JP2007312462A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な部品、及びゲインを切替える為の追加部品を必要とすることなく、ブラシレスモータの低い出力トルクの領域で微小トルクの出力制御が可能なモータ制御装置の提供。
【解決手段】所要出力に応じて、３相モータのｄｑ座標におけるｑ軸指示電流及びｄ軸指示電流を定め、定めたｑ軸指示電流及びｄ軸指示電流が３相モータ２に流れるように、ｑ軸電圧及びｄ軸電圧を定め、定めたｑ軸電圧及びｄ軸電圧を３相変換した３相電圧を印加することにより３相モータ２を駆動制御するモータ制御装置。定めたｑ軸指示電流が所定値以下であるか否かを判定する判定手段１０と、判定手段１０が所定値以下であると判定したときは、ｄ軸指示電流を負に設定し、判定手段１０が所定値以下でないと判定したときは、ｄ軸指示電流を零に設定するｄ軸指示電流設定手段１０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置等に使用され、所要出力に応じて、３相モータのｄｑ座標におけるｑ軸電流及びｄ軸電流を定め、定めたｑ軸電流及びｄ軸電流がモータに流れるように、ｑ軸電圧及びｄ軸電圧を定め、定めたｑ軸電圧及びｄ軸電圧を３相変換して３相電圧を定め、定めた３相電圧を印加することにより３相モータを駆動制御するモータ制御装置に関するものである。

運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置の操舵補助用のモータには、近時、ブラシレスモータが使用されるようになっている。
ブラシレスモータの多くは、３相交流電圧により駆動制御されているが、電動パワーステアリング装置では、出力トルクを安定させる必要があり、また、制御を簡単にする為に、ベクトル制御を適用している。
ベクトル制御では、３相交流の電圧、電流を２軸直流で表す直交座標系に座標変換（ｄｑ変換）し、座標変換で得たｄ軸電流、ｑ軸電流に基づき駆動制御される。

即ち、所要のモータ出力を得る為に、ｑ軸指示電流値及びｄ軸指示電流値（通常、ｄ軸指示電流値は０に設定される）を定め、定めたｑ軸指示電流及びｄ軸指示電流がモータに流れるように、ＰＩ制御によりｑ軸電圧及びｄ軸電圧を定める。次いで、定めたｑ軸電圧及びｄ軸電圧を３相変換して３相電圧を定め、定めた３相電圧をモータに印加する。

尚、ｑ軸は、３相交流電流が作る回転磁界の方向であって、ｑ軸電流は有効電流であり、ｄ軸はｑ軸に対してπ／２遅れた位相を取り、ｄ軸電流は無効電流である。
特許文献１（段落００４３）には、回転速度を高める為に、ｄ軸電流を負の所定値とするブラシレスモータの制御方法が記載されている。
特開２００２−３５４８７１号公報

ブラシレスモータで微小トルクを出力制御するには、各相の電流検出分解能を高くする必要があるが、電動パワーステアリング装置では、低電圧で駆動する為に最大電流が大きく、電流検出器のレンジを広くする必要がある。その為、高い電流検出分解能を得るには、高価な部品を用いたり、ゲインを２通りに切替えたりする必要があり、部品コストが高くなるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、高価な部品、及びゲインを切替える為の追加部品を必要とすることなく、ブラシレスモータの低い出力トルクの領域で微小トルクの出力制御が可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るモータ制御装置は、所要出力に応じて、３相モータのｄｑ座標におけるｑ軸指示電流及びｄ軸指示電流を定め、定めたｑ軸指示電流及びｄ軸指示電流が前記３相モータに流れるように、ｑ軸電圧及びｄ軸電圧を定め、定めたｑ軸電圧及びｄ軸電圧を３相変換して３相電圧を定め、定めた３相電圧を印加することにより前記３相モータを駆動制御するモータ制御装置において、定めた前記ｑ軸指示電流が所定値以下であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定値以下であると判定したときは、前記ｄ軸指示電流を負に設定し、前記判定手段が所定値以下でないと判定したときは、前記ｄ軸指示電流を零に設定するｄ軸指示電流設定手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係るモータ制御装置は、前記ｄ軸指示電流設定手段は、前記ｑ軸指示電流に応じてｄ軸指示電流を定めてある参照テーブルを備えていることを特徴とする。

第１発明に係るモータ制御装置によれば、定めたｑ軸指示電流が所定値以下であるか否かを判定し、所定値以下であると判定したときは、ｄ軸指示電流を負に設定し、所定値以下でないと判定したときは、ｄ軸指示電流を零に設定するので、高価な部品、及びゲインを切替える為の追加部品を必要とすることなく、ブラシレスモータの低い出力トルクの領域で微小トルクの出力制御が可能なモータ制御装置を実現することができる。

