der eine Motordrehmomentfluktuation unterdrückt, zu dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel. Als Ergebnis davon besteht ein Problem darin, dass die Drehmomentwelligkeit scharf ansteigt und Betriebsgeräusche erzeugt werden. Um dieses Problem zu verhindern, ist es effektiv, Raum für den Kompensationsstrom durch Begrenzen des Ziel-q-Achsen-Stroms Iq_Ziel durch die Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 zu lassen. Die Sättigung der an den Motor angelegten Spannung tritt in Abhängigkeit von sowohl dem Motorstrom als auch der Motordrehwinkelgeschwindigkeit auf. Aus diesem Grund begrenzt die Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 der vorliegenden Ausführungsform den Motorstrom (Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel) unter Verwendung einer Funktion, die die Motordrehwinkelgeschwindigkeit als Parameter aufweist. Durch Durchführen einer derartigen Strombegrenzung wird Raum zum Kompensieren der Drehmomentwelligkeit zu jeder Zeit sichergestellt (wenn die Spannung nicht gesättigt ist). Aus diesem Grund wird eine leise und sanfte Drehung des Motors erzielt.
Im Einzelnen verringert die adaptive Steuerung durch die Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 den Bereich mit einer Funktion, die die Motordrehwinkelgeschwindigkeit als Parameter aufweist. Diese Funktion ist eine stetige Funktion in Bezug auf den eingegebenen Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel. Das heißt, dass die Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 nicht eine unstetige Begrenzung, wie etwa ein Abschneiden des Spitzenwertes des Stroms, durchführt, sondern eine kontinuierliche Bereichsverringerung durchführt, um den Strom für einen größeren eingegebenen Stromwert stärker einzuschränken. Anzumerken ist, dass die Funktion die für die Bereichsverringerung in der Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 verwendet wird, entweder eine Funktion sein kann, die eine lineare Verringerung darstellt, oder eine Funktion, die eine nichtlineare (und kontinuierliche) Verringerung darstellt. Die Verringerungsbreite der Bereichsverringerung ist die Verringerungsbreite zum Verringern eines Stromwerts i, so dass die folgende Ungleichung erfüllt ist. $Vsat > (Ls + R) i + ke ω$
Hier ist Vsat die Sättigungsspannung, Ls die Induktivität des Motors, R der Widerstand des Motors und keω die Induktionsspannung, die die Drehung des Motors begleitet.
Darüber hinaus ist in der adaptiven Steuerung durch die Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 bei einem Antrieb durch eine Batterieleistungszufuhr der Strombegrenzungswert aufgrund der Bereichsverringerung ein Grenzwert gemäß einer Batteriespannung Vbat. Die Batterieleistungszufuhr wird verwendet, wenn der Zufuhrbetrag durch einen Generator nicht ausreichend wird. Da die Batterieleistungszufuhr einen inneren Widerstand hat, verändert sich der innere Widerstand aufgrund einer Beeinträchtigung der Batterieleistungszufuhr und die effektive ausgegebene Spannung verändert sich. Aus diesem Grund wird eine adaptive Steuerung gemäß der Batteriespannung Vbat durchgeführt.
Das Motorsteuerungssystem 5 verwendet den Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel und eine Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors, um eine Drehmomentwelligkeitskompensationssteuerung durchzuführen. Die Drehmomentwelligkeitskompensationssteuerung wird von der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 verarbeitet. Die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 führt eine arithmetische Verarbeitung unter Verwendung des Ziel-q-Achsen-Stroms Iq_Ziel vor einer Korrektur und der Winkelgeschwindigkeit ω als Parameter durch. Die Winkelgeschwindigkeit ω wird auf der Grundlage des Drehwinkels des Rotors 3 berechnet, welcher von dem Motordrehwinkelsensor 51 detektiert wird. Im Einzelnen weist die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 einen Phasenkompensator 5311 auf. Darüber hinaus führt der Phasenkompensator 5311 die Drehmomentwelligkeitskompensationssteuerung durch. Anzumerken ist, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Funktionen der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 und des Phasenkompensators 5311 gleich sind.
Im Allgemeinen wird eine Drehmomentwelligkeit von einer Welligkeit im Strom beeinflusst. Aus diesem Grund ist es durch Durchführen einer Korrektur, wie etwa einer Überlagerung des Strombefehlswerts (Kompensationsstromes) zum Unterdrücken der Drehmomentwelligkeit im Voraus, an dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel, der den dem Motor 1 zugeführten Strom anzeigt, möglich, die Drehmomentwelligkeit zu unterdrücken, die in dem Motor 1 erzeugt wird (d.h., eine Drehmomentwelligkeitskompensation durchzuführen).
Die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 in der vorliegenden Ausführungsform weist eine sogenannte Wertetabelle auf. Die Wertetabelle bezieht sich auf die Winkelgeschwindigkeit ω und den Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel als Eingaben und gibt eine Verstärkung α und eine Phase β als Referenzwerte aus, die zu den Eingaben korrespondieren. Darüber hinaus berechnet die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 αsin6(θ + β), das in den nachfolgend beschriebenen Gleichungen (2) und (3) gezeigt ist, unter Verwendung der Ausgabereferenzwerte einer Verstärkung α und einer Phase β als Parameter. Dieses Berechnungsergebnis wird dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel überlagert, welcher, wie in 2 gezeigt, von der Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 und der nachfolgend beschriebenen Gleichung (2) ausgegeben wird, um einen korrigierten Ziel-q-Achsen-Strom Iq_korrekt zu berechnen, der ein neuer Strombefehlswert ist.
Als nächstes wird die wechselseitige Korrelation der Winkelgeschwindigkeit ω, des Ziel-q-Achsen-Stroms Iq_Ziel, der Verstärkung α und der Phase β beschrieben. 3 ist ein Verstärkungscharakteristikdiagramm für den Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel. 4 ist ein Phasenkurvendiagramm für den Ziel-q-Achsen-Strom. Das Verstärkungscharakteristikdiagramm von 3 und das Phasenkurvendiagramm von 4 zeigen jeweils eine Verzögerungscharakteristik erster Ordnung. Anzumerken ist jedoch, dass die Verstärkung α und die Phase β durch eine Charakteristik erhalten werden können, in welcher eine Verzögerung zweiter oder höherer Ordnung berücksichtigt wird.
Das Phasenkurvendiagramm in 4 wird erhalten durch Durchführen einer Normierung mit dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel, welcher als Anfangswert eingestellt ist. In 3 stellt die horizontale Achse die Winkelgeschwindigkeit ω dar und die vertikale Achse stellt den Wert der Verstärkung α(ω) dar. In 4 stellt die horizontale Achse die Winkelgeschwindigkeit ω dar und die vertikale Achse stellt die Phase β(ω) dar. Hier ist der Strom (Kompensationswert) zum Kompensieren der Drehmomentwelligkeit eine Sinuswelle und wird durch Annäherung unter Verwendung der sechsten harmonischen Komponente dargestellt, die in der Vibrationskomponente der Drehmomentwelligkeit dominant ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der korrigierte Ziel-q-Achsen-Stromwert Iq_korrekt durch die folgende Gleichung (2) unter Verwendung des Ziel-q-Achsen-Stroms Iqt_Ziel vor der Korrektur und des elektrischen Motorwinkels θ (θ = ωt) als Variable ausgedrückt. Anzumerken ist, dass t eine Variable ist, die die Zeit darstellt. $lq_korrekt = lq_Ziel + α sin 6 (θ + β)$
Darüber hinaus werden die Verstärkung α(ω) und die Phase β(ω) durch den folgenden arithmetischen Ausdruck (3) unter Verwendung einer Wertetabelle dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Verstärkung α(ω) und die Phase β(ω) durch Durchführen einer arithmetischen Verarbeitung unter Verwendung einer 2D-Karte berechnet, wobei der Absolutwert des Ziel-q-Achsen-Stroms Iq_Ziel vor der Korrektur U1 beträgt und der Absolutwert der Winkelgeschwindigkeit ω U2 beträgt. Darüber hinaus zeigt 5 ein Beziehungsdiagramm der arithmetischen Verarbeitung zu diesem Zeitpunkt. Anzumerken ist, dass die Winkelgeschwindigkeit ω auf der Grundlage des elektrischen Motorwinkels θ berechnet wird, der durch den Motordrehwinkelsensor 51 erhalten wird. $\begin{array}{l} α sin 6 (θ + β) \\ α = Wertetabbelle_α (lq_Ziel, ω) \\ β = Wertetabelle_β (lq_Ziel, ω) \end{array}$
Wie in 5 gezeigt werden der Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel und die Winkelgeschwindigkeit ω in die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 eingegeben und der Absolutwert U1 des Ziel-q-Achsen-Stroms Iq_Ziel und der Absolutwert U2 der Winkelgeschwindigkeit ω werden berechnet. Die Wertetabelle (2D-Karte) gibt die Werte der korrespondierenden Verstärkung α und Phase β aus den Absolutwerten U1 und U2 aus.
Die Wertetabelle (2D-Karte), die in 5 gezeigt ist, wird beispielsweise für jedes der Produkte, die das Motorsteuerungssystem 5 und den Motor 1 aufweisen, vorzugsweise durch Messen der Übertragungscharakteristiken durch individuelle Messungen vor einer Produktauslieferung erzeugt und die Wertetabelle wird individuell auf der Grundlage der gemessenen Übertragungscharakteristiken erzeugt. Anzumerken ist jedoch, dass als die Wertetabelle (2D-Karte) die Übertragungscharakteristiken desselben Typs von Motoren 1 und Motorsteuerungssystemen 5 als ein repräsentativer Wert oder ein Durchschnittswert gemessen werden können und dass eine Wertetabelle, die auf der Grundlage der Übertragungscharakteristiken erzeugt wird, unter demselben Typ von Motoren 1 weit verbreitet verwendet werden kann. Alternativ kann eine Allgemeinzweck-Wertetabelle für mehrere Typen von Motoren 1 und Motorsteuerungssystemen 5 verwendet werden, von welchen bekannt ist, dass sie einander ähnliche Übertragungscharakteristiken aufweisen.
