JP2009022074A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、モータのdq座標における二相電流の指令値を定め、この指令値に基づいてモータを制御するためのモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device for determining a command value of a two-phase current in dq coordinates of a motor and controlling the motor based on the command value.
モータが発生する駆動力を舵取り機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置が知られている。電動パワーステアリング装置は、具体的には、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサによって検出される操舵トルクに基づいてモータを駆動するモータ制御装置とを備えている。
モータには、たとえば、三相DCブラシレスモータが適用される。モータ制御装置は、ロータの電気角に基づいて、ステータの各相に正弦波状に変化する電圧を印加する正弦波駆動を行う。より具体的には、たとえば、モータ制御装置は、トルクセンサによって検出される操舵トルクに基づいて、dq座標における二相電流の指令値、すなわち、d軸電流指令値およびq軸電流指令値を設定する。さらに、モータ制御装置は、モータに実際に流れているd軸電流値およびq軸電流値を検出し、各指令値に対するd軸電流値およびq軸電流値の偏差を求め、それらの偏差に対応したd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を演算する。そして、モータ制御装置は、d軸電圧指令値およびq軸電圧指令値を三相(U相,V相,W相)の電圧値に変換し、これらの値の電圧をモータの各相に印加する。
For example, a three-phase DC brushless motor is applied to the motor. The motor control device performs sinusoidal driving that applies a voltage that changes in a sinusoidal manner to each phase of the stator based on the electrical angle of the rotor. More specifically, for example, the motor control device sets the command value of the two-phase current in the dq coordinate, that is, the d-axis current command value and the q-axis current command value, based on the steering torque detected by the torque sensor. To do. Furthermore, the motor control device detects the d-axis current value and the q-axis current value that are actually flowing through the motor, determines the deviation of the d-axis current value and the q-axis current value with respect to each command value, and responds to these deviations. The d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value are calculated. The motor control device converts the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value into three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) voltage values, and applies the voltages of these values to each phase of the motor. To do.
低中速回転域では、d軸電流指令値を零とする一方で、q軸電流指令値を操舵トルクに応じた値に設定することにより、モータから必要なトルクを発生させることができる。しかし、高速回転域では、モータの逆起電力のために出力(トルク)が不足する。そこで、モータの出力を増加させるために、d軸電流指令値を零以外の有意値とし、界磁を弱める方向に電流を流す弱め磁束制御が行われる。 In the low / medium speed rotation range, the d-axis current command value is set to zero, while the q-axis current command value is set to a value corresponding to the steering torque, whereby the necessary torque can be generated from the motor. However, in the high-speed rotation range, the output (torque) is insufficient due to the counter electromotive force of the motor. Therefore, in order to increase the output of the motor, the d-axis current command value is set to a significant value other than zero, and flux-weakening control is performed to flow current in the direction of weakening the field.
一方、各相の電圧が正弦波となるようにするためには、各相電圧の振幅を電源電圧Edの1/2以下とする必要があり、d軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqに関して、次式(P1)が成立する必要がある(特許文献1)。
√(Vd 2+Vq 2)≦Ed√3/2√2 …… (P1)
したがって、d軸電流指令値およびq軸電流指令値によっては、d軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqが前記式(P1)の条件を満たさず、正弦波駆動ができなくなる。そのため、モータに振動が生じ、この振動が舵取り機構を介してステアリングホイールに伝達され、操舵フィーリングの悪化を招く。
On the other hand, in order for the voltage of each phase to be a sine wave, the amplitude of each phase voltage must be ½ or less of the power supply voltage E d , and the d-axis voltage V d and the q-axis voltage V q The following formula (P1) needs to be established (Patent Document 1).
√ (V d 2 + V q 2 ) ≦ E d √3 / 2√2 (P1)
Therefore, depending on the d-axis current command value and the q-axis current command value, the d-axis voltage V d and the q-axis voltage V q do not satisfy the condition of the expression (P1), and the sine wave drive cannot be performed. Therefore, vibration is generated in the motor, and this vibration is transmitted to the steering wheel via the steering mechanism, resulting in deterioration of the steering feeling.
特許文献1の先行技術は、前記式(P1)の条件が成立するようにq軸電圧指令値を制限している。しかし、この先行技術では、d軸電流指令値およびq軸電流指令値に基づいて設定したq軸電圧指令値を事後的に制限するようにしているので、q軸電流iqが変動的になり、モータが発生するトルクが変動して、やはりモータに振動が生じるおそれがある。すなわち、q軸電圧指令値に制限がかかるほどの高速回転域および高電流値域では、q軸電圧指令値を制限すると、q軸電流iqが狙い値よりも強制的に小さくされる。一方、d軸電圧には、d軸電流idを含む項とともにq軸電流iqを含む項(後記式(7)参照)も含まれているため、q軸電流iqが少なくなることによって、d軸電流id(≦0)が狙い値よりも大きな絶対値をとることになる。そして、d軸電流iqの絶対値が大きくなることにより、q軸電圧に余裕ができ(後記式(8)参照)、q軸電流iqを大きくできる要素が発生する。したがって、モータ制御装置は、q軸電流iqを大きくしようとする。 The prior art of Patent Document 1 restricts the q-axis voltage command value so that the condition of the formula (P1) is satisfied. However, in this prior art, since the q-axis voltage command value set based on the d-axis current command value and the q-axis current command value is limited afterwards, the q-axis current i q becomes variable. The torque generated by the motor may fluctuate and vibration may occur in the motor. That is, when the q-axis voltage command value is limited in a high-speed rotation region and a high current value region that limit the q-axis voltage command value, the q-axis current i q is forcibly made smaller than the target value. On the other hand, the d-axis voltage, because it includes also terms (see below formula (7)) including the q-axis current i q with terms including the d-axis current i d, by q-axis current i q is reduced The d-axis current i d (≦ 0) takes an absolute value larger than the target value. Then, since the absolute value of the d-axis current i q is increased, there is a margin in the q-axis voltage (see formula (8) below), and an element that can increase the q-axis current i q is generated. Therefore, the motor control device tries to increase the q-axis current i q .
