JP2008062711A - Motor control device - Google Patents

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Shigeki Nagase
茂樹 長瀬
Takeshi Ueda
武史 上田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor control device capable of appropriately controlling an electric motor based on a rotation angular velocity by improving rotation angular velocity detection resolution without sacrificing control responsiveness. <P>SOLUTION: The electric motor 3 applying a steering assisting force to a steering mechanism 2 is controlled by the motor control device 5. A resolver 4 attached to the electric motor 3 outputs a sinusoidal signal sinθ and a cosine signal cosθ related to the turning angle θ of the rotor of the electric motor 3. After the output signals are amplified by a resolver amplifier 8, they are sampled in predetermined sampling cycles through an A/D converting port 13, and incorporated into a microcomputer 6. Based on the present values sinθ<SB>i</SB>, COS<SB>i</SB>and the previous values sinθ<SB>i-1</SB>, cosθ<SB>i-1</SB>of the sinusoidal signal and cosine signal thus read, the rotation angular velocity ω of the rotor and the electric motor is determined by an angular velocity calculating section 25. By using the rotation angular velocity, a compensation control part 23 determines a correction value with respect to a target current value. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、電動モータを制御するためのモータ制御装置に関する。このモータ制御装置は、たとえば、ステアリングホイール等の操作部材の操作に応じて電動モータを駆動し、この電動モータを駆動源として舵取り車輪に転舵力を与える車両用操舵装置に適用することができる。このような車両用操舵装置には、電動モータによって舵取り機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置、電動モータによって駆動されるポンプの発生油圧を舵取り機構に伝達して操舵補助する電動ポンプ式パワーステアリング装置、操作部材と舵取り機構との間の機械的なリンクを無くし、専ら電動モータの駆動力によって舵取り車輪を転舵させるステア・バイ・ワイヤ・システムなどが含まれる。   The present invention relates to a motor control device for controlling an electric motor. This motor control device can be applied to, for example, a vehicle steering device that drives an electric motor in accordance with an operation of an operation member such as a steering wheel and applies steering force to a steering wheel using the electric motor as a drive source. . Such a vehicle steering device includes an electric power steering device that applies a steering assist force to the steering mechanism by an electric motor, and an electric pump type power that assists steering by transmitting the generated hydraulic pressure of a pump driven by the electric motor to the steering mechanism. Examples include a steering device, a steer-by-wire system that eliminates the mechanical link between the operation member and the steering mechanism, and steers the steering wheel exclusively by the driving force of the electric motor.

従来から、車両の舵取り機構に電動モータが発生するトルクを伝達することにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。電動モータは、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクや車速に応じて定められた目標電流値に基づいて駆動制御されるようになっている。
電動モータにブラシレスモータを用いる場合には、そのロータの回転角度情報を検出し、その検出結果に基づいて、モータ駆動回路を制御するための制御信号が生成される。回転角度情報の検出には、レゾルバのように、ロータ回転角度θに関する正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを生成する信号出力手段が用いられる。これらの信号に基づいて、ロータ回転角度θに応じた制御信号が生成されるようになっている。
Conventionally, an electric power steering apparatus that assists steering by transmitting torque generated by an electric motor to a steering mechanism of a vehicle has been used. The electric motor is driven and controlled based on a target current value determined in accordance with a steering torque applied to the steering wheel and a vehicle speed.
When a brushless motor is used as the electric motor, the rotation angle information of the rotor is detected, and a control signal for controlling the motor drive circuit is generated based on the detection result. For detecting the rotation angle information, signal output means for generating a sine signal sinθ and a cosine signal cosθ relating to the rotor rotation angle θ is used like a resolver. Based on these signals, a control signal corresponding to the rotor rotation angle θ is generated.

一方、電動パワーステアリング装置においては、ステアリングホイールから運転者が受ける操舵感(フィーリング)を油圧式パワーステアリング装置に近づけるために、各種の補償制御が行われる。この補償制御のために、電動モータのロータの回転速度である回転角速度ωが演算される。
回転角速度ωの演算のために、従来からのモータ制御装置は、余弦信号cosθに対する正弦信号sinθの比を演算して正接信号tanθを求め、その逆関数Tan-1(sinθ/cosθ)を演算することによって、ロータ回転角度θを求める。すなわち、所定のサンプリング周期毎にサンプリングされる正弦信号sinθおよび余弦信号cosθに基づいて、その都度ロータ回転角度θが求められる。そして、ロータ回転角度θの今回値θiと前回値θi-1との差が制御周期差分dθ(=θi−θi-1)として求められ、これが回転角速度ω(=dθ)として用いられる。
特開2001−187578号公報
On the other hand, in the electric power steering apparatus, various compensation controls are performed in order to bring the steering feeling (feeling) received by the driver from the steering wheel closer to the hydraulic power steering apparatus. For this compensation control, a rotational angular speed ω that is the rotational speed of the rotor of the electric motor is calculated.
In order to calculate the rotational angular velocity ω, the conventional motor control device calculates the ratio of the sine signal sinθ to the cosine signal cosθ to obtain the tangent signal tanθ and calculates the inverse function Tan −1 (sinθ / cosθ). Thus, the rotor rotation angle θ is obtained. That is, based on the sine signal sin θ and the cosine signal cos θ sampled every predetermined sampling period, the rotor rotation angle θ is obtained each time. Then, the difference between the current value θ i and the previous value θ i-1 of the rotor rotation angle θ is obtained as a control cycle difference dθ (= θ i −θ i-1 ), which is used as the rotation angular velocity ω (= dθ). It is done.
JP 2001-187578 A