Die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 berechnet einen Kompensationswert αsin6(θ + β) in den Ausdrücken (2) und (3) unter Verwendung von Werten, die von der Wertetabelle ausgegeben werden, und gibt den berechneten Wert aus. Der Kompensationswert αsin6(θ + β), der von der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 ausgegeben wird, wird dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel vor der Korrektur, der von der Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 ausgegeben wird, überlagert.
Das Motorsteuerungssystem 5 der vorliegenden Ausführungsform addiert den Kompensationswert des q-Achsen-Stromwerts, der von der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 ausgegeben wird, zu dem q-Achsen-Stromwert, der von der Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 verarbeitet wird. Anzumerken ist, dass der Kompensationswert αsin6(θ + β) ein Wert ist, der verwendet wird, um die Komponente des q-Achsen-Stroms auszulöschen, die der Drehmomentwelligkeit zuzuschreiben ist. Das heißt, der Kompensationswert αsin6(θ + β) wird auf der Grundlage einer Winkelgeschwindigkeitskomponente und einer Gegenphasenkomponente der sechsten harmonischen Komponente des Befehlswerts (Ordnungskomponente der Drehmomentwelligkeit) berechnet.
Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform erhält die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 basierend auf der Beziehung, in welcher die inverse Charakteristik der Stromsteuerungseinheit in die Verstärkung und die Phase (Voreilwinkel) aufgeteilt ist, Werte zum Einstellen der Verstärkung und der Phase und der Kompensationswert basierend auf diesen Werten wird dem Befehlswert überlagert. Die Drehmomentwelligkeit wird unterdrückt durch Durchführen einer Kompensation aus Sicht sowohl des Voreilwinkels (d.h. einer Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit) als auch der Drehmomentwelligkeit (d.h. einer Amplitude der Drehmomentwelligkeit). Wie vorangehend beschrieben erzeugt die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 einen Kompensationswert zum Durchführen an dem Befehlswert des q-Achsen-Stroms einer Kompensation der Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit durch eine Voreilwinkelsteuerung (nachfolgend als eine Voreilwinkelkompensation bezeichnet) und einer Drehmomentwelligkeitskompensation durch Addieren einer Gegenphasenkomponente der Drehmomentwelligkeit. Da die Ordnungskomponente der Drehmomentwelligkeit eine hochfrequente Komponente, wie etwa die sechste harmonische Komponente, des Befehlswerts ist, arbeitet die Reaktionsfähigkeitskompensation durch eine Voreilwinkelsteuerung effektiv. Darüber hinaus ist der Wert β in der Voreilwinkelsteuerung, die von der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 verarbeitet wird, ein Wert, der die Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit kompensiert, und ist daher normalerweise ein Wert, der verschieden von 180° ist.
Darüber hinaus subtrahiert das Motorsteuerungssystem 5 den Ist-q-Achsen-Stromwert IQR, der durch den Wechselrichter fließt, von dem q-Achsen-Stromwert, zu welchem der Kompensationswert, wie vorangehend beschrieben, addiert worden ist, und berechnet eine Stromabweichung Iq_err des q-Achsen-Stroms. Das heißt, dass das Motorsteuerungssystem 5 der vorliegenden Ausführungsform eine Regelung zum Steuern der Ausgabe und dergleichen des Motors durch Durchführen einer PI-Regelung, beispielsweise unter Verwendung der Stromabweichung Iq_err des q-Achsen-Stroms, durchführt.
Anzumerken ist, dass während der Kompensationswert αsin6(θ + β) zu dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel nach einer Strombegrenzung in der vorangehenden Beschreibung addiert wird, der Kompensationswert αsin6(θ + β) zu dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel vor einer Strombegrenzung addiert werden kann und dass die Strombegrenzung danach durchgeführt werden kann, oder der Kompensationswert αsin6(θ + β) zu der Stromabweichung Iq_err zwischen dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel und dem Ist-q-Achsen-Stromwert IQR addiert werden kann.
Wie vorangehend beschrieben, führt das Motorsteuerungssystem 5 der ersten Ausführungsform eine Steuerung zum Kompensieren der Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit im Voraus durch. Das heißt, das Motorsteuerungssystem 5 verwendet die Regelung zum Durchführen einer Drehmomentwelligkeitskompensation und einer Voreilwinkelkompensation. Darüber hinaus wird die Voreilwinkelkompensation auf der Grundlage des Parameters, welcher unter Verwendung der Gegenphasenkomponente der Ordnungskomponente der Drehmomentwelligkeit am Ziel-Stromwert und der Winkelgeschwindigkeitskomponente berechnet wird, durch. In der vorliegenden Ausführungsform wird basierend auf der Beziehung, in welcher die inverse Charakteristik der Stromsteuerungseinheit in die Verstärkung und die Phase aufgeteilt wird, die Verstärkung zum Einstellen (der Amplitude) der Drehmomentwelligkeit berechnet und die Phase zum Einstellen des Voreilwinkels wird berechnet. Anschließend wird ein Kompensationswert, der diese Werte verwendet, abgeleitet.
Unter Verwendung dieses Kompensationswertes werden die Drehmomentwelligkeitskompensation für eine Kompensation im Hinblick auf eine Amplitude und eine Voreilwinkelkompensation für eine Kompensation im Hinblick auf eine Phase an der Drehmomentwelligkeit, die in dem Motor 1 erzeugt wird, durchgeführt. Hiermit ist es möglich, die Empfindlichkeit gegenüber einem Quantisierungsrauschen und Sensorrauschen, die in einer Hochpassfilterberechnung in dem Motorsteuerungssystem 5 auftreten, zu verringern. Als Ergebnis davon wird die Drehmomentwelligkeit verringert und eine Verschlechterung der Betriebsgeräusche wird verhindert. Darüber hinaus verbessert das Vorangehende ebenfalls die Robustheit der Motorsteuerung.
Darüber hinaus wird, da die Drehmomentwelligkeitskompensation unter Verwendung der Gegenphasenkomponente der Ordnungskomponente der Drehmomentwelligkeit am Stromwert durchgeführt wird, die Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit im Niedrigdrehzahlbereich des Motors verbessert. Dann wird, da der Parameter unter Verwendung von nicht nur der vorangehend beschriebenen Gegenphasenkomponente des Stromwerts, sondern ebenso der Winkelgeschwindigkeitskomponente berechnet wird, die Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit selbst in dem Hochdrehzahlbereich des Motors verbessert. Dementsprechend wird die Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit ebenso in einem weiten Bereich von einer niedrigen Drehzahl zu einer hohen Drehzahl verbessert.
Als das Verfahren zum Kompensieren der Drehmomentwelligkeit unter Verwendung der Gegenphasenkomponente des Stromwertes, die vorangehend beschrieben wurde, sind ein Verfahren zum Addieren eines Kompensationswertes zu einem Motorstrombefehlswert und ein Verfahren zum Addieren eines Kompensationswertes zu einem auf einen Motor angewandten Spannungsbefehlswert bekannt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Kompensationswert zu dem Motorstrombefehlswert addiert. Als Ergebnis davon wird eine stabile Drehmomentfluktuationskorrektur unabhängig von Motorcharakteristikfluktuationen durchgeführt.
Nach dem Erhalten der Stromabweichung Iq_err des q-Achsen-Stroms, wie vorangehend beschrieben, führt das Motorsteuerungssystem 5 eine Spannungssteuerung zum Berechnen eines auf einen Motor angewandten Spannungsbefehlswerts auf der Grundlage der Stromabweichung Iq_err des q-Achsen-Stroms durch. Eine Spannungssteuerung wird durch die Spannungssteuerungsberechnungseinheit 533 durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine PI-Regelung als eine Spannungssteuerung verwendet. Anzumerken ist, dass die Spannungssteuerung nicht auf eine PI-Regelung begrenzt ist und dass andere Steuerungsverfahren, wie etwa eine PID-Regelung, angewendet werden können. Die Spannungssteuerungsberechnungseinheit 533 berechnet einen q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ1 durch eine q-Achsen-PI-Regelungseinheit 5331 auf der Grundlage der Stromabweichung Iq_err des q-Achsen-Stroms und addiert ein Nicht-Interferenzelement COR_Q, welches von einer Nicht-Interferenz-Verarbeitungseinheit 5332 ausgegeben wird, zu dem q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ1, um einen q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ2 zu berechnen. Das Nicht-Interferenzelement COR_Q ist ein Stromelement, welches hinzugefügt wird, um zu verhindern, dass der d-Achsen-Strom (die d-Achsen-Spannung) und der q-Achsen Strom (die q-Achsen-Spannung) miteinander interferieren.
Dann führt das Motorsteuerungssystem 5 eine Induktionsspannungskompensation an dem q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ2 durch. Die Induktionsspannungskompensation wird durch die Induktionsspannungskompensationsberechnungseinheit 534 durchgeführt. Wenn der Motor angetrieben wird, wird der Motor unter Berücksichtigung des Einflusses der Induktionsspannung des Motors zusätzlich zu dem durch den Motor fließenden Strom gesteuert. Die Induktionsspannungskompensationsberechnungseinheit 534 führt eine Voreilwinkelsteuerung basierend auf dem Kehrwert der induzierten Spannung (BEMF) durch, die in dem Motor erzeugt wird, um die induzierte Spannung (BEMF) zu kompensieren.