このように、q軸電圧指令値に制限がかかる状況では、dq軸上で干渉し合いながらd軸電流idおよびq軸電流iqが決まる。そして、フィードバックループは、その成り行きで決まったd軸電流idおよびq軸電流iqをd軸電流指令値およびq軸電流指令値に修正するための電圧指令値を設定することになる。このようにしてq軸電流iqが変動的になり、モータに微振動が生じて、操舵違和感を生じることになる。 Thus, in a situation where the q-axis voltage command value is limited, the d-axis current id and the q-axis current iq are determined while interfering with each other on the dq axis. Then, the feedback loop sets a voltage command value for correcting the d-axis current i d and the q-axis current i q determined by the process to the d-axis current command value and the q-axis current command value. In this way, the q-axis current i q becomes fluctuating, causing slight vibrations in the motor, resulting in an uncomfortable feeling of steering.
そこで、この発明の目的は、モータの振動を抑制しつつ、出力の増加を図ることができるモータ制御装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor control device capable of increasing an output while suppressing vibration of the motor.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、dq座標上のd軸電流およびq軸電流を制御することによりモータ(3)を制御するためのモータ制御装置(5)であって、q軸電流指令値を設定するq軸電流指令値設定手段(S2)と、q軸電流の上限値および下限値を設定する上限・下限値設定手段(S1)と、前記q軸電流指令値設定手段によって設定されるq軸電流指令値と、前記上限・下限値設定手段によって設定される上限値および下限値とを比較する比較手段(S3,S5)と、この比較手段による比較結果に応じてq軸電流指令値に制限を加えるq軸電流指令値制限手段(S4,S6)と、このq軸電流指令値制限手段による制限後のq軸電流指令値に基づいて、d軸電流指令値を設定するd軸電流指令値設定手段(S7)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。 The invention according to claim 1 for achieving the above object is a motor control device (5) for controlling a motor (3) by controlling a d-axis current and a q-axis current on a dq coordinate. Q-axis current command value setting means (S2) for setting a q-axis current command value, upper / lower limit value setting means (S1) for setting an upper limit value and a lower limit value of the q-axis current, and the q-axis current command value Comparing means (S3, S5) for comparing the q-axis current command value set by the setting means with the upper limit value and the lower limit value set by the upper limit / lower limit value setting means, and according to the comparison result by the comparing means Based on the q-axis current command value limiting means (S4, S6) for limiting the q-axis current command value and the q-axis current command value after the limit by the q-axis current command value limiting means, D-axis current command value setting means (S ) And a, 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、q軸電流指令値と、q軸電流の上限値および下限値とが比較され、この比較結果に応じて、q軸電流指令値に制限が加えられる。そして、この制限が加えられたq軸電流指令値に対応するd軸電流指令値が設定される。こうして、q軸電流指令値に予め制限が加えられ、それに応じてd軸電流指令値が設定されるので、d軸電圧およびq軸電圧が満たすべき条件を確実に満足することができる。しかも、q軸電流指令値を予め制限する構成であるので、電圧指令値を事後的に制限する場合のように、q軸電流が変動的になるおそれもない。これにより、モータに振動が生じることを抑制または防止しつつ、d軸電流による弱め磁束制御を行って、とくに高速回転域における出力の増加を図ることができる。 According to this configuration, the q-axis current command value is compared with the upper limit value and lower limit value of the q-axis current, and the q-axis current command value is limited according to the comparison result. Then, a d-axis current command value corresponding to the q-axis current command value to which this restriction is added is set. Thus, the q-axis current command value is preliminarily limited and the d-axis current command value is set accordingly, so that the conditions that the d-axis voltage and the q-axis voltage should satisfy can be surely satisfied. Moreover, since the q-axis current command value is limited in advance, there is no possibility that the q-axis current becomes variable as in the case where the voltage command value is limited afterwards. As a result, it is possible to control the magnetic flux weakening by the d-axis current while suppressing or preventing the vibration from occurring in the motor, and to increase the output particularly in the high-speed rotation range.