ところが、モータ制御装置を構成するマイクロコンピュータに正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを取り込むときの分解能(サンプリング周期)には制限があるから、それに応じて回転角速度の検出分解能も制限を受ける。
そこで、ロータ回転角度の今回値θiと前回値θi-1との差を求める代わりに、回転角速度ωを求めるためのロータ回転角度θのサンプリング時間間隔を長くして、今回値θiとnサンプリング周期前の値θi-nとの差を求めることにすれば、回転角速度ωの分解能を高くすることができる。すなわち、回転角速度分解能は、ロータ回転角分解能/サンプリング時間(たとえば、1deg/50msec=0.02deg/msec)で与えられるので、サンプリング時間間隔を長くすれば、ロータ回転角度θのサンプリング周期を短くすることなく、回転角速度ωの分解能を高めることができる。
However, since the resolution (sampling period) when the sine signal sinθ and the cosine signal cosθ are taken into the microcomputer constituting the motor control device is limited, the detection resolution of the rotational angular velocity is also limited accordingly.
Therefore, instead of obtaining the difference between the current value θ i of the rotor rotation angle and the previous value θ i−1 , the sampling time interval of the rotor rotation angle θ for obtaining the rotation angular velocity ω is lengthened to obtain the current value θ i If the difference from the value θ in before the n sampling period is obtained, the resolution of the rotational angular velocity ω can be increased. That is, since the rotational angular velocity resolution is given by rotor rotational angle resolution / sampling time (for example, 1 deg / 50 msec = 0.02 deg / msec), if the sampling time interval is increased, the sampling period of the rotor rotational angle θ is shortened. Without increasing the resolution of the rotational angular velocity ω.

しかし、サンプリング時間間隔を長くすれば、それに応じて回転角速度ωの更新周期が長くなり、その結果、補償制御の応答性が悪くなる。
そこで、この発明の目的は、制御応答性を犠牲にすることなく回転角速度検出分解能を高め、これにより、回転角速度に基づく電動モータの制御を適切に行うことができるモータ制御装置を提供することである。
However, if the sampling time interval is lengthened, the update cycle of the rotational angular velocity ω is lengthened accordingly, and as a result, the responsiveness of compensation control is degraded.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor control device capable of improving the rotational angular velocity detection resolution without sacrificing control responsiveness and thereby appropriately controlling the electric motor based on the rotational angular velocity. is there.

上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、電動モータ(3)のロータの回転角度θに関する正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを出力する信号出力手段(4,8)と、この信号出力手段が出力する前記正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを所定周期毎に読み込む信号読み込み手段(6,13)と、この信号読み込み手段が読み込んだ正弦信号sinθおよび余弦信号cosθの今回値および前回値に基づいて、前記電動モータのロータの回転角速度ωを演算する回転角速度演算手段(25)と、この回転角速度演算手段によって演算された回転角速度ωを用いて前記電動モータを制御する制御手段(23)とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that signal output means (4, 8) for outputting a sine signal sinθ and a cosine signal cosθ relating to the rotation angle θ of the rotor of the electric motor (3), and this signal Signal reading means (6, 13) for reading the sine signal sin θ and cosine signal cos θ output by the output means at predetermined intervals, and the current value and the previous value of the sine signal sin θ and cosine signal cos θ read by the signal reading means. Based on the rotation angular velocity calculation means (25) for calculating the rotation angular velocity ω of the rotor of the electric motor, and the control means (23) for controlling the electric motor using the rotation angular velocity ω calculated by the rotation angular velocity calculation means. And a motor control device. The alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.

この構成によれば、信号出力手段が生成する正弦信号sinθおよび余弦信号cosθからロータ回転角度θを求めるのではなく、これらの正弦信号sinθおよび余弦信号cosθの今回値および前回値を用いてロータの回転角速度が演算される。これにより、長い時間間隔を開けて得られる信号を用いなくても高分解能の回転角速度値を得ることができ、制御の応答性を犠牲にすることもない。したがって、このようにして得られる回転角速度ωを用いることにより、電動モータの適切な制御が可能となる。   According to this configuration, instead of obtaining the rotor rotation angle θ from the sine signal sin θ and cosine signal cos θ generated by the signal output means, the current value and the previous value of the sine signal sin θ and cosine signal cos θ are used. The rotational angular velocity is calculated. As a result, a high-resolution rotational angular velocity value can be obtained without using a signal obtained with a long time interval, and control responsiveness is not sacrificed. Therefore, by using the rotational angular velocity ω obtained in this way, it is possible to appropriately control the electric motor.