Das heißt, dass die Induktionsspannungskompensationsberechnungseinheit 534 den Kehrwert der induzierten Spannung (BEMF), die in dem Motor erzeugt wird, erhält und basierend auf dem Kehrwert den Kompensationswert zum Durchführen der Kompensation (Voreilwinkelkompensation) berechnet, um den Voreilwinkel der Spannung (oder des Stromes) einzustellen. In der vorliegenden Ausführungsform addiert die Induktionsspannungskompensationsberechnungseinheit 534 den Kompensationswert für die Induktionsspannungskompensation zu dem q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ2, um einen q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ3 zu berechnen. Anzumerken ist, dass, wenn ein Kompensationswert basierend auf dem Kehrwert des Induktionsspannungsmodells verwendet wird, der Kompensationswert von dem q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ2 subtrahiert anstatt zu diesem addiert werden kann. Darüber hinaus kann dieser Kompensationswert zu dem Spannungswert jeder Phase nach der Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung addiert werden.
Darüber hinaus führt das Motorsteuerungssystem 5 eine Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung an dem q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ3 durch. Die Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung wird durch die Zwei-Achsen/DreiPhasen-Umwandlungsberechnungseinheit 535 auf der Grundlage des elektrischen Motorwinkels θ durchgeführt. Die Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlungsberechnungseinheit 535 berechnet die korrespondierende q-Achsen-Spannung und die d-Achsen-Spannung auf der Grundlage des q-Achsen-Spannung-Befehlswerts VQ3 und wandelt die Spannungen in Spannungsbefehlswerte in drei Phasen, der U-, V- und W-Phase um.
Anschließend führt das Motorsteuerungssystem eine Totzeitkompensation auf der Grundlage des Spannungsbefehlswerts jeder Phase durch, die von der Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlungsberechnungseinheit 535 ausgegeben werden. Die Totzeitkompensation wird durch die Totzeitkompensationsberechnungseinheit 536 durchgeführt. Zuerst führt die Totzeitkompensationsberechnungseinheit 536 in einer Mittelpunktmodulationseinheit 5363 eine Berechnung durch eine Mittelpunktmodulation durch, in welcher eine höhere Harmonische (zum Beispiel eine dritte Harmonische), die ein n-Faches der fundamentalen Welle der Spannung ist, überlagert wird. n ist hier eine positive ganze Zahl. Durch Durchführen der Mittelpunktmodulation nähert sich die Spannungswellenform einer Trapez-Wellenform von einer Sinuswellenform an. Dies verbessert das effektive Spannungsverhältnis in dem Wechselrichter 52.
Als nächstes führt die Totzeitkompensationsberechnungseinheit 536 eine Totzeitkompensation durch. Bis zu der Mittelpunktmodulationseinheit 5363 wird die vorangehend beschriebene Verarbeitung für die Stromabweichung Iq_err durchgeführt und eine Spannungskomponente, die die Stromabweichung Iq_err verringert, wird berechnet. Demgegenüber empfängt eine Ziel-Iq-Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlungseinheit 5362 den Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel und führt eine Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung an dem Spannungsbefehlswert durch, der zu dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel korrespondiert. Das heißt, die Ziel-Iq-Zwei-Achsen/DreiPhasen-Umwandlungseinheit 5362 berechnet die q-Achsen-Spannung und die d-Achsen-Spannung, die zu dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel korrespondieren, und wandelt die Spannungen in Spannungsbefehlswerte in drei Phasen, der U-, V -und W-Phase, um.
Ähnlich der Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung in der Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlungsberechnungseinheit 535 wird der elektrische Motorwinkel ebenso in der Berechnung in der Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung der Ziel-Iq-Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlungseinheit 5362 verwendet. Anzumerken ist jedoch, dass in dem Motorsteuerungssystem 5 der vorliegenden Ausführungsform ein elektrischer Motorwinkel θ2, der durch Unterziehen des von dem Sensor detektierten elektrischen Motorwinkels θ einer Phasenkompensation erhalten wird, als der elektrische Motorwinkel verwendet wird, der in die Ziel-IQ-Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlungseinheit 5362 eingegeben wird. Die Phasenkompensation wird durch einen Korrekturphasenkompensator 5361 durchgeführt und die Phasenkompensation wird durchgeführt, um die Phasenverschiebung der Spannung aufgrund der Drehung des Motors zu kompensieren.
Schließlich führt das Motorsteuerungssystem eine PWM-Steuerung auf der Grundlage von Spannungsbefehlswerten durch, die von der Totzeitkompensationsberechnungseinheit 536 ausgegeben werden. Ein PWM-Steuerungsbefehlswert wird durch die PWM-Steuerungsberechnungseinheit 537 berechnet. Die PWM-Steuerungsberechnungseinheit 537 steuert die Spannung des Wechselrichters 52 auf der Grundlage des berechneten Befehlswertes. Durch die PWM-Steuerung fließt ein Strom, der zu dem vorangehend erwähnten Strombefehlswert korrespondiert, zu dem Motor 1. Anzumerken ist, dass wie vorangehend beschrieben, der Ist-q-Achsen-Stromwert IQR, der in dem Wechselrichter 52 fließt, rückgekoppelt wird.
Anzumerken ist, dass in dem vorliegenden System eine Verarbeitung, wie etwa die Spannungssteuerung, die Induktionsspannungskompensation, die Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung, die Totzeitkompensation und die PWM-Steuerung, die vorangehend beschrieben wurden, nicht auf das Vorangehende beschränkt ist und dass eine bekannte Technik als die Verarbeitung angewendet werden kann. Darüber hinaus können in dem vorliegenden System diese Kompensationen und Steuerungen, falls erforderlich, weggelassen werden. Darüber hinaus wird in der nachfolgenden Beschreibung eine Kombination dieser Elemente (d.h. eine Verarbeitung, wie etwa die vorangehend erwähnte Spannungssteuerung, Induktionsspannungskompensation, Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung, die Totzeitkompensation und die PWM-Steuerung) als ein Steuerungselement C (S) bezeichnet. Anzumerken ist, dass eine Kombination lediglich der Hauptblöcke zum Durchführen einer Regelung, wie etwa einer PI-Regelung, als das Steuerungselement C (S) behandelt werden kann. Anzumerken ist, dass eine Kombination des Motors und des Wechselrichters als ein Anlagenelement P (S) bezeichnet wird.
6 zeigt ein Ergebnis, das durch eine Simulation im Hinblick auf die vorangehend beschriebene erste Ausführungsform erhalten ist. 6 ist eine grafische Darstellung, die die Variation der Komponente 24. Ordnung des Drehmoments (Komponente sechster Ordnung des elektrischen Winkels) in Bezug auf die Drehzahl des Motors zeigt. In dieser Simulation betrug der Drehzahlbereich 0 [min^-1] bis 3000 [min^-1] und das Ergebnis der Drehmomentwelligkeit wurde in vier Kombinationen erhalten, in welchen zwei Muster einer Totzeit, die AN und AUS sind, und zwei Muster einer Drehmomentfluktuationskorrektur, die AN und AUS sind, miteinander kombiniert sind. Wie aus 6 ersichtlich wird, wenn sowohl die Totzeitkompensation als auch die Drehmomentfluktuationskorrektur eingeschaltet sind, die Fluktuation des Motordrehmoments (d.h. die Drehmomentwelligkeit) klein. Dementsprechend ist ersichtlich, dass die erste Ausführungsform eine Verringerung der Drehmomentwelligkeit und eine geringe Geräuschentwicklung im Betrieb erzielt.
<Zweite Ausführungsform>
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, in welcher die Ausgabe einer Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit ein „Spannungswert“ ist. Ein Motorsteuerungssystem der zweiten Ausführungsform ist ein Steuerungssystem für einen bürstenlosen Dreiphasenmotor. Anzumerken ist, dass obwohl eine Beschreibung von Inhalten, die ähnlich der ersten Ausführungsform sind, nachfolgend weggelassen werden können, ein ähnliches oder anderes Verfahren verwendet werden kann. Anzumerken ist, dass in der vorliegenden Ausführungsform, ähnlich der ersten Ausführungsform, eine Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 und ein Phasenkompensator 5311 dieselben Funktionen aufweisen.
7 ist eine schematische Darstellung des Motorsteuerungssystems der zweiten Ausführungsform und 8 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsberechnungseinheit der zweiten Ausführungsform. Wie in 7 gezeigt weist ein Motorsteuerungssystem 5 auf: einen Motordrehwinkelsensor 51, einen Wechselrichter 52 und eine Steuerungsberechnungseinheit 53. Wie in 8 gezeigt weist die Steuerungsberechnungseinheit 53 auf: eine Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531, eine Strombegrenzungsberechnungseinheit 532, eine Spannungssteuerungsberechnungseinheit 533, eine Induktionsspannungskompensationsberechnungseinheit 534, eine Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlungseinheit 535, eine Totzeitkompensationsberechnungseinheit 536 und eine PWM-Steuerungsberechnungseinheit 537. Das Motorsteuerungssystem führt eine Regelung zum Rückkoppeln des Stromwerts des Wechselrichters 52 durch. Darüber hinaus kann das Motorsteuerungssystem 5, obwohl nicht gezeigt, ebenso eine bekannte arithmetische Verarbeitung, wie etwa eine Feldabschwächungssteuerung, durchführen. Das Motorsteuerungssystem 5 kann eine Drehmomentfluktuation in dem Motor 1 durch Durchführen einer Feldabschwächungssteuerung unterdrücken.