請求項2記載の発明は、前記上限・下限値設定手段が、モータの回転角速度に応じた上限値および下限値を設定するものである、請求項1記載のモータ制御装置である。
この構成によれば、モータの回転角速度に応じた適切な上限値および下限値が設定されるので、モータの回転角速度に応じて、q軸電流指令値を適切に制限することができる。これにより、q軸電流指令値に過大な制限が加えられることを抑制でき、モータの振動が生じない範囲で、その出力をより効果的に増加させることができる。
The invention according to
According to this configuration, an appropriate upper limit value and lower limit value are set according to the rotational angular velocity of the motor, and thus the q-axis current command value can be appropriately limited according to the rotational angular velocity of the motor. Thereby, it can suppress that an excessive restriction | limiting is added to q-axis electric current command value, and can increase the output more effectively in the range which does not produce a vibration of a motor.
請求項3記載の発明は、前記上限・下限値設定手段が、前記上限値を下記(A)式を満たすように定め、前記下限値を下記(B)式を満たすように定める、請求項2記載のモータ制御装置である。
iqa_uplimはq軸電流上限値
iqa_downlimはq軸電流下限値
Rはモータの固定子巻線抵抗
φは界磁による固定子鎖交磁束から計算されるdq座標上の磁束
ωはモータの電気角における回転角速度
Ldはd軸インダクタンス
Lqはq軸インダクタンス
Vlimは正弦波駆動が可能なdq座標での制限電圧
この構成によれば、d軸電圧およびq軸電圧が正弦波駆動のための条件を満たすように予めq軸電流指令値に制限が加えられ、この制限されたq軸電流指令値に応じてd軸電流指令値が設定される。これにより、モータの振動をより確実に抑制または防止できる。
According to a third aspect of the present invention, the upper limit / lower limit value setting means determines the upper limit value to satisfy the following expression (A), and determines the lower limit value to satisfy the following expression (B): It is a motor control apparatus of description.
i qa_uplim is the q-axis current upper limit value i qa_downlim is the q-axis current lower limit value R is the stator winding resistance of the motor φ is the magnetic flux on the dq coordinate calculated from the stator linkage flux by the field ω is the motor electrical angle Rotational angular velocity L d is d-axis inductance L q is q-axis inductance V lim is a limit voltage in dq coordinates that can be driven by sine wave According to this configuration, d-axis voltage and q-axis voltage are used for sine wave drive. The q-axis current command value is limited in advance so as to satisfy the condition, and the d-axis current command value is set according to the limited q-axis current command value. Thereby, the vibration of the motor can be more reliably suppressed or prevented.
請求項4記載の発明は、前記上限・下限値設定手段が、前記上限値を下記(A1)式に従って定め、前記下限値を下記(B1)式に従って定めるものである、請求項3記載のモータ制御装置である。
この構成によれば、d軸電圧およびq軸電圧が正弦波駆動のための条件を満たす範囲で最大のq軸電流指令値が予め求められ、このq軸電流指令値に応じてd軸電流指令値が設定される。これにより、モータの振動を確実に抑制または防止しつつ、モータの出力を最大限に増加させることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor according to the third aspect, the upper limit / lower limit value setting means determines the upper limit value according to the following equation (A1) and determines the lower limit value according to the following equation (B1): It is a control device.
According to this configuration, the maximum q-axis current command value is obtained in advance within a range where the d-axis voltage and the q-axis voltage satisfy the conditions for sine wave driving, and the d-axis current command is determined according to the q-axis current command value. Value is set. Thereby, the output of the motor can be increased to the maximum while reliably suppressing or preventing the vibration of the motor.
請求項5記載の発明は、前記上限・下限値設定手段が、回転角速度の絶対値が所定値を超える回転角速度域においては、前記上限値を前記(A1)式に従って得られる値よりも小さく定め、前記下限値を前記(B1)式に従って得られる値よりも大きく定めるものである、請求項4記載のモータ制御装置である。この構成では、高速回転域において、q軸電流指令値に大きな制限をかけるようにしている。これにより、モータ回転速度が過大になることを抑制または防止できるので、たとえば、制御のための変数がオーバーフローするなどといった不都合を効果的に回避できる。 According to a fifth aspect of the present invention, the upper limit / lower limit value setting means determines the upper limit value to be smaller than a value obtained according to the equation (A1) in a rotational angular velocity range where the absolute value of the rotational angular velocity exceeds a predetermined value. The motor control device according to claim 4, wherein the lower limit value is determined to be larger than a value obtained according to the equation (B1). In this configuration, the q-axis current command value is greatly restricted in the high speed rotation range. As a result, it is possible to suppress or prevent the motor rotation speed from becoming excessive, so that it is possible to effectively avoid problems such as overflow of control variables.
請求項6記載の発明は、前記d軸電流指令値設定手段が、下記(C)式に従ってd軸電流指令値を設定するものである、請求項4または5記載のモータ制御装置である。
ida *はd軸電流指令値
iqa *はq軸電流指令値
この構成によれば、正弦波駆動が可能な範囲でd軸電流指令値を設定することができるので、モータの振動を抑制しつつ、その出力を増加させることができる。
A sixth aspect of the present invention is the motor control apparatus according to the fourth or fifth aspect, wherein the d-axis current command value setting means sets a d-axis current command value according to the following equation (C).
i da * is the d-axis current command value i qa * is the q-axis current command value According to this configuration, the d-axis current command value can be set within a range in which sine wave drive is possible, so motor vibration is suppressed. However, the output can be increased.