請求項2記載の発明は、前記回転角速度演算手段は、次式(A)に基づいて、回転角速度ωを演算するものである、請求項1記載のモータ制御装置である。
ω=sinθi・cosθi-1−cosθi・sinθi-1 (A)
ただし、sinθiは正弦信号の今回値、sinθi-1は正弦信号の前回値、cosθiは余弦信号の今回値、cosθi-1は余弦信号の前回値である。
The invention according to claim 2 is the motor control device according to claim 1, wherein the rotational angular velocity calculation means calculates the rotational angular velocity ω based on the following equation (A).
ω = sinθ i · cosθ i -1 -cosθ i · sinθ i-1 (A)
However, sinθ i is the current value of the sine signal, sinθ i-1 is the previous value of the sine signal, cosθ i is the current value of the cosine signal, and cosθ i-1 is the previous value of the cosine signal.

この構成では、三角関数の加法定理を利用した演算により、正弦信号sinθおよび余弦信号cosθの前回値および今回値をそのまま用いて回転角速度ωが求められる。すなわち、sin(θi−θi-1)=sinθi・cosθi-1−cosθi・sinθi-1であることを利用して、sin(θi−θi-1)≒(θi−θi-1)とみなし、これを回転角速度ωとしている。このような演算により、ロータ回転角度θを求めることなく、回転角速度ωを求めることができる。しかも、正弦信号sinθおよび余弦信号cosθの乗算演算を行うことにより、演算分解能を向上することができ、これによっても、制御精度を高めることができる。 In this configuration, the rotational angular velocity ω is obtained by using the previous value and the current value of the sine signal sinθ and the cosine signal cosθ as they are by calculation using the addition theorem of trigonometric functions. In other words, by utilizing that the sin (θ i -θ i-1 ) = sinθ i · cosθ i-1 -cosθ i · sinθ i-1, sin (θ i -θ i-1) ≒ (θ i −θ i-1 ) and this is the rotational angular velocity ω. By such calculation, the rotational angular velocity ω can be obtained without obtaining the rotor rotational angle θ. In addition, by performing the multiplication operation of the sine signal sinθ and the cosine signal cosθ, the calculation resolution can be improved, and the control accuracy can also be increased.

前記回転角速度演算手段は、たとえば、正弦信号の今回値sinθiと余弦信号の前回値cosθi-1とを乗算する第1乗算手段(43)、余弦信号の今回値cosθiと正弦信号の前回値sinθi-1とを乗算する第2乗算手段(44)、および前記第1乗算手段の乗算結果から前記第2乗算手段の乗算結果を差し引く減算手段(45)を含むものであってもよい。
請求項3記載の発明は、前記回転角速度演算手段は、sin(θi−θi-1)≒θi−θi-1とみなせる線形領域で前記式(A)を適用して回転角速度ωを求めるものである、請求項2記載のモータ制御装置である。
The rotational angular velocity calculating means, for example, first multiplying means (43) for multiplying the previous value cos [theta] i-1 of the current value sin [theta i and cosine signal of the sinusoidal signal, the last current value cos [theta] i and the sine signal of the cosine signal Second multiplication means (44) for multiplying the value sinθ i-1 and subtraction means (45) for subtracting the multiplication result of the second multiplication means from the multiplication result of the first multiplication means may be included. .
According to a third aspect of the present invention, the rotational angular velocity calculation means applies the equation (A) in a linear region that can be regarded as sin (θ i −θ i−1 ) ≈θ i −θ i−1. The motor control device according to claim 2, wherein:

この構成により、前記式(A)を用いて回転角速度ωを正確に用いることができる。
前記回転角速度演算手段が前記線形領域で前記式(A)を適用して回転角速度ωを求めるためには、具体的には、前記信号読み込み手段が正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを読み込む周期を、読み込み周期間におけるロータ回転角度θの変化量Δθが|Δθ|=|θi−θi-1|≦60°を満たすように十分に短く定めておけばよい。
With this configuration, the rotational angular velocity ω can be accurately used by using the formula (A).
In order for the rotational angular velocity calculation means to obtain the rotational angular velocity ω by applying the formula (A) in the linear region, specifically, the period in which the signal reading means reads the sine signal sinθ and the cosine signal cosθ, The amount of change Δθ of the rotor rotation angle θ during the reading cycle may be set sufficiently short so as to satisfy | Δθ | = | θ i −θ i-1 | ≦ 60 °.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ1と、車両の舵取り機構2に操舵補助力を与える電動モータ3と、この電動モータ3を駆動制御するモータ制御装置(ECU:電子制御ユニット)5とを備えている。モータ制御装置5は、トルクセンサ1が検出する操舵トルクと車内LAN(CANバス)を通じて与えられる車速情報とに応じて電動モータ3を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。電動モータ3は、この実施形態では、三相ブラシレスDCモータである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram for explaining an electrical configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The electric power steering apparatus includes a torque sensor 1 that detects a steering torque applied to a steering wheel of a vehicle, an electric motor 3 that applies a steering assist force to a steering mechanism 2 of the vehicle, and a motor control that drives and controls the electric motor 3. A device (ECU: electronic control unit) 5 is provided. The motor control device 5 realizes appropriate steering assistance according to the steering situation by driving the electric motor 3 according to the steering torque detected by the torque sensor 1 and the vehicle speed information given through the in-vehicle LAN (CAN bus). To do. In this embodiment, the electric motor 3 is a three-phase brushless DC motor.