Ein Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel wird in das Motorsteuerungssystem 5 von außen eingegeben. Eine Zunahme oder Abnahme der Motorausgabe wird von außerhalb durch Erhöhen oder Verringern des Ziel-q-Achsen-Stroms Iq_Ziel angewiesen. Das Motorsteuerungssystem 5 führt eine Strombegrenzungsverarbeitung an dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel durch. Anschließend führt das Motorsteuerungssystem eine Regelung zum Subtrahieren des rückgekoppelten Ist-q-Achsen-Stromwerts IQR von dem q-Achsen-Strom nach der Strombegrenzung durch.
Darüber hinaus führt das Motorsteuerungssystem 5 eine Spannungssteuerung an einer Stromabweichung Iq_err durch, die durch die Regelung erhalten wird. Die Spannungssteuerungsberechnungseinheit 533 berechnet einen Spannungsbefehlswert VQ1 auf der Grundlage der Stromabweichung Iq_err durch und addiert ferner ein Nicht-Interferenzelement COR_Q, welches eine wechselseitige Interferenz zwischen der d-Achse und der q-Achse unterdrückt, zu dem Spannungsbefehlswert VQ1. Anschließend addiert die Induktionsspannungskompensationsberechnungseinheit 534 einen Kompensationswert für eine Induktionsspannungskompensation zu einem q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ2.
Darüber hinaus berechnet in dem Motorsteuerungssystem 5 die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 einen Korrekturspannungswert (Drehmomentwelligkeitskompensationswert) zum Unterdrücken der Drehmomentwelligkeit auf der Grundlage des Ziel-q-Achsen-Stroms Iq_Ziel und einer Winkelgeschwindigkeit ω. Anschließend addiert das Motorsteuerungssystem 5 abweichend von der ersten Ausführungsform in der zweiten Ausführungsform den vorangehend beschriebenen Spannungskorrekturwert zu einer Ausgabe VQ3 (d.h. einem aufsummierten Wert von VQ2 und dem Induktionsspannungskompensationswert) der Induktionsspannungskompensationsberechnungseinheit 534. Als Ergebnis davon kann das Motorsteuerungssystem 5 die Drehmomentwelligkeit in dem Motor 1 durch Addieren des Kompensationswertes zum Unterdrücken der Drehmomentwelligkeit zu dem Spannungsbefehlswert für den Wechselrichter 52 unterdrücken.
Wie vorangehend beschrieben führt das Motorsteuerungssystem 5 der zweiten Ausführungsform eine Drehmomentwelligkeitskompensation zum Kompensieren der Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit im Voraus durch. Das heißt, dass das Motorsteuerungssystem 5 eine Drehmomentwelligkeitskompensation und eine Voreilwinkelkompensation unter Verwendung einer Regelung durchführt. Ähnlich der ersten Ausführungsform wird die Voreilwinkelkompensation auf der Grundlage des Parameters durchgeführt, welcher unter Verwendung der Gegenphasenkomponente der Ordnungskomponente der Drehmomentwelligkeit an dem Ziel-Stromwert und der Winkelgeschwindigkeitskomponente berechnet wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird basierend auf der Beziehung, in welcher die inverse Charakteristik der Stromsteuerungseinheit in die Elemente einer Verstärkung und Phase aufgeteilt wird, eine Kompensation durchgeführt, um die Verstärkung auf einen zu dem Ziel-Stromwert korrespondierenden Wert einzustellen, und die Phase auf den Stromvoreilwinkeleinstellwert einzustellen. Eine derartige Kompensation ermöglicht eine Verringerung der Sensitivität gegenüber Quantisierungsrauschen und Sensorrauschen, die eine Hochpassfilterungsberechnung in dem Motorsteuerungssystem begleiten. Als Ergebnis davon ist eine in dem Motor erzeugte Drehmomentwelligkeit verringert und eine Beeinträchtigung der Geräuschentwicklung im Betrieb wird verhindert. Darüber hinaus wird ebenso die Robustheit einer Steuerung in dem Motorsteuerungssystem verbessert.
Darüber hinaus wird in der zweiten Ausführungsform, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, da die Drehmomentwelligkeitskompensation, bei welcher der Kompensationswert auf der Grundlage der Gegenphasenkomponente der Ordnungskomponente der Drehmomentwelligkeit am Strombefehlswert berechnet wird, durchgeführt wird, die Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit in dem Niedrigdrehzahlbereich des Motors verbessert. Dann wird in der zweiten Ausführungsform, ähnlich der ersten Ausführungsform, da der Parameter basierend nicht nur auf der Gegenphasenkomponente des Stromwerts, sondern ebenso auf der Winkelgeschwindigkeit ω berechnet wird, die Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit selbst im Hochdrehzahlbereich des Motors verbessert. Dementsprechend wird die Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit auch in einem weiten Bereich von einer niedrigen Drehzahl zu einer hohen Drehzahl verbessert.
Der Unterschied zwischen der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform besteht hier darin, dass die Ausgabe aus der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 von einem Stromwert zu einem Spannungswert verändert wird und dass Additionspunkte im Steuerungsfluss dementsprechend verändert sind. Als Ergebnis davon besteht ein Vorteil darin, dass die Drehmomentfluktuation leicht eingestellt werden kann, da die Ausgabe durch die Drehmomentfluktuationskompensation lediglich durch die elektrischen Charakteristiken des Motors bestimmt sind. Darüber hinaus besteht ein weiterer Vorteil darin, dass, da der Kompensationswert der Drehmomentwelligkeit zu dem Spannungswert addiert wird, die arithmetische Verarbeitung schneller ist als wenn der Kompensationswert zu dem Stromwert addiert wird.
Anzumerken ist, dass, da die Stromsteuerung, die Induktionsspannungskompensation, die Zwei-Achsen/Drei-Phasen-Umwandlung, die Totzeitkompensation und die PWM-Steuerung in der zweiten Ausführungsform ähnlich denjenigen in der ersten Ausführungsform sind, deren Beschreibung weggelassen wird. Anzumerken ist, dass in der zweiten Ausführungsform bekannte Techniken auf diese Kompensationen und Steuerungen angewendet werden können. Darüber hinaus können in der zweiten Ausführungsform diese Kompensationen und Steuerungen, falls notwendig, weggelassen werden. Darüber hinaus kann eine Kombination dieser Elemente als ein Steuerungselement C (S) behandelt werden und eine Kombination von lediglich den Hauptblöcken zum Durchführen einer Regelung als das Steuerungselement C (S) behandelt werden kann. Anzumerken ist, dass eine Kombination des Motors und des Wechselrichters als ein Anlagenelement P (S) bezeichnet wird.
<Andere Ausführungsformen>
Als nächstes werden andere Ausführungsformen beschrieben. Die in den anderen Ausführungsformen beschriebenen Inhalte sind auf sowohl die erste Ausführungsform als auch die zweite Ausführungsform anwendbar.
Hier wird ein Überblick über einen Motor gegeben, der durch die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen steuerbar ist. 9a ist eine Draufsicht auf einen ersten Motor gemäß der vorliegenden Ausführungsform und 9b ist eine Draufsicht auf einen zweiten Motor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Jeder der Motoren 1, die in den 9a und 9b gezeigt sind, weist einen Stator 2 und einen Rotor 3 auf. Wie in den 9a und 9b gezeigt, ist der Motor 1 ein Innenrotor. Anzumerken ist, dass zusätzlich zu dem Innenrotor eine Außenrotorstruktur als der Motor 1 verwendet werden kann. Der erste Motor 1, der in 9a gezeigt ist, ist ein Motor mit einem inneren Permanentmagneten (IPM) und der zweite Motor 1, der in 9b gezeigt ist, ist ein Motor mit einem Oberflächenpermanentmagneten (SPM).
Der Stator 2 weist eine zylindrische Außengestalt auf, die sich in der axialen Richtung erstreckt. Der Stator 2 ist außerhalb des Rotors 3 in der radialen Richtung mit einem vorgegebenen Zwischenraum von dem Rotor 3 angeordnet. Der Stator 2 weist einen Statorkern 21, einen Isolator 22 und eine Spule 23 auf. Der Statorkern 21 ist ein rohrförmiges Element, das sich in der axialen Richtung erstreckt. Der Statorkern 21 ist durch Stapeln mehrerer magnetischer Stahlplatten in der axialen Richtung gebildet. Der Statorkern 21 weist einen Kernrücken 21a und Zähne (nicht gezeigt) auf. Der Kernrücken 21a ist ein ringförmiger Abschnitt. Die Zähne erstrecken sich nach radial innen von einer Innenumfangsfläche des Kernrückens 21a. Mehrere Zähne sind Seite an Seite in vorgegebenen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Darüber hinaus wird der Raum zwischen benachbarten Zähnen als ein Schlitz S bezeichnet. In dem in den 9a und 9b gezeigten Motor 1 sind beispielsweise 12 Schlitze S bereitgestellt.