請求項7記載の発明は、前記d軸電流指令値設定手段が、下記(C1)式に従ってd軸電流指令値を設定するものである、請求項6記載のモータ制御装置である。
この構成により、正弦波駆動が可能な範囲で、d軸電流指令値の絶対値を可能な限り小さな値に設定することができる。これにより、モータの振動を抑制しつつ、効果的にその出力を増加させることができる。
A seventh aspect of the present invention is the motor control apparatus according to the sixth aspect, wherein the d-axis current command value setting means sets a d-axis current command value according to the following equation (C1).
With this configuration, the absolute value of the d-axis current command value can be set as small as possible within a range in which sine wave driving is possible. Thereby, the output can be effectively increased while suppressing the vibration of the motor.
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
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に付設されたロータ位置センサとしてのレゾルバ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、レゾルバ4からの信号を処理して、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(電気角)である。
The
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 /
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。
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
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(電気角における回転角速度)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
The microcomputer 6 includes an angular
角速度演算部25は、たとえば、次式に従って、回転角速度ωを求めるように構成されていてもよい。
ω=Δθ≒sinΔθ=sinθicosθi-1−cosθisinθi-1
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。
The angular
ω = Δθ ≒ sinΔθ = sinθ i cosθ i -1 −cosθ i sinθ i-1
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、dq軸電流指令値演算部26を備えている。このdq軸電流指令値演算部26は、前述の補正後の目標電流値に基づいて、dq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。dq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、d軸に対してπ/2進んだ位相にある軸である。ただし、この実施形態では、界磁(ロータ)のS極からN極に向かう方向をd軸の正方向にとることにする。
The microcomputer 6 further includes a dq-axis current command
dq軸電流指令値演算部26は、高速回転域(たとえば、800rpmを超える回転速度域)では、d軸電流指令値ida *≠0に設定して、いわゆる弱め磁束制御を行って出力を増加させる。
dq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/dq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/dq座標変換部28に入力されるようになっている。三相交流/dq座標変換部28は、下記(1)式に従って、U相電流iuaおよびV相電流ivaをdq座標系の値に変換する。
The dq-axis current command
The q-axis current command value i qa * calculated by the dq-axis current command
三相交流/dq座標変換部28は、三相交流/dq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軸電流指令値iqa *に対するq軸電流iqaの偏差が出力されることになる。
一方、d軸電流指令値ida *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/dq座標変換部28において前記(1)式に従い、U相電流iuaおよびV相電流ivaを三相交流/dq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軸電流指令値ida *に対するd軸電流idaの偏差を出力することになる。
The three-phase AC / dq coordinate
On the other hand, the d-axis current command value i da * is input to the
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、dq/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dq/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。dq/三相交流座標変換部31は、これらを用い、下記(2)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
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
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
図2は、dq軸電流指令値演算部26の動作を説明するための図であり、モータ回転角速度ωに応じたq軸電流指令値iqa *の上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimが示されている。これらの上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimの間でq軸電流指令値iqa *が設定されることによって、電動モータ3のU相、V相およびW相に正弦波電圧を印加する正弦波駆動が可能になる。
Figure 2 is a diagram for explaining the operation of the dq-axis current command
弱め磁束制御をしないとき、すなわち、d軸電流指令値ida *=0とするときには、破線で示す特性L1+,L1-に従ってq軸電流指令値iqa *が制限される。特性L1+は、一方向(たとえば右回り方向)へのトルクを発生させるために正のq軸電流指令値iqa *を設定するときの上限値を示し、特性L1-は他方向(たとえば左回り方向)へのトルクを発生させるために負のq軸電流指令値iqa *を設定するときの下限値を示す。この場合、モータ回転角速度ωの絶対値が所定の第1閾値ω1(たとえば、ω1=800rpm)以下の低中速回転域においては、q軸電流指令値iqa *の上限値および下限値はそれぞれ一定値α、−α(ただしαは正の定数)であり、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第1閾値ω1を超える高速回転域においては、q軸電流指令値iqa *の上限値は、モータ回転角速度ωの増加に伴ってリニアに減少し、q軸電流指令値iqa *の下限値は、モータ回転角速度ωの絶対値の増加に伴ってリニアに増加する(絶対値が減少する)特性とされる。つまり、q軸電流指令値iqa *の上限値および下限値の絶対値は、第1閾値ω1以下の中低速回転域において一定値に保持される一方で、第1閾値ω1を超える高速回転域においてモータ回転角速度ωの増加に応じてリニアに減少する特性とされる。 When the flux-weakening control is not performed, that is, when the d-axis current command value i da * = 0, the q-axis current command value i qa * is limited according to the characteristics L1 + and L1 − indicated by broken lines . Characteristic L1 + indicates an upper limit value when positive q-axis current command value i qa * is set in order to generate torque in one direction (for example, clockwise direction), and characteristic L1 − indicates the other direction (for example, left direction). The lower limit value when the negative q-axis current command value i qa * is set to generate torque in the rotation direction) is shown. In this case, the upper limit value and lower limit value of the q-axis current command value i qa * are respectively in the low and medium speed rotation range where the absolute value of the motor rotation angular velocity ω is equal to or less than a predetermined first threshold value ω1 (for example, ω1 = 800 rpm). In the high speed range where the absolute value of the motor rotational angular velocity ω exceeds the first threshold value ω1, the upper limit value of the q-axis current command value i qa * is a constant value α, −α (where α is a positive constant). The lower limit value of the q-axis current command value i qa * increases linearly as the absolute value of the motor rotational angular velocity ω increases (the absolute value decreases). ) Characteristic. That is, the absolute value of the upper limit value and the lower limit value of the q-axis current command value i qa * is held at a constant value in the medium / low speed rotation range below the first threshold value ω1, while it exceeds the first threshold value ω1. In FIG. 4, the characteristic decreases linearly as the motor rotational angular velocity ω increases.