モータ制御装置5は、CPU、RAMおよびROMを含むマイクロコンピュータ6と、電動モータ3に流れるU相電流iuaおよびV相電流ivaをそれぞれ検出するモータ電流検出回路7Uおよび7Vと、電動モータ3に付設されたレゾルバ4の出力信号を増幅するレゾルバアンプ8と、電動モータ3に電力を供給するモータドライバ9とを備えている。レゾルバアンプ8は、レゾルバ4とともに信号出力手段を構成しており、電動モータ3のロータ回転角度θに関する正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを出力する。ロータ回転角度θは、電動モータ3のU相電機子巻線の位置を基準とするロータ(界磁)の角度である。 The motor control device 5 includes a microcomputer 6 including a CPU, a RAM, and a ROM, motor current detection circuits 7U and 7V for detecting a U-phase current i ua and a V-phase current i va flowing in the electric motor 3, respectively, And a resolver amplifier 8 for amplifying the output signal of the resolver 4 attached to the motor, and a motor driver 9 for supplying electric power to the electric motor 3. The resolver amplifier 8 constitutes signal output means together with the resolver 4, and outputs a sine signal sinθ and a cosine signal cosθ relating to the rotor rotation angle θ of the electric motor 3. The rotor rotation angle θ is an angle of the rotor (field) based on the position of the U-phase armature winding of the electric motor 3.

マイクロコンピュータ6は、トルクセンサ1の出力信号をA/D変換ポート11を介してディジタルデータで表された操舵トルクとして取り込み、また、車内LANからの車速情報を通信ポート12を介して取り込む。そして、マイクロコンピュータ6は、操舵トルクおよび車速に基づいて電動モータ3の電流指令値を設定し、さらに、この電流指令値とモータ電流検出回路7U,7Vの出力信号とに基づいて電圧指令値を設定し、この電圧指令値をモータドライバ9に与える。これにより、モータドライバ9から電動モータ3に適切な電圧が印加され、電動モータ3から操舵補助に必要十分なトルクが発生する。   The microcomputer 6 captures the output signal of the torque sensor 1 as a steering torque represented by digital data via the A / D conversion port 11 and captures vehicle speed information from the in-vehicle LAN via the communication port 12. The microcomputer 6 sets the current command value of the electric motor 3 based on the steering torque and the vehicle speed, and further determines the voltage command value based on the current command value and the output signals of the motor current detection circuits 7U and 7V. The voltage command value is set and given to the motor driver 9. As a result, an appropriate voltage is applied from the motor driver 9 to the electric motor 3, and a necessary and sufficient torque for assisting steering is generated from the electric motor 3.

マイクロコンピュータ6は、所定のプログラムを実行することによって実現される複数の機能処理手段を備えている。この複数の機能処理手段には、操舵トルクおよび車速に基づいて目標電流値を演算する目標電流演算部21が含まれている。この目標電流演算部21が出力する目標電流値は、加算部22に入力されるようになっている。この加算部22には、各種の補償制御を行う補償制御部23からの補正値が与えられ、この補正値が目標電流値に加算されて、補正後の目標電流値が求められるようになっている。この補正後の目標電流値は、電動モータ3のU相、V相およびW相に与えるべき電流(正弦波電流)の振幅を表す電流指令値Ia *である。 The microcomputer 6 includes a plurality of function processing means realized by executing a predetermined program. The plurality of function processing means includes a target current calculation unit 21 that calculates a target current value based on the steering torque and the vehicle speed. The target current value output by the target current calculation unit 21 is input to the addition unit 22. The addition unit 22 is given a correction value from the compensation control unit 23 that performs various compensation controls, and the correction value is added to the target current value to obtain a corrected target current value. Yes. The corrected target current value is a current command value I a * representing the amplitude of a current (sine wave current) to be applied to the U phase, V phase, and W phase of the electric motor 3.

補償制御部23は、たとえば、ステアリングホイールの収斂性を向上させるための収斂性補正値を演算する収斂性補正部などを含み、通信ポート12からの車速および電動モータ3のロータの回転角速度ωに基づいて、目標電流値を補正するための補正値を演算するようになっている。
マイクロコンピュータ6は、電動モータ3のロータの回転角速度ωを演算するための角速度演算部25を備えている。この角速度演算部25には、レゾルバアンプ8の出力信号をディジタルデータに変換して取り込むA/D変換ポート13からのデータが与えられている。A/D変換ポート13は、所定のサンプリング周期でレゾルバアンプ8の出力信号をサンプリングしてディジタルデータに変換し、ディジタル化された正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを生成する。
The compensation control unit 23 includes, for example, a convergence correction unit that calculates a convergence correction value for improving the convergence of the steering wheel, and adjusts the vehicle speed from the communication port 12 and the rotational angular velocity ω of the rotor of the electric motor 3. Based on this, a correction value for correcting the target current value is calculated.
The microcomputer 6 includes an angular velocity calculation unit 25 for calculating the rotational angular velocity ω of the rotor of the electric motor 3. The angular velocity calculation unit 25 is supplied with data from the A / D conversion port 13 which converts the output signal of the resolver amplifier 8 into digital data and takes it in. The A / D conversion port 13 samples the output signal of the resolver amplifier 8 at a predetermined sampling period and converts it into digital data, and generates a digitized sine signal sinθ and cosine signal cosθ.