Der Rotor 3 weist eine zylindrische Außengestalt auf, die sich in der axialen Richtung erstreckt. Der Rotor 3 ist innerhalb des Stators 2 in der radialen Richtung mit einem vorgegebenen Zwischenraum von dem Stator 2 angeordnet. Der Rotor 3 weist eine Welle 31, einen Rotorkern 40 und einen Magneten 32 auf. Der Rotor 3 dreht sich um die Welle 31, die sich in der Aufwärts-Abwärts-Richtung (Richtung, die orthogonal zu der Zeichenebene der 9a und 9b ist) erstreckt. Der Rotorkern 40 ist ein zylindrisches Element, welches sich in der axialen Richtung erstreckt. Die Welle 31 ist in ein Loch 41d eingeführt, welches sich an der Mitte des Rotorkerns 40 in der radialen Richtung befindet. Der Rotorkern 40 ist durch Stapeln mehrerer magnetischer Stahlplatten in der axialen Richtung konfiguriert. Der Magnet 32 ist innerhalb des Rotorkerns 40 in dem in 9a gezeigten ersten Motor 1 angeordnet und ist an der Fläche des Rotorkerns 40 in dem in 9b gezeigten zweiten Motor 1 angebracht. Mehrere Magneten 32 sind Seite an Seite in vorgegebenen Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. In jedem der in den 9a und 9b gezeigten Motoren 1 sind beispielsweise acht Magneten 32 bereitgestellt. Das heißt, dass in jedem der in den 9a und 9b gezeigten Motoren 1 die Anzahl der Pole P acht beträgt.
Die magnetischen Eigenschaften des Motors unterscheiden sich in Abhängigkeit von der Anzahl der Pole P und der Anzahl der Schlitze S, die vorangehend beschrieben wurden. Ursachen für Lärm im Betrieb schließen hier hauptsächlich eine Radialkraft und eine Drehmomentwelligkeit ein. In dem Fall eines 8P12S-Motors, der acht Pole P und 12 Schlitze es aufweist, löschen sich radiale Kräfte, die radiale Komponenten der elektromagnetischen Kraft sind, die zwischen dem Rotor und dem Stator erzeugt wird, gegenseitig auf, so dass daher eine Drehmomentwelligkeit die Hauptursache für Lärm im Betrieb ist. Mit anderen Worten, durch Kompensieren der Drehmomentwelligkeit alleine mit dem vorangehend beschriebenen Motorsteuerungssystem kann Lärm im Betrieb des 8P12S-Motors effizient verringert werden. Dementsprechend ist das Motorsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung insbesondere für 8P12S-Motoren nützlich.
Da eine Radialkraftauslöschung besonders effektiv in SPM-Motoren ist, ist das Motorsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung insbesondere in SPM-Motoren nützlich. Genauer gesagt tritt in SPM-Motoren ein Reluktanz-Drehmoment nicht auf und lediglich ein magnetisches Drehmoment liefert einen Beitrag. Aus diesem Grund wird durch Anwenden der vorliegenden Erfindung eine Vibrationsverringerung durch Kompensieren des magnetischen Drehmoments allein erzielt. Im Gegensatz dazu ist, da die Auslöschung einer Radialkraft nicht ein Effekt ist, der ausschließlich in SPM-Motoren und 8P12S-Motoren auftritt, sondern ein Effekt ist, der ebenso in IPM-Motoren oder 10P12S-Motoren auftritt, das Motorsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung beispielsweise ebenso nützlich in IPM-Motoren oder ist ebenso nützlich beispielsweise in 10P12S-Motoren.
Als nächstes wird ein Überblick über eine elektrische Servolenkungsvorrichtung beschrieben. Wie in 10 gezeigt wird in der vorliegenden Ausführungsform eine säulenartige elektrische Servolenkungsvorrichtung als Beispiel herangezogen. Eine elektrische Servolenkungsvorrichtung 9 ist an einem Lenkmechanismus für Fahrzeugräder montiert. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 9 ist eine säulenartige Servolenkungsvorrichtung, die direkt die Lenkkraft durch die Leistung eines Motors 1 verringert. Die elektrische Servolenkungsvorrichtung 9 weist auf: den Motor 1, eine Lenkwelle 914 und eine Achse 913.
Die Lenkwelle 914 überträgt eine Eingabe von einer Lenkung 911 auf die Achse 913, welche Räder 912 aufweist. Die Leistung des Motors 1 wird auf die Lenkwelle 914 durch eine Kupplung 915 übertragen, die Zahnräder und dergleichen aufweist. Der in der säulenartigen elektrischen Servolenkungsvorrichtung 9 verwendete Motor 1 ist innerhalb eines Motorraums (nicht gezeigt) bereitgestellt. Anzumerken ist, dass während die elektrische Servolenkungsvorrichtung 9, die in 10 gezeigt ist, beispielhaft säulenartig ist, die elektrische Servolenkungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung von einem Zahnstangentyp sein kann.
In einer Anwendung, wie etwa der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 9, die eine geringe Drehmomentwelligkeit und eine geringe Lärmentwicklung im Betrieb erfordert, können hier beide Effekte durch eine Steuerung des Motors 1 mit dem vorangehend beschriebenen Motorsteuerungssystem 5 erzielt werden. Der Grund dafür ist, dass der Effekt einer Drehmomentwelligkeitskompensation durch eine Kompensation der Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit für die Drehmomentwelligkeit der Frequenz erzeugt wird, die die Reaktionsfähigkeit der Stromsteuerungseinheit ohne die Verwendung eines Hochpassfilters, der Rauschen verstärkt, erzeugt wird. Aus diesem Grund ist die vorliegende Erfindung insbesondere in einer Servolenkungsvorrichtung nützlich.
Die vorliegende Erfindung ist ebenso nützlich für Anwendungen, die verschieden von Servolenkungsvorrichtungen sind. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nützlich für Motoren, wie etwa Traktionsmotoren (Antriebsmotoren), Kompressormotoren und Ölpumpenmotoren, die eine Verringerung von Lärm im Betrieb erfordern. Nachfolgend wird eine Motoreinheit, die einen Traktionsmotor aufweist, beschrieben.
In der nachfolgenden Beschreibung wird, sofern nichts Abweichendes angegeben ist, eine Richtung, die parallel zu einer Motorachse J2 eines Motors 102 ist, einfach durch den Begriff „axiale Richtung“ bezeichnet, werden radiale Richtungen, die an der Motorachse J2 zentriert sind, einfach durch den Begriff „radiale Richtung“ bezeichnet und wird eine Umfangsrichtung, die an der Motorachse J2 zentriert ist, d.h. eine Umfangsrichtung um die Motorachse J2, einfach durch den Begriff „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Anzumerken ist jedoch, dass die vorangehende „parallele Richtung“ eine im Wesentlichen parallele Richtung einschließt. 11 ist eine konzeptionelle Darstellung einer Motoreinheit 100, die einen Traktionsmotor aufweist, und 12 ist eine schematische Seitenansicht der Motoreinheit 100.
Die Motoreinheit 100 ist in einem Fahrzeug montiert, das einen Motor als eine Leistungsquelle aufweist, wie etwa beispielsweise in einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHV) oder einem Elektrofahrzeug (EV), und wird als die Leistungsquelle davon verwendet. Die Motoreinheit 100 der vorliegenden Ausführungsform weist auf: einen Motor (Hauptmotor) 102, einen Getriebeabschnitt 103, ein Gehäuse 106 und ein Motorsteuerungssystem 5.
Wie in 11 gezeigt weist der Motor 102 einen Rotor 120, der sich um eine Motorachse J2 dreht, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt, und einen Stator 130, der radial außerhalb des Rotors 120 angeordnet ist, auf. Ein Gehäuseraum 180 zum Aufnehmen des Motors 102 und des Getriebeabschnitts 103 ist innerhalb des Gehäuses 106 bereitgestellt. Der Gehäuseraum 180 ist in eine Motorkammer 181 zum Aufnehmen des Motors 102 und eine Getriebekammer 182 zum Aufnehmen des Getriebeabschnitts 103 unterteilt.
Der Motor 102 ist in der Motorkammer 181 des Gehäuses 106 aufgenommen. Der Motor 102 weist den Rotor 120 und den Stator 130, der sich außerhalb des Rotors 120 in der radialen Richtung befindet, auf. Der Motor 102 ist ein Motor von einem Innenrotor-Typ, der den Stator 130 und den Rotor 120, der drehbar innerhalb des Stators 130 angeordnet ist, aufweist.
Der Rotor 120 dreht sich, wenn elektrische Leistung zu dem Stator 130 durch das Motorsteuerungssystem 5 von einer Batterie/einem Akkumulator (nicht gezeigt) zugeführt wird. Der Rotor 120 weist auf: eine Welle (Motorwelle) 121, einen Rotorkern 124 und einen Rotormagneten (nicht gezeigt). Der Rotor 120 (d.h. die Welle 121, der Rotorkern 124 und der Rotormagnet) dreht sich um die Motorachse J2, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt. Das Drehmoment des Rotors 120 wird auf den Getriebeabschnitt 103 übertragen. Die Welle 121 erstreckt sich um eine Motorachse J2, die sich horizontal und in der Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt. Die Welle 121 dreht sich um die Motorachse J2.
Die Welle 121 erstreckt sich durch die Motorkammer 181 und die Getriebekammer 182 des Gehäuses 106. Ein Ende der Welle 121 steht in Richtung der Getriebekammer 182 vor. Ein erstes Zahnrad 141 ist an dem Ende der Welle 121 befestigt, welches in die Getriebekammer 182 vorsteht.
Der Rotorkern 124 ist durch Stapeln von Siliziumstahlplatten (magnetischen Stahlplatten) konfiguriert. Der Rotorkern 124 ist ein säulenförmiger Körper, der sich entlang der axialen Richtung erstreckt. Mehrere Rotormagneten sind an dem Rotorkern 124 befestigt.
Der Stator 130 umgibt den Rotor 120 von der Außenseite in der radialen Richtung. In 11 weist der Stator 130 einen Statorkern 132 und eine Spule 131 auf. Der Stator 130 ist durch das Gehäuse 106 gehalten. Obwohl nicht gezeigt weist der Statorkern 132 mehrere Magnetpolzähne auf, die sich nach radial innen von einer Innenumfangsfläche eines ringförmigen Jochs erstrecken. Ein Spulendraht (nicht gezeigt) ist um die Magnetpolzähne gewickelt, um eine Spule 31 zu bilden.