一方、弱め磁束制御をするときには、実線で示す特性L2+,L2-に従ってq軸電流指令値iqa *が制限される。特性L2+は、一方向(たとえば右回り方向)へのトルクを発生させるために正のq軸電流指令値iqa *を設定するときの上限値を示し、特性L2-は他方向(たとえば左回り方向)へのトルクを発生させるために負のq軸電流指令値iqa *を設定するときの下限値を示す。この場合、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第1閾値ω1よりも大きな第2閾値ω2(>ω1。たとえば、ω2=900rpm)以下の回転速度域においては、q軸電流指令値iqa *の上限値および下限値はそれぞれ一定値α,−αである。そして、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第2閾値ω2を超える回転速度域においては、q軸電流指令値iqa *の上限値は、モータ回転角速度ωの増加に伴って非線形に減少し、q軸電流指令値iqa *の下限値は、モータ回転角速度ωの絶対値の増加に伴って非線形に増加(絶対値が減少)する特性とされる。つまり、q軸電流指令値iqa *の上限値および下限値の絶対値は、第2閾値ω2以下の回転速度域において一定値に保持される一方で、第2閾値ω2を超える回転速度域においてモータ回転角速度ωの増加に応じて非線形に減少する特性とされる。 On the other hand, when the flux-weakening control is performed, the q-axis current command value i qa * is limited according to the characteristics L2 + and L2 − indicated by the solid lines . Characteristic L2 + indicates the upper limit value when setting a positive q-axis current command value i qa * in order to generate torque in one direction (e.g., clockwise), characteristic L2 - the other direction (e.g., left The lower limit value when the negative q-axis current command value i qa * is set to generate torque in the rotation direction) is shown. In this case, the q-axis current command value i qa * is in the rotational speed region where the absolute value of the motor rotational angular speed ω is equal to or smaller than the second threshold ω2 (> ω1, eg, ω2 = 900 rpm) larger than the first threshold ω1. The upper limit value and the lower limit value are constant values α and −α, respectively. In the rotational speed range where the absolute value of the motor rotational angular speed ω exceeds the second threshold ω2, the upper limit value of the q-axis current command value i qa * decreases nonlinearly as the motor rotational angular speed ω increases, The lower limit value of the q-axis current command value i qa * is a characteristic that increases nonlinearly (absolute value decreases) as the absolute value of the motor rotational angular velocity ω increases. In other words, the absolute values of the upper limit value and the lower limit value of the q-axis current command value i qa * are kept constant in the rotation speed range below the second threshold value ω2, while in the rotation speed range exceeding the second threshold value ω2. The characteristic is non-linearly decreasing as the motor rotational angular velocity ω increases.
q軸電流は、電動モータ3の出力トルクに対応する。したがって、弱め磁束制御を行わないときには、特性L1+,L1-から理解されるとおり、モータ回転角速度ωの絶対値が第1閾値ω1を超える高速回転域では、モータ回転角速度ωの絶対値の上昇に応じて、出力トルクが減少していき、或る回転速度ω10(たとえば、ω10=1500rpm)でトルクを発生することができなくなる。そこで、第1閾値ω1を超える高速回転域において、d軸電流指令値ida *を零以外の有意な値に設定して弱め磁束制御を行うことで、第1閾値ω1を超える高速回転域において、電動モータ3の出力を増加させることができる。
The q-axis current corresponds to the output torque of the
弱め磁束制御を行うときのq軸電流指令値iqa *の上限値iqa_uplimは下記(3)式で与えられ、その下限値iqa_downlimは下記(4)式で与えられる。ただし、上限値iqa_uplimは正のq軸電流指令値iqa *に対して適用され、下限値iqa_downlimは負のq軸電流指令値iqa *に対して適用される。 The upper limit value i qa_uplim of the q-axis current command value i qa * when the flux-weakening control is performed is given by the following formula (3), and the lower limit value i qa_downlim is given by the following formula (4). However, the upper limit value i qa_uplim is applied to the positive q-axis current command value i qa * , and the lower limit value i qa_downlim is applied to the negative q-axis current command value i qa * .
また、弱め磁束制御のためのd軸電流指令値ida *は、下記(5)式で与えられる。 Further, the d-axis current command value i da * for the flux weakening control is given by the following equation (5).