角速度演算部25は、次式(A)に従って、回転角速度ωを求めるように構成されている
ω=Δθ≒sinΔθ=sinθicosθi-1−cosθisinθi-1 ……(A)
ただし、θiは今サンプリング周期でのロータ回転角度、
θi-1は前サンプリング周期でのロータ回転角度
Δθ=θi−θi-1である。
Angular velocity calculating unit 25, in accordance with the following formula (A), and is configured to determine a rotational angular velocity ω ω = Δθ ≒ sinΔθ = sinθ i cosθ i-1 -cosθ i sinθ i-1 ...... (A)
Where θ i is the rotor rotation angle at the sampling period,
θ i-1 is the rotor rotation angle in the previous sampling period
Δθ = θ i −θ i−1 .

マイクロコンピュータ6は、さらに、d−q軸電流指令値演算部26を備えている。このd−q軸電流指令値演算部26は、電流指令値Ia *に基づいて、d−q座標系におけるd軸電流指令値ida *およびq軸電流指令値iqa *を求める。d−q座標系は、電動モータ3のロータと同期して回転するd軸およびq軸からなる回転直交座標系である。d軸は、ロータが形成する磁束の方向に沿った軸であり、q軸は、電動モータ3が発生するトルクの方向に沿った軸である。 The microcomputer 6 further includes a dq axis current command value calculation unit 26. The dq-axis current command value calculator 26 obtains a d-axis current command value i da * and a q-axis current command value i qa * in the dq coordinate system based on the current command value I a * . The dq coordinate system is a rotation orthogonal coordinate system including a d axis and a q axis that rotate in synchronization with the rotor of the electric motor 3. The d axis is an axis along the direction of the magnetic flux formed by the rotor, and the q axis is an axis along the direction of the torque generated by the electric motor 3.

ここで、三相交流座標をd−q座標に変換するための変換行列[c]は、次式のとおりである。   Here, the conversion matrix [c] for converting the three-phase alternating current coordinates into the dq coordinates is as follows.

Figure 2008062711
したがって、電流指令値Ia *を三相分相処理して得られるU相電流指令値をiua *とし、V相電流指令値をiva *とし、W相電流指令値をiwa *とすると、d−q座標系のd軸電流指令値ida *およびq軸電流指令値iqa *は、下記第(2)式で表される。
Figure 2008062711
Therefore, the U-phase current command value obtained by subjecting the current command value I a * to the three-phase phase separation process is i ua * , the V-phase current command value is i va * , and the W-phase current command value is i wa * . Then, the d-axis current command value i da * and the q-axis current command value i qa * in the dq coordinate system are expressed by the following equation (2).

Figure 2008062711
また、U相電流指令値iua *、V相電流指令値iva *およびW相電流指令値iwa *は、それぞれ下記第(3),(4),(5)式で表される。
Figure 2008062711
The U-phase current command value i ua * , the V-phase current command value i va *, and the W-phase current command value i wa * are expressed by the following equations (3), (4), and (5), respectively.

Figure 2008062711
そして、これらの第(3),(4),(5)式を上記第(2)式に代入して整理すると、d軸電流指令値ida *およびq軸電流指令値iqa *は、下記第(6)式のように表すことができる。
Figure 2008062711
When these equations (3), (4), (5) are substituted into the above equation (2) and rearranged, the d-axis current command value i da * and the q-axis current command value i qa * are It can be expressed as the following formula (6).

Figure 2008062711
したがって、d−q軸電流指令値演算部26は、d軸電流指令値ida *=0と設定する一方で、次の第(7)式に従ってq軸電流指令値iqa *を算出する。
Figure 2008062711
Therefore, the dq-axis current command value calculation unit 26 sets the d-axis current command value i da * = 0, and calculates the q-axis current command value i qa * according to the following equation (7).

Figure 2008062711
d−q軸電流指令値演算部26によって算出されたq軸電流指令値iqa *は、減算部27qに入力されるようになっている。この減算部27qには、U相モータ電流検出回路7UおよびV相モータ電流検出回路7Vがそれぞれ検出するU相電流iuaおよびV相電流ivaを三相交流/d−q座標変換して求められるq軸電流iqaが入力されている。U相モータ電流検出回路7UおよびV相モータ電流検出回路7Vの出力信号は、A/D変換ポート14,15によってディジタルデータに変換されてマイクロコンピュータ6に取り込まれ、電流検波部16,17で検波された後、三相交流/d−q座標変換部28に入力されるようになっている。三相交流/d−q座標変換部28は、下記第(8)式に従って、U相電流iuaおよびV相電流ivaをd−q座標系の値に変換する。
Figure 2008062711
The q-axis current command value i qa * calculated by the dq-axis current command value calculation unit 26 is input to the subtraction unit 27q. The subtracting unit 27q obtains the U-phase current i ua and the V-phase current i va detected by the U-phase motor current detection circuit 7U and the V-phase motor current detection circuit 7V, respectively, by three-phase AC / dq coordinate conversion. Q-axis current i qa is inputted. The output signals of the U-phase motor current detection circuit 7U and the V-phase motor current detection circuit 7V are converted into digital data by the A / D conversion ports 14 and 15 and taken into the microcomputer 6, and detected by the current detection units 16 and 17. After that, the three-phase AC / dq coordinate conversion unit 28 is inputted. The three-phase AC / dq coordinate converter 28 converts the U-phase current i ua and the V-phase current i va into values in the dq coordinate system according to the following equation (8).