第２発明に係るモータ制御装置によれば、ｄ軸指示電流設定手段の参照テーブルが、ｑ軸指示電流に応じてｄ軸指示電流を定めてあるので、高価な部品、及びゲインを切替える為の追加部品を必要とすることなく、ブラシレスモータの低い出力トルクの領域で微小トルクの出力制御が可能なモータ制御装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るモータ制御装置を使用する電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、トルク検出器３、操舵補助用のモータ２及びコントローラ１（モータ制御装置）を備えており、トルク検出器３が検出した操舵トルク値が、インタフェース４によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵トルク値が、コントローラ１内のトルク−電流テーブル７に与えられる。トルク−電流テーブル７には、車速検出器５が検出し、インタフェース６がサンプリングした車速信号も与えられている。

トルク−電流テーブル７では、操舵トルク信号が所定の不感帯を超えると、操舵トルク信号の増加に従ってモータ電流の目標値（指示値）が比例的に増加し、さらに操舵トルク信号が所定値以上になると目標値が飽和するような関数が、車速信号に応じて可変的に定められている。前記関数は、車速信号が大となるに従って操舵トルク信号に対するモータ電流の目標値の比が小となると共に、目標値の飽和値が小となるように定められている。トルク−電流テーブル７が定めたモータ電流の目標値（ｑ軸指示電流値Ｉｑ１）は減算手段８及びｄ軸指示電流テーブル１０へ与えられる。

操舵補助を行う３相ブラシレスモータであるモータ２には、そのロータの回転位置を検出するロータ位置検出器２１が内蔵され、ロータ位置検出器２１が検出し出力した位置信号は、コントローラ１内の電気角演算回路２０に与えられ、電気角に換算されて、３相→ｄｑ変換器１１及びｄｑ→３相変換器１４に与えられる。
コントローラ１内の電流検出回路１９が、モータ２のＵ相界磁コイルＬｕ及びＶ相界磁コイルＬｖにそれぞれ流れる電流値Ｉｕ，Ｉｖを検出し、３相→ｄｑ変換器１１に与える。

３相→ｄｑ変換器１１は、与えられた電流値Ｉｕ，Ｉｖ及び電気角に基づき、ｄ軸電流値Ｉｄ２、ｑ軸電流値Ｉｑ２へｄｑ変換し、ｄ軸電流値Ｉｄ２を減算手段９へ、ｑ軸電流値Ｉｑ２を減算手段８へそれぞれ与える。
減算手段８は、トルク−電流テーブル７からのモータ電流の目標値（ｑ軸指示電流値Ｉｑ１）と、３相→ｄｑ変換器１１からのｑ軸電流値Ｉｑ２との差を演算し、その差をＰＩ制御部１２へ与える。

ｄ軸指示電流テーブル１０は、図４に示すようなイメージであり、与えられたｑ軸指示電流値が所定値を超えると、ｄ軸指示電流値が０になり、ｑ軸指示電流値が所定値以下のときは、ｑ軸指示電流値の減少に従って、ｄ軸指示電流値がマイナス（負）の値で比例的に減少するような参照テーブルを備えている。ｄ軸指示電流テーブル１０が定めたｄ軸指示電流値Ｉｄ１は減算手段９へ与えられる。
減算手段９は、ｄ軸指示電流テーブル１０からのｄ軸指示電流値Ｉｄ１と、３相→ｄｑ変換器１１からのｄ軸電流値Ｉｄ２との差を演算し、その差をＰＩ制御部１３へ与える。

ＰＩ制御部１２，１３は、それぞれ与えられた差に基づき、ＰＩ制御演算によりｑ軸電圧Ｖｑ、ｄ軸電圧Ｖｄをそれぞれ演算して、ｄｑ→３相変換器１４へ与える。ｄｑ→３相変換器１４は、与えられたｑ軸電圧Ｖｑ及びｄ軸電圧Ｖｄ及び電気角に基づき、ｄｑ逆変換（３相変換）して、３相の各電圧値を演算し、３相電圧指令部１５へ与える。３相電圧指令部１５は、与えられた各電圧値を３相電圧の各指令値（３相の各電流位相指令値）として、ＰＷＭ出力部１６へ与える。

ＰＷＭ出力部１６は、与えられた３相電圧の各指令値をパルス幅変調し、ＰＷＭ指令値としてモータ駆動回路１７へ与える。
モータ駆動回路１７は、与えられた各相のＰＷＭ指令値（パルス信号）により、各相の界磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗと図示しない電源及び接地端子との間をスイッチングして、モータ２をＰＷＭ駆動する。

以下に、このような構成のコントローラ１の操舵アシスト動作を、それを示す図２、３のフローチャートを参照しながら説明する。
コントローラ１は、先ず、トルク検出器３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた操舵トルク信号をトルク−電流テーブル７に読み込み（Ｓ２）、車速検出器５が検出し、インタフェース６によりサンプリングされた車速信号をトルク−電流テーブル７に読み込む（Ｓ４）。
コントローラ１は、次に、トルク−電流テーブル７でモータ電流の目標値（ｑ軸指示電流値Ｉｑ１）を決定する（Ｓ６）。次いで、ｄ軸指示電流テーブル１０で、ｄ軸指示電流値Ｉｄ１を設定する（Ｓ８）。