図3は、弱め磁束制御を行うときのdq軸電流指令値演算部26の動作を説明するためのフローチャートである。dq軸電流指令値演算部26は、図2の特性L2+,L2-に従って、モータ回転角速度ωに対応する上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimを設定する(ステップS1)。さらに、dq軸電流指令値演算部26は、車速および操舵速度等に基づいてq軸電流指令値iqa *を設定する(ステップS2)。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the dq-axis current command
次に、dq軸電流指令値演算部26は、q軸電流指令値iqa *と上限値iqa_uplimとを比較する(ステップS3)。もしも、q軸電流指令値iqa *が上限値iqa_uplimよりも大きければ(ステップS3:YES)、このq軸電流指令値iqa *に制限が加えられる。すなわち、その後の制御に用いるためのq軸電流指令値iqa *として上限値iqa_uplimが代入される(ステップS4)。
Next, the dq-axis current command
一方、q軸電流指令値iqa *が上限値iqa_uplim以下であれば(ステップS3:NO)、次に、dq軸電流指令値演算部26は、q軸電流指令値iqa *と下限値iqa_downlimとを比較する(ステップS5)。もしも、q軸電流指令値iqa *が下限値iqa_downlim未満であれば(ステップS5:YES)、このq軸電流指令値iqa *に制限が加えられる。すなわち、その後の制御に用いるためのq軸電流指令値iqa *として下限値iqa_downlimが代入される(ステップS6)。
On the other hand, if the q-axis current command value i qa * is equal to or less than the upper limit value i qa_uplim (step S3: NO), then the dq-axis current command
ステップS2で設定されたq軸電流指令値iqa *が、上限値iqa_uplim以下(ステップS3:NO)で、かつ、下限値iqa_downlim以上(ステップS5:NO)の値であれば、そのq軸電流指令値iqa *がそのまま用いられる。
こうして、q軸電流指令値iqa *に必要に応じた制限を加えた後、dq軸電流指令値演算部26は、前記(5)式に従って、d軸電流指令値ida *を設定する。
If the q-axis current command value i qa * set in step S2 is not more than the upper limit value i qa_uplim (step S3: NO) and not less than the lower limit value i qa_downlim (step S5: NO), the q The shaft current command value i qa * is used as it is.
Thus, after limiting the q-axis current command value i qa * as necessary, the dq-axis current command
こうして求められたq軸電流指令値iqa *およびd軸電流指令値ida *に基づいて、減算部27d,27qにおいて電流偏差が求められ、さらにそれらの電流偏差に基づいて、電流PI制御部29d,29qによるPI制御が行われる。これにより、d軸電圧指令値Vda *およびq軸電圧指令値Vqa *が求められて、dq/三相交流座標変換部31に与えられることになる。
Based on the q-axis current command value i qa * and the d-axis current command value i da * thus obtained, the current deviation is obtained in the subtracting
図4は、正弦波駆動のためにd軸電圧指令値Vda *とq軸電圧指令値Vqa *とに課される条件を示す図である。電動モータ3の各相の電圧が正弦波となるようにするためには、各相電圧の振幅を電源電圧Ed(バッテリ電圧)の1/2以下とする必要があり、d軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqに関して、次の(6)式が成立する必要がある(特許文献1)。
√(Vd 2+Vq 2)≦Ed√3/2√2=Vlim …… (6)
一方、定常状態でのq軸電圧Vqおよびd軸電圧Vdは、次のように、表される。
FIG. 4 is a diagram showing conditions imposed on the d-axis voltage command value V da * and the q-axis voltage command value V qa * for the sine wave drive. In order for the voltage of each phase of the
√ (V d 2 + V q 2 ) ≦ E d √3 / 2√2 = V lim (6)
On the other hand, the q-axis voltage V q and the d-axis voltage V d in the steady state are expressed as follows.
d軸電流の絶対値が大きくなるほどモータ効率が低下するので、前記(13)式の条件を満たす絶対値が最小の値をd軸指令電流値ida *とすればよい。
A>0は自明であり、前記(12)式よりC>0であるので、次の(14)式および(15)式のとおりとなる。
Since the motor efficiency decreases as the absolute value of the d-axis current increases, the d-axis command current value i da * may be set to a value having the minimum absolute value that satisfies the condition of the equation (13).
Since A> 0 is self-evident and C> 0 from the above equation (12), the following equations (14) and (15) are obtained.
ここで、B2−AC≧0を満たさなければ、前記(14)式の値が虚数となり、この(14)式を満たすida *が存在しない。つまり、どのようなq軸電流指令値ida *を設定しても、図4の円で示される制限電圧範囲内に収まらない。そこで、B2−AC≧0をiqa *について解くと、下記(16)式が得られ、これが、制限電圧範囲内とするために、すなわち、正弦波駆動を行うために、q軸電流指令値iqa *に課される条件となる。 Here, if B 2 -AC ≧ 0 is not satisfied, the value of the equation (14) becomes an imaginary number, and there is no i da * that satisfies the equation (14). That is, no matter what q-axis current command value i da * is set, it does not fall within the limit voltage range indicated by the circle in FIG. Therefore, when B 2 -AC ≧ 0 is solved for i qa * , the following equation (16) is obtained, and in order to make it within the limit voltage range, that is, to perform sinusoidal drive, the q-axis current command This is a condition imposed on the value i qa * .