Der Getriebeabschnitt 103 ist in der Getriebekammer 182 des Gehäuses 106 aufgenommen. Der Getriebeabschnitt 103 ist mit der Welle 121 auf einer axialen Seite der Motorachse J2 verbunden. Der Getriebeabschnitt 103 weist einen Drehzahluntersetzer 104 und ein Differenzial 105 auf. Ein Drehmoment, das von dem Motor 102 ausgegeben wird, wird auf das Differenzial 105 durch den Drehzahluntersetzer 104 übertragen.
Der Drehzahluntersetzer 104 ist mit dem Rotor 120 des Motors 102 verbunden. Der Drehzahluntersetzer 104 hat eine Funktion zum Erhöhen des von dem Motor 102 ausgegebenen Drehmoments gemäß einem Untersetzungsverhältnis, während die Drehzahl des Motors 102 verringert wird. Der Drehzahluntersetzer 104 überträgt das von dem Motor 102 ausgegebene Drehmoment auf das Differenzial 105.
Der Drehzahluntersetzer 104 weist auf: ein erstes Zahnrad (Zwischenantriebszahnrad) 141, ein zweites Zahnrad (Zwischenzahnrad) 142, ein drittes Zahnrad (finales Zahnrad) 143 und eine Zwischenwelle 145. Das von dem Motor 102 ausgegebene Drehmoment wird auf ein Hohlrad (Zahnrad) 151 des Differenzials 105 durch die Welle 121 des Motors 102, das erste Zahnrad 141, das zweite Zahnrad 142, die Zwischenwelle 145 und das dritte Zahnrad 143 übertragen.
Das Differenzial 105 ist mit dem Motor 102 durch den Drehzahluntersetzer 104 verbunden. Das Differenzial 105 ist eine Vorrichtung zum Übertragen des von dem Motor 102 ausgegebenen Drehmoments auf Räder des Fahrzeugs. Das Differenzial 105 weist eine Funktion zum Übertragen des selben Drehmoments auf Achsen 155 eines rechten und eines linken Rades, während eine Drehzahldifferenz zwischen dem rechten und dem linken Rad absorbiert wird, wenn das Fahrzeug wendet.
Das Motorsteuerungssystem 5 ist elektrisch mit dem Motor 102 verbunden. Das Motorsteuerungssystem 5 führt elektrische Leistung dem Motor 102 mit einem Wechselrichter zu. Das Motorsteuerungssystem 5 steuert den dem Motor 2 zugeführten Strom. Das Motorsteuerungssystem 5 kompensiert die Drehmomentwelligkeit, um Geräusche im Betrieb des Motors 102 zu verringern.
<Verringerung des Betriebslärms in einem gekoppelten System>
Beispielsweise tritt, wenn der Motor 1 in der in 10 gezeigten elektrischen Servolenkungsvorrichtung 9 eingebaut ist, eine Schallvibration (Lärm) aufgrund einer Resonanz oder dergleichen von einer Kopplung des Motors 1 und anderer Elemente auf und die vorangehend beschriebene Verringerung der Drehmomentwelligkeit kann nicht ausreichend sein, um eine geringe Geräuschentwicklung im Betrieb zu erzielen. Nachfolgend wird eine Ausführungsform zum Verringern einer derartigen Schallvibration (Lärm) beschrieben. 13 ist eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems einer dritten Ausführungsform und 14 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsberechnungseinheit der dritten Ausführungsform.
Ein Motorsteuerungssystem 5 der dritten Ausführungsform weist eine Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 anstelle der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 der ersten Ausführungsform auf. Anzumerken ist, dass hier zur Vereinfachung der Beschreibung ein Beispiel, in welchem die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 anstelle der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 bereitgestellt ist, beschrieben wird. Das Motorsteuerungssystem 5 kann jedoch sowohl die Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 als auch die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 aufweisen.
Wie in 14 gezeigt weist die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 auf: eine Speichereinheit 5382, die eine Wertetabelle speichert, und eine Referenzeinheit 5381, die einen Kompensationswert durch Bezugnahme auf die Wertetabelle erhält. Die in der Speichereinheit 5382 gespeicherte Wertetabelle ist eine zweidimensionale Wertetabelle, die einen Referenzwert unter Verwendung eines Ziel-q-Achsen-Stromwerts Iq_Ziel und einer Motordrehzahl ω erhält. Ein Kompensationswert γ, der durch die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 erhalten wird, wird durch den folgenden Ausdruck (4) erhalten. $\begin{array}{l} γ= Asin (B θ+ C) \\ A = Wertetabelle_A (lq_Ziel, ω) \\ C = Wertetabelle_C (lq_Ziel, ω) \end{array}$
Das heißt, dass in der in der Speichereinheit 5382 gespeicherten Wertetabelle eine Verstärkung A und eine Phase C als Referenzwerte erhalten werden. Darüber hinaus ist eine Ordnung B in Bezug auf den elektrischen Winkel θ des Motors ein fester Wert, der der Wertetabelle vorgegeben ist, und ist eine Ordnung, die ausgewählt ist aus der k-ten Ordnung und der 1/k-ten Ordnung (k ist eine ganze Zahl). Mit anderen Worten, die Wertetabelle ist eine Speichertabelle, in welcher der Kompensationswert γ in der Ordnung B gespeichert ist. Anzumerken ist, dass als Speicherverfahren des Kompensationswertes γ, ein Speicherverfahren, das auf einem Näherungsausdruck des Kompensationswertes γ basiert, anstelle der Wertetabelle verwendet werden kann.
Als die Wertetabelle können mehrere Wertetabellen, die verschiedene Ordnungen B aufweisen, gespeichert sein. In einem derartigen Fall berechnet die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 jeden Kompensationswert γ, durch den vorangehenden Ausdruck (4) aus der Verstärkung A und der Phase C, die aus jeder Wertetabelle erhalten werden, und gibt einen Wert aus, der durch Aufaddieren der Kompensationswerte γ erhalten wird, als einen Kompensationswert aus. Das heißt, dass die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 wenigstens eine von der k-ten Komponente und der 1/k-ten Komponente in der Rotation des Motors kompensiert. 15 ist eine Darstellung, die eine in der Speichereinheit 5382 gespeicherte Wertetabelle zeigt. Die Speichereinheit 5382 speichert eine erste Tabelle T1, in welcher die Verstärkung A als ein Referenzwert erhalten wird, und eine zweite Tabelle T2, in welcher die Phase C als ein Referenzwert erhalten wird.
In jeder der Wertetabellen T1 und T2 korrespondiert eine Änderung der Motordrehzahl ω zu einer Reihenänderung und eine Änderung eines Ziel-Stromwerts korrespondiert zu einer Spaltenänderung. Das heißt, dass auf eine weiter unten liegende Reihe Bezug genommen wird, wenn die Motordrehzahl ω zunimmt, und dass auf eine Spalte weiter rechts Bezug genommen wird, wenn der Ziel-Stromwert zunimmt. Obwohl die Wertetabelle mit m Reihen und n Spalten in dem in 15 gezeigten Beispiel gezeigt ist, weisen die Motordrehzahl ω und der Ziel-Stromwert üblicherweise Werte zwischen den Reihen und zwischen den Spalten auf. Aus diesem Grund werden die Referenzwerte durch eine lineare Interpolation erhalten, beispielsweise auf der Grundlage der Werte, die in den Wertetabellen T1 und T2 beschrieben sind.
Die in 14 gezeigte Referenzeinheit 5381 berechnet den Kompensationswert γ, durch Substituieren der Verstärkung A und der Phase C, die durch Bezugnahme auf die Wertetabelle erhalten werden, in γ = Asin(Bθ + C). Ähnlich der ersten Ausführungsform wird der Kompensationswert γ dem Ziel-q-Achsen-Strom Iq_Ziel vor einer Korrektur, der von einer Strombegrenzungsberechnungseinheit 532 ausgegeben wird, überlagert. Eine derartige Addition des Kompensationswertes γ verringert die Schallvibration (den Lärm) aufgrund einer Resonanz oder dergleichen in dem gekoppelten System in dem Motorsteuerungssystem 5 der dritten Ausführungsform. Nachfolgend wird ein Verfahren zum Einstellen des Kompensationswertes γ zum Verringern einer Schallvibration (eines Lärms) aufgrund einer Resonanz oder dergleichen und zum Speichern des Kompensationswertes γ als eine Wertetabelle beschrieben. 16 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zum Einstellen und Speichern des Kompensationswertes γ zeigt.
Zunächst wird im Schritt S101 Lärm durch Bezug auf ein gekoppeltes System gemessen, in welchem ein Motor und wenigstens ein Teil eines Lenkmechanismus gekoppelt sind, als ein gekoppeltes System, das einen Motor und einen Antriebskörper, der mit dem Motor verbunden und von dem Motor angetrieben ist, aufweist. Eine derartige Messung wird zweckmäßigerweise für den in 10 gezeigten säulenartigen Servolenkungsmechanismus verwendet. Anzumerken ist, dass in dem Fall eines Servolenkungsmechanismus von einem Zahnstangentyp der Kompensationswert γ auf der Grundlage des Messergebnisses des säulenartigen Servolenkungsmechanismus erhalten werden kann. 17 ist eine Darstellung, die eine Situation einer Lärmmessung im Schritt S101 von 16 schematisch zeigt.