Figure 2008062711
三相交流/d−q座標変換部28には、A/D変換ポート13からの正弦信号sinθおよび余弦信号θが与えられており、これらを用いて前記式(8)に従う演算が行われるようになっている。
Figure 2008062711
The three-phase AC / dq coordinate conversion unit 28 is provided with the sine signal sin θ and the cosine signal θ from the A / D conversion port 13, and the calculation according to the above equation (8) is performed using these signals. It has become.

三相交流/d−q座標変換部28は、三相交流/d−q座標変換により得られたq軸電流iqaを減算部27qに与える。したがって、減算部27qからは、q軸電流iqaのq軸電流指令値iqa *に対する偏差が出力されることになる。
一方、上記第(6)式から、d軸電流指令値ida *は、電流指令値Ia *にかかわらず零に設定することが好ましいことが理解できる。そこで、このd軸電流指令値ida *は常に零に設定され、この「d軸電流指令値ida *=0」は減算部27dに入力されるようになっている。そして、減算部27dには、三相交流/d−q座標変換部28において上記第(8)式に従い、U相電流iuaおよびV相電流ivaを三相交流/d−q座標変換して得られるd軸電流idaが入力されている。これにより、減算部27dは、d軸電流idaのd軸電流指令値ida *に対する偏差を出力することになる。
The three-phase AC / dq coordinate conversion unit 28 gives the q-axis current i qa obtained by the three-phase AC / dq coordinate conversion to the subtraction unit 27q. Accordingly, the subtraction unit 27q outputs a deviation of the q-axis current i qa from the q-axis current command value i qa * .
On the other hand, it can be understood from the equation (6) that the d-axis current command value i da * is preferably set to zero regardless of the current command value I a * . Therefore, this d-axis current command value i da * is always set to zero, and this “d-axis current command value i da * = 0” is input to the subtraction unit 27 d. The subtractor 27d performs three-phase AC / dq coordinate conversion on the U-phase current i ua and the V-phase current i va in the three-phase AC / dq coordinate conversion unit 28 according to the above equation (8). The d-axis current i da obtained in this way is input. Thereby, the subtraction unit 27d outputs a deviation of the d-axis current i da from the d-axis current command value i da * .

減算部27d,27qから出力される偏差は、それぞれd軸電流PI(比例積分)制御部29dおよびq軸電流PI制御部29qに与えられる。PI制御部29d,29qは、それぞれ、減算部27d,27qから入力される偏差に基づいてPI演算を行い、これによりd軸電圧指令値Vda *およびq軸電圧指令値Vqa *を求める。
d軸電圧指令値Vda *およびq軸電圧指令値Vqa *は、d−q/三相交流座標変換部31に入力されるようになっている。このd−q/三相交流座標変換部31にはまた、レゾルバアンプ8からA/D変換ポート13を介して取り込まれた正弦信号sinθおよび余弦信号cosθが入力されている。d−q/三相交流座標変換部31は、これらを用い、下記第(9)式に従って、d軸電圧指令値Vda *およびq軸電圧指令値Vqa *を三相交流座標系の指令値Vua *,Vva *,Vwa *に変換する。そして、その得られたU相電圧指令値Vua *、V相電圧指令値Vva *およびW相電圧指令値Vwa *を、三相PWM形成部32に入力する。
Deviations output from the subtracting units 27d and 27q are given to a d-axis current PI (proportional integration) control unit 29d and a q-axis current PI control unit 29q, respectively. The PI control units 29d and 29q perform the PI calculation based on the deviations input from the subtraction units 27d and 27q, respectively, thereby obtaining the d-axis voltage command value V da * and the q-axis voltage command value V qa * .
The d-axis voltage command value V da * and the q-axis voltage command value V qa * are input to the dq / three-phase AC coordinate conversion unit 31. The dq / three-phase AC coordinate conversion unit 31 also receives a sine signal sinθ and a cosine signal cosθ that are input from the resolver amplifier 8 via the A / D conversion port 13. The dq / three-phase alternating current coordinate conversion unit 31 uses these and outputs the d-axis voltage command value V da * and the q-axis voltage command value V qa * according to the following equation (9): Converted to values V ua * , V va * , and V wa * . Then, the obtained U-phase voltage command value V ua * , V-phase voltage command value V va *, and W-phase voltage command value V wa * are input to the three-phase PWM forming unit 32.