したがって、q軸電流指令値iqa *を予め前記(16)式の範囲に制限し(図3のステップS3〜S6)、その後に、前記(15)式によりd軸電流指令値ida *を求めればよい(図3のステップS7)。これにより、制限電圧範囲内で最大の出力を得ることができる。すなわち、高速回転域においても、振動を生じさせることなく、出力の増加を図ることができる。これにより、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上することができる。 Therefore, the q-axis current command value i qa * is limited in advance to the range of the equation (16) (steps S3 to S6 in FIG. 3), and then the d-axis current command value i da * is calculated by the equation (15). What is necessary is just to obtain | require (step S7 of FIG. 3). Thereby, the maximum output can be obtained within the limit voltage range. In other words, the output can be increased without causing vibration even in the high-speed rotation region. Thereby, the steering feeling of the electric power steering apparatus can be improved.
しかも、q軸電圧指令値に事後的に制限をかける特許文献1の先行技術とは異なり、予めq軸電流指令値iqa *を制限し、このq軸電流指令値iqa *に対応したd軸電流指令値ida *を設定する構成であるので、q軸電流が変動的になることもない。
図5は、この発明の第2の実施形態を説明するための図であり、前述の図1の構成におけるdq軸電流指令値演算部26が設定するq軸電流指令値iqa *の上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimが示されている。
In addition, unlike the prior art disclosed in Patent Document 1 that restricts the q-axis voltage command value afterwards, the q-axis current command value i qa * is limited in advance, and d corresponding to the q-axis current command value i qa * is set. Since the shaft current command value i da * is set, the q-axis current does not fluctuate.
FIG. 5 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention. The upper limit value of the q-axis current command value i qa * set by the dq-axis current command
この実施形態では、モータ回転角速度ωの絶対値が所定の第3閾値ω3(>ω2。たとえば、ω3=3500rpm)を超える回転速度域においては、q軸電流指令値iqa *に対して、前記(16)式による制限よりもさらに大きな制限をかける特性L3+,L3-が適用される。すなわち、モータ回転角速度絶対値|ω|が第3閾値ω3を超える範囲では、前記(16)式の場合よりも上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimの絶対値が小さく設定されるように、モータ回転角速度絶対値|ω|の増加に伴って、前記(16)式の場合よりも大きな変化率で上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimの絶対値がリニアに減少する。そして、上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimは、それぞれ、第4閾値ω4,−ω4(>ω3。たとえば、ω4=4000rpm)で零となっている。 In this embodiment, in the rotational speed range where the absolute value of the motor rotational angular speed ω exceeds a predetermined third threshold ω3 (> ω2, for example, ω3 = 3500 rpm), the q-axis current command value i qa * The characteristics L3 + and L3 − which apply a restriction larger than the restriction by the equation (16) are applied. That is, in the range where the motor rotational angular velocity absolute value | ω | exceeds the third threshold value ω3, the absolute value of the upper limit value i qa_uplim and the lower limit value i qa_downlim is set smaller than in the case of the equation (16). As the rotational angular velocity absolute value | ω | increases, the absolute values of the upper limit value i qa_uplim and the lower limit value i qa_downlim linearly decrease at a larger change rate than in the case of the above equation (16). The upper limit value i qa_uplim and the lower limit value i qa_downlim are zero at the fourth threshold value ω4, −ω4 (> ω3, for example, ω4 = 4000 rpm).
このような構成とすることによって、モータ回転角速度ωが異常に大きな値となることを防止できるので、マイクロコンピュータ6が実行するソフトウェアの変数がオーバーフローしたりすることがなく、安定な制御が可能になる。
図6は、この発明の第3の実施形態を説明するための図であり、前述の図1の構成におけるdq軸電流指令値演算部26が設定するq軸電流指令値iqa *の上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimが示されている。
By adopting such a configuration, it is possible to prevent the motor rotational angular velocity ω from becoming an abnormally large value, so that a variable of software executed by the microcomputer 6 does not overflow and stable control is possible. Become.