Hier ist eine Situation gezeigt, in welcher ein gekoppeltes System, in welchem ein Motor 1 und eine Lenkwelle 914 durch eine Kupplung 915 gekoppelt sind, in einem schalldichten Raum 6 installiert ist und das gekoppelte System in dem schalldichten Raum 6 angetrieben wird, um den Lärm zu messen. 18 zeigt ein Beispiel von Lärmdaten, die durch die Lärmmessung im Schritt S101 von 16 erhalten werden.
Die horizontale Achse der grafischen Darstellung in 18 stellt jede Frequenz dar, die durch Aufteilen des Lärms in Frequenzkomponenten erhalten wird, und die vertikale Achse stellt die Drehzahl des Motors dar. Darüber hinaus ist der Betrag des Lärms (der Lärmkomponente) durch die Dichte der Punkte in der grafischen Darstellung ausgedrückt und je dunkler die Farbe der Punkte ist, desto größer ist der Lärm.
In der grafischen Darstellung sind Bereiche R1, R2 und R3, in welchen Punkte mit großem Lärm in einer diagonalen Linie verbunden sind, gezeigt. Diese Bereiche R1, R2 und R3 sind Bereiche, in welchen die Frequenz des Lärms proportional zu der Drehzahl des Motors ist, und ein Bereich korrespondiert zu einer Ordnung in der Ordnungskomponente der Drehung des Motors.
Darüber hinaus ist in der grafischen Darstellung ein Bereich R4, in welchem Punkte mit großem Lärm in einer Bandform in der Nähe einer speziellen Motordrehzahl konzentriert sind, ebenso gezeigt. Der Bereich R4 korrespondiert zu einem Resonanzband in der Kopplung, die den Motor und den Lenkmechanismus koppelt.
Wenn derartige Lärmdaten im Schritt S101 von 16 erhalten werden, wird als nächstes im Schritt S102 die vorangehend erwähnte Ordnung B identifiziert. Das bedeutet, dass aus den Ordnungskomponenten in der Drehung des Motors die Ordnung B der Komponente, die zur Lärmkompensation beiträgt, identifiziert wird. Die Komponente, die zur Lärmkompensation beiträgt, ist beispielsweise eine Komponente, die in großem Ausmaß im Lärm enthalten ist.
Zwei Arten von Verfahren werden hier als Verfahren zum Identifizieren der Ordnung beschrieben. In einem ersten Verfahren werden die Ordnungskomponenten in der Drehung des Motors miteinander verglichen, um die Ordnung B der Komponente mit großem Lärm zu identifizieren. Das heißt, dass die Bereiche R1, R2 und R3 der in 18 gezeigten Ordnungskomponenten miteinander verglichen werden und die Ordnung des Bereichs mit großem Lärm wird identifiziert
In einem zweiten Verfahren fokussiert man sich auf ein Band mit großem Lärm aus Bändern der Drehzahl des Motors und in dem Band wird die Ordnung B der Komponente mit großem Lärm identifiziert. Das heißt, dass auf den in 18 gezeigten bandförmigen Bereich R4 fokussiert wird und dass die Ordnung der Ordnungskomponente mit großem Lärm in dem bandförmigen Bereich R4 identifiziert wird.
In dem Fall der in 18 gezeigten Lärmdaten wird die 24. Ordnung (Ordnung des elektrischen Winkels), die die Ordnung ist, die zu dem in 18 gezeigten Bereich R1 korrespondiert, identifiziert, wenn eine der beiden vorangehenden Verfahren verwendet wird. Die identifizierte 24. Ordnung korrespondiert zu dem gemeinsamen Vielfachen (insbesondere dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen hier) der Anzahl der Pole (8) und der Anzahl der Schlitze (12) in dem Motor 1, welcher beispielhaft in den 9a und 9b gezeigt ist.
Wenn die Ordnung B im Schritt S102 identifiziert ist, werden als nächstes die Verstärkung und die Phase im Schritt S103 eingestellt. Das heißt, dass der Antrieb des Motors 1 unter Verwendung der Komponente der identifizierten Ordnung B (zum Beispiel, der mechanische Winkel ist sechster Ordnung, wenn der elektrische Winkel 24. Ordnung ist) als ein Kompensationswert und der Kompensationswert der Ordnung B wird eingestellt, um Lärm zu verringern. Genauer gesagt wird ein Kompensationswert γ = Asin(Bθ + C) basierend auf der willkürlich eingestellten Verstärkung A und Phase C als Ausgabewert der Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538, die in den 13 und 14 gezeigt ist, verwendet. Der Wert der Ordnungskomponente B des mechanischen Winkels wird hier verwendet, um den Kompensationswert γ zu berechnen. Dann wird unter der Steuerung einer Steuerungsberechnungseinheit 53 der Motor 1 mit einer speziellen Drehzahl mit großem Lärm angetrieben und, während das Lärmniveau überwacht wird, werden die Verstärkung A und die Phase C auf Werte eingestellt, die das Lärmniveau verringern. Das heißt, dass die Verstärkung und die Phase als der Komponentenwert der Ordnung B eingestellt werden. 19 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines überwachten Lärmniveaus zeigt. Die horizontale Achse von 19 stellt die Lärmfrequenz dar und die vertikale Achse stellt das Lärmniveau dar.
Die beispielhaft in 19 gezeigte Lärmwellenform korrespondiert zu der Lärmwellenform einer konstanten Drehzahl in dem Bereich R4 in 18 und das Lärmniveau, welches durch die Dichte der Punkte in 18 ausgedrückt ist, wird in der Höhe in der Vertikalachsenrichtung in 19 ausgedrückt. Jede in der Lärmwellenform von 19 auftretende Spitze korrespondiert zu jeder Ordnungskomponente und die Position der unterbrochenen Linie, die in der Nähe des rechten Endes in 19 gezeigt ist, korrespondiert zu der vorangehend beschriebenen speziellen Ordnung B (zum Beispiel der 24. Ordnung des elektrischen Winkels). Wenn die Verstärkung A und die Phase C in der speziellen Ordnung B angemessen eingestellt sind, wird nicht nur die Spitze der Ordnung B (zum Beispiel 24. Ordnung des elektrischen Winkels), sondern ebenso die in 19 beispielhaft gezeigte Lärmwellenform wird als Ganzes verringert.
Das heißt, dass durch angemessene Einstellung der Verstärkung A und der Phase C in der speziellen Ordnung B der Lärm im gesamten Bereich R4, der zu dem Resonanzband in der Kopplung korrespondiert, die den Motor und den Lenkmechanismus verbindet, verringert (kompensiert) ist.
Im Schritt S103 von 16 wird eine derartige Einstellung der Verstärkung A und der Phase C zum Verringern von Lärm bei jeder der mehrfachen Motordrehzahlen ausgeführt und eine Reihe von Verstärkungen A und eine Reihe von Phasen C werden erhalten. Anschließend werden im Schritt S104 die Reihe von Verstärkungen A und die Reihe von Phasen C als eine Spalte der Wertetabellen T1 und T2, die in 15 gezeigt sind, gespeichert. Das heißt, dass der Komponentenwert der Ordnung B als eine Tabellenkarte gespeichert wird.
Im Schritt S103 wird darüber hinaus die vorangehende Prozedur für jeden der mehreren Ziel-q-Achsen-Ströme Iq_Ziel wiederholt und im Schritt S104 werden die Verstärkung A und die Phase C in jeder Spalte der Wertetabellen T1 und T2, die in 15 gezeigt sind, gespeichert.
Wenn die Verstärkung A und die Phase C in den Wertetabellen T1 und T2 im Schritt S 104 gespeichert werden, werden die Wertetabellen T1 und T2 in der Speichereinheit 5382 der Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 in dem Motorsteuerungssystem 5 im Schritt S105 gespeichert (aufgenommen). Das Motorsteuerungssystem 5 ist durch einen Mikrocomputer beispielsweise implementiert und die Wertetabellen T1 und T2 werden in einem Speicherelement des Mikrocomputers gespeichert (aufgenommen).
Die Wertetabellen T1 und T2, die auf diese Weise aufgenommen (gespeichert) werden, werden in der Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 verwendet, um den Kompensationswert γ durch den vorangehenden Ausdruck (4) zu berechnen, wodurch eine Verringerung des Lärms erzielt wird, der in dem gekoppelten System erzeugt wird, in welchem der Motor und andere Elemente verbunden sind. Wie vorangehend beschrieben, können als die Wertetabellen T1 und T2 mehrere Arten von Wertetabellen, die verschiedene Ordnungen B aufweisen, gespeichert werden. Der Kompensationswert γ kann in einem solchen Fall beispielsweise ein Kompensationswert sein, der durch Addieren der Kompensationswerte erhalten wird, die aus den Referenzwerten der vorangehend beschriebenen Wertetabellen berechnet werden. Alternativ kann der Kompensationswert γ beispielsweise der Kompensationswert γ sein, der unter Verwendung der Wertetabellen T1 und T2 der speziellen Ordnung B berechnet wird, wobei die Ordnung B durch das im Schritt S102 von 16 beschriebene Verfahren identifiziert wird. Die Lärmdaten, die zum Identifizieren der Ordnung B verwendet werden, sind beispielsweise Lärmdaten, die im Fahrzeuginnern gemessen werden, in welchem ein Lenkrad betätigt wird. 20 und 21 sind grafische Darstellungen, die den Effekt einer Kompensation durch den Kompensationswert γ zeigen.
Die horizontale Achse von sowohl 20 als auch 21 stellt die Drehzahl des Motors dar, die vertikale Achse von 20 stellt die Drehmomentwelligkeit dar und die vertikale Achse von 21 stellt den Lärm dar. Darüber hinaus ist in den 20 und 21 der Zustand ohne Kompensation durch eine gepunktete Linie angedeutet und der Zustand mit Kompensation ist durch eine durchgehende Linie angedeutet.