Figure 2008062711
なお、W相電圧指令値Vwa *は、上記第(9)式の演算によるのではなく、零からU相電圧指令値Vua *およびV相電圧指令値Vva *を減算することにより求めることができる。このようにすれば、CPUへの負担を軽減できる。むろん、CPUの演算速度が十分である場合には、上記第(9)式に従う演算によってW相電圧指令値Vwa *を算出するようにしてもよい。
Figure 2008062711
The W-phase voltage command value V wa * is obtained by subtracting the U-phase voltage command value V ua * and the V-phase voltage command value V va * from zero, not by the calculation of the above equation (9). be able to. In this way, the burden on the CPU can be reduced. Of course, if the calculation speed of the CPU is sufficient, the W-phase voltage command value V wa * may be calculated by calculation according to the above equation (9).

三相PWM形成部32は、U相電圧指令値Vua *、V相電圧指令値Vva *およびW相電圧指令値Vwa *にそれぞれ対応したPWM信号Su,Sv,Swを作成し、その作成したPWM信号Su,Sv,Swをモータドライバ9に向けて出力する。これにより、モータドライバ9から、電動モータ3のU相、V相およびW相に、それぞれPWM信号Su,Sv,Swに応じた電圧Vua,Vva,Vwaが印加され、電動モータ3から、操舵補助に必要なトルクが発生される。 The three-phase PWM forming unit 32 generates PWM signals S u , S v , and S w corresponding to the U-phase voltage command value V ua * , the V-phase voltage command value V va *, and the W-phase voltage command value V wa * , respectively. Then, the generated PWM signals S u , S v , S w are output to the motor driver 9. As a result, voltages V ua , V va , V wa corresponding to the PWM signals S u , S v , S w are applied from the motor driver 9 to the U phase, V phase, and W phase of the electric motor 3, respectively. Torque necessary for assisting steering is generated from the motor 3.

図2は、角速度演算部25の構成例を説明するためのブロック図である。角速度演算部25は、A/D変換ポート13における1サンプリング周期前の正弦信号sinθi-1を記憶する正弦信号メモリ41と、1サンプリング周期前の余弦信号cosθi-1を記憶する余弦信号メモリ42と、2つの乗算器43,44と、減算器45とを備えている。一方の乗算器43には、今サンプリング周期の正弦信号sinθiと、余弦信号メモリ42から読み出された前サンプリング周期の余弦信号cosθi-1とが与えられ、これらが乗算されてsinθicosθi-1が求められる。他方の乗算器44には、今サンプリング周期の余弦信号cosθiと、正弦信号メモリ41から読み出された前サンプリング周期の正弦信号sinθi-1とが与えられ、これらが乗算されてcosθisinθi-1が求められる。減算器45では、乗算器43の出力から乗算器44の出力が減算され、その結果、sinθicosθi-1−cosθisinθi-1=sin(θi−θi-1)が求められる。これが回転角速度ωとして出力される。 FIG. 2 is a block diagram for explaining a configuration example of the angular velocity calculation unit 25. The angular velocity calculation unit 25 stores a sine signal memory 41 that stores a sine signal sin θ i-1 before one sampling period in the A / D conversion port 13 and a cosine signal memory that stores a cosine signal cos θ i-1 before one sampling period. 42, two multipliers 43 and 44, and a subtractor 45. One multiplier 43 is supplied with the sine signal sinθ i of the current sampling period and the cosine signal cosθ i−1 of the previous sampling period read from the cosine signal memory 42, and these are multiplied to sinθ i cosθ. i-1 is required. The other multiplier 44 is supplied with the cosine signal cosθ i of the current sampling period and the sine signal sinθ i−1 of the previous sampling period read from the sine signal memory 41, and these are multiplied to give cosθ i sinθ. i-1 is required. The subtracter 45, the output of the multiplier 44 from the output of the multiplier 43 is subtracted, as a result, sinθ i cosθ i-1 -cosθ i sinθ i-1 = sin (θ i -θ i-1) is determined . This is output as the rotational angular velocity ω.

ただし、図3に示すように、上記式によって回転角速度ω(=Δθ=θi−θi-1)を求めることができるのは、sinΔθ≒Δθとみなすことができる領域、すなわち、sinΔθにリニアリティ(線形性)が認められる線形領域40内である。したがって、サンプリング周期間のロータ回転角度θの変化量Δθが線形領域40の範囲内となるようにA/D変換ポート13のサンプリング周期を定めておくことが好ましい。より具体的には、Δθが±60°の範囲内に収まるように、A/D変換ポート13のサンプリング周期を定めればよい。 However, as shown in FIG. 3, the rotational angular velocity ω (= Δθ = θ i −θ i-1 ) can be obtained by the above formula, in a region that can be regarded as sin Δθ≈Δθ, that is, linearity in sin Δθ. It is within the linear region 40 where (linearity) is recognized. Therefore, it is preferable to determine the sampling period of the A / D conversion port 13 so that the change amount Δθ of the rotor rotation angle θ between the sampling periods is within the range of the linear region 40. More specifically, the sampling period of the A / D conversion port 13 may be determined so that Δθ is within a range of ± 60 °.