FIG. 6 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention. The upper limit value of the q-axis current command value i qa * set by the dq-axis current command
この実施形態では、図2の特性L2+の曲線に内接する線分(原点O側から接する線分)で構成された折れ線特性L2A+に従ってq軸電流指令値iqa *の上限値iqa_uplimが定められている。図示は省略するが、同様に、特性L2-の曲線に内接する線分(原点O側から接する線分)で構成された折れ線特性L2A-に従ってq軸電流指令値iqa *の下限値iqa_downlimが定められるようになっている。より具体的には、折れ線特性L2A+,L2A-を形成する複数の頂点40の値がマイクロコンピュータ6に備えられたメモリ(図示せず)に記憶されており、頂点40の間の線分41上の値は線形補間によって求められる。このような構成とすることにより、前記(16)式の制限範囲内にq軸電流指令値iqa *を制限するための演算負荷を軽減することができる。
In this embodiment, the upper limit value i qa_uplim of the q-axis current command value i qa * is determined according to the polygonal line characteristic L2A + formed by a line segment inscribed in the curve of the
以上、この発明の3つの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、弱め磁束制御を行うときのq軸電流指令値iqa *の上限値iqa_uplimは、図2の特性L1+と特性L2+との間の値に定めればよく、同じく弱め磁束制御を行うときのq軸電流指令値iqa *の下限値iqa_downlimは、図2の特性L1-と特性L2-との間の値に定めればよい。したがって、たとえば、図2に二点鎖線で示す特性L4+,L4-のように特性L2+,L2-のよりも絶対値が低めの上限値iqa_uplimおよび下限値iqa_downlimが設定される特性にしてもよい。このような特性L4+,L4-は、たとえば、モータドライバ9などの回路素子の特性のばらつき(製造ばらつき、温度変化、経年変化など)や、入力電圧(バッテリ電圧)の変動を考慮して、これらのばらつきや変動によらずに、特性L1+,L2+間に上限値iqa_uplimが収まり、特性L1-,L2-間に下限値iqa_downlimが収まるように定めてもよい。この場合、特性L4+,L4-は、下記(17)式および(18)式に示すように、前記(3)式および(4)式の右辺に定数K(0<K<1)を乗じて設定してもよい。
Although three embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be implemented in other forms. For example, the upper limit value i qa_uplim of the q-axis current command value i qa * when performing the flux weakening control may be set to a value between the characteristic L1 + and the characteristic L2 + in FIG. The lower limit value i qa_downlim of the q-axis current command value i qa * when performing may be set to a value between the characteristic L 1 − and the
また、図1に二点鎖線で示すように、電流PI制御部29d,29qとdq/三相交流座標変換部31との間に制限処理部30を設け、特許文献1の場合と同様にして、q軸電圧指令値Vqa *に制限をかけるようにしてもよい。前述のとおり、q軸電流指令値iqa *に予め制限をかけるようにしているので、q軸電圧指令値Vqa *およびd軸電圧指令値Vda *がdq座標での制限電圧Vlimを超える値に設定されることはほとんどないが、制限処理部30を設けておくことにより、より確実に正弦波駆動を行うことができる。
In addition, as shown by a two-dot chain line in FIG. 1, a
さらに、前述の実施形態では、この発明が電動パワーステアリング装置に適用される例について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置の駆動源としてのモータの制御に限らず、他の任意の用途のモータの制御にも容易に拡張して適用することができる。
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。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the electric power steering apparatus has been described. However, the present invention is not limited to the control of the motor as the drive source of the electric power steering apparatus, and any other arbitrary use It can be easily extended and applied to the control of motors.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
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 3 ... Electric motor, 4 ... Resolver, 5 ... Motor controller, 6 ... Microcomputer
Claims (7)
q軸電流指令値を設定するq軸電流指令値設定手段と、
q軸電流の上限値および下限値を設定する上限・下限値設定手段と、
前記q軸電流指令値設定手段によって設定されるq軸電流指令値と、前記上限・下限値設定手段によって設定される上限値および下限値とを比較する比較手段と、
この比較手段による比較結果に応じてq軸電流指令値に制限を加えるq軸電流指令値制限手段と、
このq軸電流指令値制限手段による制限後のq軸電流指令値に基づいて、d軸電流指令値を設定するd軸電流指令値設定手段とを含む、モータ制御装置。 A motor control device for controlling a motor by controlling a d-axis current and a q-axis current on a dq coordinate,
q-axis current command value setting means for setting a q-axis current command value;
upper and lower limit setting means for setting an upper limit value and a lower limit value of the q-axis current;
Comparison means for comparing the q-axis current command value set by the q-axis current command value setting means with the upper limit value and the lower limit value set by the upper limit / lower limit value setting means;
Q-axis current command value limiting means for limiting the q-axis current command value according to the comparison result by the comparison means;
A motor control device including d-axis current command value setting means for setting a d-axis current command value based on the q-axis current command value restricted by the q-axis current command value restriction means.
iqa_uplimはq軸電流上限値
iqa_downlimはq軸電流下限値
Rはモータの固定子巻線抵抗
φは界磁による固定子鎖交磁束から計算されるdq座標上の磁束
ωはモータの電気角における回転角速度
Ldはd軸インダクタンス
Lqはq軸インダクタンス
Vlimは正弦波駆動が可能なdq座標での制限電圧 The motor control device according to claim 2, wherein the upper limit / lower limit setting means determines the upper limit to satisfy the following expression (A), and determines the lower limit to satisfy the following expression (B).
i qa_uplim is the q-axis current upper limit value i qa_downlim is the q-axis current lower limit value R is the stator winding resistance of the motor φ is the magnetic flux on the dq coordinate calculated from the stator linkage flux by the field ω is the motor electrical angle Rotational angular velocity L d is d-axis inductance L q is q-axis inductance V lim is a limit voltage in dq coordinates that can be driven by a sine wave
4. The motor control device according to claim 3, wherein the upper limit / lower limit value setting means determines the upper limit value according to the following equation (A1) and determines the lower limit value according to the following equation (B1).
ida *はd軸電流指令値
iqa *はq軸電流指令値 6. The motor control device according to claim 4, wherein the d-axis current command value setting means sets a d-axis current command value according to the following equation (C).
i da * is the d-axis current command value i qa * is the q-axis current command value
The motor control device according to claim 6, wherein the d-axis current command value setting means sets a d-axis current command value according to the following equation (C1).
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