JP2007091182A - 電動パワーステアリング装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを駆動するインバータと、操舵トルクに基づいて演算された電流指令値から前記インバータのデッドタイムを補償する補償値を演算するデッドタイム補償部と、前記電流指令値と前記モータのモータ電流との偏差に基づいて電流制御値を演算する電流制御部とを具備したデッドタイム補償機能付きの電動パワーステアリン装置の制御装置において、前記電流指令値、前記モータの角度及び角速度を基に前記デッドタイムの補償タイミングを計算し、前記補償タイミングを基に前記補償値を処理してデッドタイム補償する。
【選択図】 図2
Description
(数1)
Ttot=Td+Ton−Toff
ここで、ターンオンタイムTonやターンオフタイムToffは使用するFETやバッテリなどの種類、容量等によって変化し、デッドタイムTdは一般的にターンオンタイムTonやターンオフタイムToffより大きい値である。
(数2)
−ΔV=−(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
ただし、TsはインバータをPWM制御した場合のPWM周波数fsの逆数Ts=1
/fsである。
(数3)
ΔV=(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
上記数2と数3を1つの式で表わすと、下記数4のようになる。
(数4)
ΔV=−sign(Is)・(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
ここで、sign(Is)はモータ電流の極性を表わす。
数4から導かれることは、歪み電圧ΔVは周波数fsが高く、電源電圧Vdcが大きいほどデッドタイムTdの影響が大きく現れることである。
Δu=sign(Is)・(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
ここで、問題となるのは、電流Isの極性sign(Is)を正しく検出できないことである。電流Isの極性を測定するとき、PWM制御のノイズや前述した電流の零クランピング現象が電流Isの極性を正しく測定することを困難にしている。
2,pages 792−792)(非特許文献1)に開示されている。しかし、非特許文献1に開示されている手法は、方法が複雑で、ハードウェアの追加が必要で、さらにモータ電流などの負荷電流の変化を考慮に入れた対策を施していないものである。そのため、インバータの上下アーム短絡を防止するためのデッドタイム補償がモータ電圧、電流の歪み或いはトルクの出力不足やトルクリップルの増加を招き、従来そのデッドタイム補償の改善策が複雑で、かつハードウェアの追加を招き、またモータ負荷電流の影響を考慮しない不完全なデッドタイム補償であった。
(数6)
MR(s)=1/(1+Tc・s)
ここで、Tc=1/(2π・fc)であり、fcは電流制御ループのカットオフ周波
数である。
数6の1次遅れ関数は、図7のモータ30を示す関数1/(R+s・L)を電流制御回路33、インバータ35、電流検出器36を基に導いた電流制御ループのモデル関数である。
(数7)
sign(Imodh)=“+1”又は“−1”
また、補償値量Δu2は、補償値量算出回路Aで次のようにして求められる。モデル電流Imodhは絶対値回路55に入力され、その絶対値|Imodh|は変化値算出回路56に入力され、変化値Δu1が算出される。モデル電流Imodhの絶対値|Imodh|を求める理由は、補償値量を算出するので極性を統一する必要があるからである。絶対値|Imodh|は変化値算出回路56に入力され、変化値算出回路56で変化値Δu1が算出される。変化値算出回路56の入出力関係は、下記数8のように表わされる。
(数8)
Δu1=Reg・|(Imodh−Ic)|
ここで、Regは等価抵抗を示し、Imodh>Icである。
上記数8において、Ic>Imodh>0ではΔu1=0である。つまり、モデル電流Imodhが小さい値では、変化値Δu1の補償は実行しない。つまり、数8で示す変化値Δu1はモデル電流Imodhに比例しており、モータ負荷の変動によるモータ電流の変動を考慮した変化値Δu1が、補償値Δuに影響している。
(数9)
Δu0=(Ttot/Ts)・(Vdc/2)
ここで、全遅れ時間Ttotは前記(1)式に示すようにTtot=Td+Ton−Toffである。デッドタイムTd、ターンオンタイムTon及びターンオフタイムToffは、インバータに使用するスイッチング素子の種類などで決定される値であり、例えばFETの場合、定格電圧や定格電流が大きいほどターンオンタイムTonやターンオフタイムToffが大きくなり、デッドタイムTdも大きくなる。
(数10)
Δu=sign(Imodh)・Δu2
=sign(Imodh)・(Δu0+Δu1)
このようにして算出された補償値Δuは、図7で示す電流制御回路3の出力である電圧指令値uに加算部34で加算される。電圧指令値uに対し補償値Δuが加算される意味は、電圧指令値uの示す基本制御に、上下アームの短絡を防止するためのデッドタイムTdによる電圧歪みや電流歪み、トルクリップルを改善させる補償値Δuを加味して制御することである。
デッドタイム補償タイミング計算部200で計算されたデッドタイム補償の補償タイミングRSdは乗算部201に入力され、デッドタイム補償部5からの補償値Δuと乗算され、タイミング補償された補償値ΔutがPI制御部113からの電圧指令値Va,Vb,Vcに加算部205で加算されてデッドタイムの補償が実施される。
2 位相補償器
3 操舵補助指令値演算器
5 微分補償器
6 比例演算器
7 積分演算器
8 モータ電流検出回路
10 トルクセンサ
11 車速センサ
12 バッテリ
20 モータ駆動回路
21 変換部
22A,22B,23A,23B ゲート駆動回路
24、25 デッドタイム回路
31 電流指令値算出回路
33 電流制御回路
35 インバータ
50 デッドタイム補償部
51 リファレンスモデル回路
52 ヒステリシス回路
53 極性判定回路
54 固定値設定回路
55 絶対値回路
56 変化値算出回路
57 極性付与回路
100 ベクトル制御相指令値算出部
103 d−q軸電流指令値算出部
104 2相/3相変換部
200 デッドタイム補償タイミング計算部
201 乗算部
202 電流進み計算部
203 加算部
204 進角計算部
Claims (4)
- ステアリング機構に操舵補助力を与えるモータを駆動するインバータと、操舵トルクに基づいて演算された電流指令値から前記インバータのデッドタイムを補償する補償値を演算するデッドタイム補償部と、前記電流指令値と前記モータのモータ電流との偏差に基づいて電流制御値を演算する電流制御部とを具備したデッドタイム補償機能付きの電動パワーステアリン装置の制御装置において、前記電流指令値、前記モータの角度及び角速度を基に前記デッドタイムの補償タイミングを計算し、前記補償タイミングを基に前記補償値を処理してデッドタイム補償することを特徴とする電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記電流指令値の演算をベクトル演算によって求めるようになっている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記電流指令値がd軸成分のd軸電流指令値及びq軸成分のq軸電流指令値であり、前記d軸電流指令値及びq軸電流指令値から電流進みを計算する電流進み計算部と、前記角速度に基づいて進角量を計算する進角計算部とを具備し、前記電流進み、進角及び角度を加算して前記補償タイミングを求めるようになっている請求項2に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
- 前記補償値と前記補償タイミングを乗算してタイミング補償値とし、前記タイミング補償値を前記電流制御値に加算するようになっている請求項3に記載の電動パワーステアリング装置の制御装置。
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