一方、たとえば、A/D変換ポート13が16ビットの分解能で正弦信号sinθおよび余弦信号cosθをディジタル化するものであるとすると、正弦信号sinθおよび余弦信号cosθの乗算演算を行って回転角速度ωを求める角速度演算部25は、32ビットの分解能で回転角速度ωを求めることになる。こうして高分解能で回転角速度ωが求められることにより、この回転角速度ωを用いて行われる補償制御部23での制御の精度を高めることができ、それに応じて、操舵フィーリングを向上することができる。具体的には、モータ制御音や振動を低減することができる。しかも、サンプリング時間間隔を長くして分解能を向上しているわけではなく、A/D変換ポート13のサンプリング周期毎に更新される回転角速度ωを得ることができるので、回転角速度検出の応答性が悪くなることもない。したがって、補償制御部23での補償制御を十分な応答性で行うことができる。   On the other hand, for example, if the A / D conversion port 13 digitizes the sine signal sinθ and the cosine signal cosθ with a resolution of 16 bits, the multiplication operation of the sine signal sinθ and the cosine signal cosθ is performed to obtain the rotational angular velocity ω. The obtained angular velocity calculation unit 25 obtains the rotational angular velocity ω with a resolution of 32 bits. By obtaining the rotational angular velocity ω with high resolution in this way, it is possible to increase the accuracy of the control in the compensation control unit 23 performed using the rotational angular velocity ω, and to improve the steering feeling accordingly. . Specifically, motor control sound and vibration can be reduced. In addition, the resolution is not improved by increasing the sampling time interval, and the rotational angular velocity ω updated at every sampling period of the A / D conversion port 13 can be obtained. It won't get worse. Therefore, the compensation control in the compensation control unit 23 can be performed with sufficient responsiveness.

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、角速度演算部25は、減算器45の出力に対して平均化処理を行う平均化処理部をさらに含むものであってもよい。これにより、乗算演算に起因するばらつきを低減でき、回転角速度ωの値の安定化を図ることができる。
また、前述の実施形態では、PI制御が適用された場合を例にあげたが、このPI制御に代えて、PID(比例積分微分)制御が適用されてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, the angular velocity calculation unit 25 may further include an averaging processing unit that performs an averaging process on the output of the subtracter 45. Thereby, the dispersion | variation resulting from a multiplication calculation can be reduced and the value of rotation angular velocity (omega) can be stabilized.
In the above-described embodiment, the case where PI control is applied has been described as an example. However, PID (proportional integral derivative) control may be applied instead of PI control.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the electrical constitution of the electric power steering device which concerns on one Embodiment of this invention. 角速度演算部の構成例を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structural example of an angular velocity calculating part. 回転角速度の演算が可能な線形領域を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the linear area | region which can calculate rotation angular velocity.

符号の説明Explanation of symbols

3…電動モータ、4…レゾルバ、5…モータ制御装置、6…マイクロコンピュータ、40…線形領域、41…正弦信号メモリ、42…余弦信号メモリ、43,44…乗算器、45…減算器   DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Electric motor, 4 ... Resolver, 5 ... Motor controller, 6 ... Microcomputer, 40 ... Linear region, 41 ... Sine signal memory, 42 ... Cosine signal memory, 43, 44 ... Multiplier, 45 ... Subtractor

Claims (3)

電動モータのロータの回転角度θに関する正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを出力する信号出力手段と、
この信号出力手段が出力する前記正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを所定周期毎に読み込む信号読み込み手段と、
この信号読み込み手段が読み込んだ正弦信号sinθおよび余弦信号cosθの今回値および前回値に基づいて、前記電動モータのロータの回転角速度ωを演算する回転角速度演算手段と、
この回転角速度演算手段によって演算された回転角速度ωを用いて前記電動モータを制御する制御手段とを含む、モータ制御装置。
A signal output means for outputting a sine signal sinθ and a cosine signal cosθ relating to the rotation angle θ of the rotor of the electric motor;
Signal reading means for reading the sine signal sinθ and cosine signal cosθ output by the signal output means at predetermined intervals;
Based on the current value and the previous value of the sine signal sinθ and the cosine signal cosθ read by the signal reading means, a rotational angular speed calculating means for calculating the rotational angular speed ω of the rotor of the electric motor;
And a control unit that controls the electric motor using the rotation angular velocity ω calculated by the rotation angular velocity calculation unit.
前記回転角速度演算手段は、次式(A)に基づいて、回転角速度ωを演算するものである、請求項1記載のモータ制御装置。
ω=sinθi・cosθi-1−cosθi・sinθi-1 (A)
ただし、sinθiは正弦信号の今回値、sinθi-1は正弦信号の前回値、cosθiは余弦信号の今回値、cosθi-1は余弦信号の前回値である。
The motor control device according to claim 1, wherein the rotation angular velocity calculation means calculates a rotation angular velocity ω based on the following equation (A).
ω = sinθ i · cosθ i -1 -cosθ i · sinθ i-1 (A)
However, sinθ i is the current value of the sine signal, sinθ i-1 is the previous value of the sine signal, cosθ i is the current value of the cosine signal, and cosθ i-1 is the previous value of the cosine signal.
前記回転角速度演算手段は、sin(θi−θi-1)≒θi−θi-1とみなせる線形領域で前記式(A)を適用して回転角速度ωを求めるものである、請求項2記載のモータ制御装置。 The rotational angular velocity calculation means obtains the rotational angular velocity ω by applying the formula (A) in a linear region that can be regarded as sin (θ i −θ i−1 ) ≈θ i −θ i−1. 2. The motor control device according to 2.
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