Wie in 20 gezeigt wird die Drehmomentwelligkeit über die gesamte Motordrehzahl als ein Ergebnis der Kompensation durch den Kompensationswert γ verringert. Anzumerken ist jedoch, dass die Spitze um 900 rpm nicht wesentlich abnimmt. Demgegenüber wird der Lärm über die gesamte Motordrehzahl, wie in 21 gezeigt, signifikant verringert. Dementsprechend ist ersichtlich, dass die Kompensation durch den Kompensationswert γ besonders effektiv zur Lärmverringerung des gekoppelten Systems ist.
Es wird angenommen, dass ein derartiger Effekt ein Ergebnis einer Ausführung einer Voreilwinkelsteuerung durch die Phase C unter einer Steuerungsbedingung ist, die für eine Lärmverringerung geeignet ist, und nicht durch eine Steuerungsbedingung, die zum Verringern der Drehmomentwelligkeit des Motors geeignet ist. Mit anderen Worten, eine Kompensation mit dem Kompensationswert γ löscht eine Resonanz oder dergleichen des gekoppelten Systems unter Verwendung der Drehmomentwelligkeit des Motors aus. 22 ist eine schematische Darstellung eines Motorsteuerungssystems einer vierten Ausführungsform und 23 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsberechnungseinheit der vierten Ausführungsform. Ein Motorsteuerungssystem 5 der vierten Ausführungsform weist eine Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 anstelle der Drehmomentwelligkeitskompensationsberechnungseinheit 531 der zweiten Ausführungsform auf.
Wie in 23 gezeigt weist die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 auf: eine Speichereinheit 5382, die eine Wertetabelle speichert, und eine Referenzeinheit 5381, die einen Kompensationswert durch Bezugnahme auf die Wertetabelle erhält. Die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 erhält eine Verstärkung A und eine Phase C unter Verwendung eines Ziel-q-Achsen-Stromwerts Iq_Ziel und einer Motordrehzahl ω und berechnet einen Kompensationswert γ = Asin(Bθ + C). Anzumerken ist jedoch, dass der Kompensationswert γ, der durch die Schallvibrationskompensationsberechnungseinheit 538 der vierten Ausführungsform berechnet wird, ein Kompensationswert ist, der zu einem q-Achsen-Spannung-Befehlswert VQ4 addiert wird.
Die in der Speichereinheit 5382 der vierten Ausführungsform gespeicherte Wertetabelle wird ebenso erzeugt und aufgenommen durch eine Prozedur, die ähnlich der Prozedur ist, die in dem Flussdiagramm von 16 gezeigt ist. Dann wird die Schallvibration (der Lärm), die durch das gekoppelte System erzeugt wird, in welchem der Motor 1 und die anderen Elemente gekoppelt sind, durch eine Kompensation mit dem Kompensationswert γ wie in der dritten Ausführungsform verringert.
Als ein Beispiel eines gekoppelten Systems ist das gekoppelte System vorangehend gezeigt, in welchem der Motor 1 und Elemente des Lenkmechanismus gekoppelt sind. Jedoch können die einen Traktionsmotor aufweisende Motoreinheit, die in den 11 und 12 gezeigt ist, oder dergleichen ein Ziel einer Lärmkompensation durch den Kompensationswert γ beispielsweise sein.
Während Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Abwandlungen davon vorangehend beschrieben worden sind, wird es verständlich sein, dass Merkmale, eine Kombination der Merkmale usw. gemäß jeder der Ausführungsformen und deren Abwandlungen lediglich beispielhaft und nicht einschränkend sind und dass ein Zusatz, eine Eliminierung und ein Austausch eines Merkmals bzw. von Merkmalen und andere Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ebenso anzumerken ist, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können weit für zahlreiche Vorrichtungen eingesetzt werden, einschließlich zahlreicher Motoren, wie etwa einen Staubsauger, einen Trockner, ein Deckengebläse, eine Waschmaschine, einen Kühlschrank und eine Servolenkungsvorrichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4019842 B2 [0003]

Claims

Lärmkompensationseinstellverfahren, aufweisend: einen Messschritt zum Antreiben eines Motors zum Messen von Lärm in Bezug auf ein gekoppeltes System, das den Motor und einen Antriebskörper, der mit dem Motor verbunden ist und von dem Motor angetrieben wird, aufweist, einen Ordnungsidentifikationsschritt zum Identifizieren basierend auf in dem Messschritt gemessenem Lärm einer Ordnung B einer Komponente, die beiträgt zu einer Kompensation von Lärm von einer k-ten Komponente und einer 1/k-ten Komponente (k ist eine ganze Zahl) in der Drehung des Motors, einen Einstellschritt zum Steuern eines Antriebs des Motors unter Verwendung einer Komponente der Ordnung B, die in dem Ordnungsidentifikationsschritt als ein Kompensationswert identifiziert wird, und zum Einstellen eines Komponentenwerts der Ordnung B, um Lärm zu verringern, und einen Speicherschritt zum Speichern des Komponentenwertes der Ordnung B, der in dem Einstellschritt als ein Kompensationswert zum Verringern von Lärm eingestellt wird.
Lärmkompensationseinstellverfahren nach Anspruch 1, wobei das gekoppelte System ein gekoppeltes System ist, in welchem ein Motor und wenigstens ein Teil eines Lenkmechanismus gekoppelt sind.
Lärmkompensationseinstellverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Einstellschritt eine Verstärkung und eine Phase als Komponentenwerte der Ordnung B eingestellt werden.
Lärmkompensationseinstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Ordnungsidentifikationsschritt in Bezug auf den in dem Messschritt gemessenen Lärm die Ordnungskomponenten in der Drehung des Motors miteinander verglichen werden und die Ordnung B der Komponente mit großem Lärm identifiziert wird.
Lärmkompensationseinstellverfahren nach Anspruch 4, wobei in dem Ordnungsidentifikationsschritt in Bezug auf den in dem Messschritt gemessenen Lärm auf ein Band mit großem Lärm unter den Bändern einer Drehzahl des Motors fokussiert wird und die Ordnung B einer Komponente mit großem Lärm in dem Band identifiziert wird.
Lärmkompensationseinstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in dem Speicherschritt der Komponentenwert der Ordnung B als eine Tabellenkarte gespeichert wird.
Lärmkompensationseinstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ordnung B ein gemeinsames Vielfaches der Anzahl von Polen und der Anzahl von Schlitzen des Motors ist.
Herstellungsverfahren zum Herstellen eines Motorsteuerungssystems zum Steuern eines Antriebs eines Motors, wobei das Verfahren aufweist: Speichern eines Komponentenwerts der Ordnung B in einer Speichereinheit in dem Motorsteuerungssystem durch das Lärmkompensationseinstellverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Herstellungsverfahren eines Motorsteuerungssystems nach Anspruch 8, ferner aufweisend Speichern der Berechnungsbedingung als eine Tabellenkarte in der Speichereinheit in dem Motorsteuerungssystem.
Herstellungsverfahren eines Motorsteuerungssystems nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Speichereinheit ein Speicherelement in einem Mikrocomputer ist.
Motorsteuerungssystem zum Ansteuern eines Motors, dessen Phasenanzahl n drei oder mehr beträgt, aufweisend: einen Wechselrichter, der den Motor antreibt, und eine Steuerungsberechnungseinheit, die einen Strombefehlswert, der einen von dem Wechselrichter dem Motor zuzuführenden Strom anzeigt, auf der Grundlage eines Ziel-Strombefehlswerts, der von außen als ein Steuerungsziel des Motors vorgegeben wird, berechnet, wobei die Steuerungsberechnungseinheit aufweist: eine Kompensationsberechnungseinheit, die wenigstens eine von einer k-ten Komponente und einer 1/k-ten Komponente (k ist eine ganze Zahl) in der Drehung des Motors kompensiert, und die Kompensationsberechnungseinheit einen Signalwert, der zu dem Wechselrichter fließt, unter Verwendung einer Ordnung B einer Komponente, die zu einer Kompensation von gespeichertem Lärm beiträgt, kompensiert.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 11, wobei die Kompensationsberechnungseinheit Lärm kompensiert, welcher durch eine Kopplung des Motors und wenigstens eines Teils eines Lenkmechanismus erzeugt wird.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Verstärkung und eine Phase als Komponentenwerte der Ordnung B kompensiert werden.
Motorsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei in Bezug auf Lärm während eines Antriebs die Kompensationsberechnungseinheit die Ordnungskomponenten in der Drehung des Motors vergleicht und die Ordnung B der Komponente mit großem Lärm identifiziert und kompensiert.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 14, wobei in Bezug auf Lärm während eines Antriebs die Kompensationsberechnungseinheit auf ein Band mit großem Lärm aus Bändern einer Drehzahl des Motors fokussiert und die Ordnung B der Komponente mit großem Lärm in dem Band kompensiert.
Motorsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Kompensationsberechnungseinheit einen Komponentenwert der Ordnung B als eine Tabellenkarte kompensiert.
Motorsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Ordnung B ein gemeinsames Vielfaches der Anzahl von Polen und der Anzahl von Schlitzen des Motors ist.
Antriebsvorrichtung, aufweisend: ein Motorsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 17 und einen Motor, dessen Antrieb durch das Motorsteuerungssystem gesteuert wird.
Servolenkungsvorrichtung, aufweisend: ein Motorsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 17, einen Motor, dessen Antrieb durch das Motorsteuerungssystem gesteuert wird, und einen Servolenkungsmechanismus, der von dem Motor angetrieben wird.