コントローラ１は、次に、減算手段８で、ｑ軸指示電流値Ｉｑ１とｑ軸電流値Ｉｑ２との差を演算し、減算手段９でｄ軸指示電流値Ｉｄ１とｄ軸電流値Ｉｄ２との差を演算する（Ｓ１０）。次いで、演算した差（Ｓ１０）に基づき、ＰＩ制御部１２，１３及びｄｑ→３相変換器１４で、ＰＩ制御演算及びｄｑ逆変換（３相変換）を実行して、３相の各電圧値を求め、３相電圧指令部１５で、３相電圧の各指令値（モータ電流指令値）及びモータの回転方向を決定する（Ｓ１２）。

コントローラ１は、次に、ＰＷＭ出力部１６で、３相電圧の各指令値をパルス幅変調してＰＷＭ指令値を決定しモータ駆動回路１７へ与える（Ｓ１４）。次いで、モータ駆動回路１７で、与えた各相のＰＷＭ指令値（パルス信号）により、各相の界磁コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗと図示しない電源及び接地端子との間をスイッチングして、モータ２の駆動電圧を出力し（Ｓ１６）リターンする。

コントローラ１は、ｄ軸指示電流値Ｉｄ１を設定するに際して（Ｓ８）、ｑ軸指示電流値Ｉｑ１が所定値以下のときは（Ｓ２０；ＹＥＳ）、図４に示すようなイメージの参照テーブルであるｄ軸指示電流テーブル１０に従って、ｄ軸指示電流値Ｉｄ１をマイナスの値に設定する（Ｓ２２）。ｑ軸指示電流値Ｉｑ１が所定値を超えているときは（Ｓ２０；ＮＯ）、ｄ軸指示電流値Ｉｄ１を０に設定する（Ｓ２４）。また、コントローラ１は、ｄ軸指示電流を設定することにより、出力トルクが急激に減少する為、ｄ軸指示電流値より内蔵するテーブルを参照して、ｑ軸指示電流値を補正し（Ｓ２５）リターンする。

３相ブラシレスモータに対するベクトル制御では、通常は、流した電流値に対して最大トルクが得られるように、ｄ軸方向の電流が０に、ｑ軸方向の電流が目標電流値（指示電流値）になるように、ＰＩ制御を行う。一般にｄ軸方向に負の電流を流した場合、ロータ磁極に対し反対方向の磁束がステータに発生し、見掛け上、ロータの磁束が弱まったのと同様な効果（弱め界磁制御、トルク定数の低下）が得られることが知られている。

電動パワーステアリング装置において、特に微小トルクを制御する必要があるのは、ハンドル中立位置付近で、出力トルクも小さい領域である。この領域では、モータの出力トルクの減少は問題とならないので、ｄ軸方向に負の電流を流し、トルク定数の小さいモータとして扱う。これにより、図５に示すように、通常の分解能を有する検出器を用いても、電流変化に対するモータの出力トルク変化を小さくして、微小トルクを出力制御することができる。

本発明に係るモータ制御装置を使用する電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係るモータ制御装置の実施の形態であるコントローラの操舵アシスト動作を示すフローチャートである。 本発明に係るモータ制御装置の実施の形態であるコントローラの操舵アシスト動作を示すフローチャートである。 ｄ軸指示電流テーブルのイメージを示す説明図である。 本発明に係るモータ制御装置の実施の形態であるコントローラの動作を説明する説明図である。

符号の説明

１ コントローラ（モータ制御装置）、２ モータ（３相モータ、３相ブラシレスモータ）、３ トルク検出器、５ 車速検出器、７ トルク−電流テーブル、８，９ 減算手段、１０ ｄ軸指示電流テーブル（判定手段、ｄ軸指示電流設定手段）、１１ ３相→ｄｑ変換器、１２，１３ ＰＩ制御部、１４ ｄｑ→３相変換器、１５ ３相電圧指令部、１６ ＰＷＭ出力部、１７ モータ駆動回路、１９ 電流検出回路

Claims (2)

1. 所要出力に応じて、３相モータのｄｑ座標におけるｑ軸指示電流及びｄ軸指示電流を定め、定めたｑ軸指示電流及びｄ軸指示電流が前記３相モータに流れるように、ｑ軸電圧及びｄ軸電圧を定め、定めたｑ軸電圧及びｄ軸電圧を３相変換して３相電圧を定め、定めた３相電圧を印加することにより前記３相モータを駆動制御するモータ制御装置において、
   定めた前記ｑ軸指示電流が所定値以下であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段が所定値以下であると判定したときは、前記ｄ軸指示電流を負に設定し、前記判定手段が所定値以下でないと判定したときは、前記ｄ軸指示電流を零に設定するｄ軸指示電流設定手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記ｄ軸指示電流設定手段は、前記ｑ軸指示電流に応じてｄ軸指示電流を定めてある参照テーブルを備えている請求項１記載のモータ制御装置。

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