JP2010178548A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】仮想回転座標系であるγδ座標系のγ軸電流Iγでモータが駆動される。γδ座標系は、制御上の回転角である制御角θCに従う座標系である。制御角θCとロータ角θMとの差(負荷角θL)に応じたアシストトルクが発生する。一方、検出操舵トルクTがフィードバックされ、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に近づけるように、加算角αが生成される。加算角αが制御角θCの前回値θC(n-1)に加算されることにより、制御角θCの今回値θC(n)が求められる。加算角αは、加算角リミッタ24による制限を受ける。検出操舵トルクTが飽和状態となると、初期化部29により、加算角α等の初期化が行われる。検出操舵トルクTの飽和に応答して初期化が行われたときは、検出操舵トルクTの絶対値が所定のしきい値以下となるまで、初期化処理が禁止される。
【選択図】図1
Description
モータ制御態様を変更しても検出トルクが変化するまでには或る程度の応答時間が必要となる。これは、たとえば、トルク検出手段の応答性やその他の要因による。そのため、モータ制御態様を変更してから、それに応じて検出トルクが変化するまでに、検出トルクの値がモータ制御態様の変更条件を満たすおそれがある。
たとえば、前記変更手段は、前記トルク検出手段によって検出されるトルクが飽和しているか否かに応じて、モータ制御態様を変更するものであることが好ましい。たとえば、検出トルクが飽和していなければ通常のモータ制御態様とされ、検出トルクが飽和すると通常のモータ制御態様とは異なる制御態様に変更される。これにより、検出トルクが飽和し、制御異常の兆候が現れたときには、モータ制御態様を変更することができる。その結果、制御異常状態に陥ることを抑制したり、制御異常状態からの早期復帰を促したりすることができる。
前記禁止手段は、検出トルク絶対値が前記飽和値よりも小さな所定値以下になるまで前記変更手段の作動を禁止するものであることが好ましい。これにより、モータ制御態様の変更に応答して検出トルク絶対値が充分に小さな値となるまで、変更手段の作動を禁止できる。したがって、検出トルクの応答遅れに起因するモータ制御態様変更を抑制または防止できる。
請求項3記載の発明は、前記加算角を所定の制限値で制限する加算角制限手段(24)と、前記禁止手段の作動中に、前記加算角の絶対値が前記制限値よりも小さな所定値(αth1)以上となったときに、前記変更手段の作動を許可する許可手段(S21,S22)とをさらに含む、請求項1記載のモータ制御装置である。
図1は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置(車両用操舵装置の一例)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、車両を操向するための操作部材としてのステアリングホイール10に加えられる操舵トルクTを検出するトルクセンサ1と、車両の舵取り機構2に減速機構7を介して操舵補助力を与えるモータ3(ブラシレスモータ)と、ステアリングホイール10の回転角である操舵角を検出する舵角センサ4と、モータ3を駆動制御するモータ制御装置5と、当該電動パワーステアリング装置が搭載された車両の速度を検出する車速センサ6とを備えている。
モータ3は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図2に図解的に示すように、界磁としてのロータ50と、このロータ50に対向するステータ55に配置されたU相、V相およびW相のステータ巻線51,52,53とを備えている。モータ3は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
制御角θCに従ってγ軸電流Iγをモータ3に供給すると、このγ軸電流Iγのq軸成分(q軸への正射影)がロータ50のトルク発生に寄与するq軸電流Iqとなる。すなわち、γ軸電流Iγとq軸電流Iqとの間に、次式(1)の関係が成立する。
Iq=Iγ・sinθL …(1)
再び図1を参照する。モータ制御装置5は、マイクロコンピュータ11と、このマイクロコンピュータ11によって制御され、モータ3に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)12と、モータ3の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流検出部13とを備えている。
マイクロコンピュータ11は、CPUおよびメモリ(ROMおよびRAMなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、操舵トルクリミッタ20と、指示操舵トルク設定部21と、トルク偏差演算部22と、PI(比例積分)制御部23と、加算角リミッタ24と、加算角監視部25と、制御角演算部26と、操舵トルク監視部27と、初期化部29と、指示電流値生成部31と、電流偏差演算部32と、PI制御部33と、γδ/UVW変換部34と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部35と、UVW/γδ変換部36とが含まれている。
最大ロータ角速度=最大操舵角速度×減速比×極対数 …(2)
制御角θCの演算間(演算周期)におけるロータ50の電気角変化量の最大値(ロータ角変化量最大値)は、次式(3)のとおり、最大ロータ角速度に演算周期を乗じた値となる。
=最大操舵角速度×減速比×極対数×演算周期 …(3)
このロータ角変化量最大値が一演算周期間で許容される制御角θCの最大変化量である。そこで、前記ロータ角変化量最大値を制限値ωmax(>0)とすればよい。この制限値ωmaxを用いて、加算角αの上限値ULおよび下限値LLは、それぞれ次式(4)(5)で表すことができる。
LL=−ωmax …(5)
加算角リミッタ24による制限処理後の加算角αが、制御角演算部26の加算器26Aにおいて、制御角θCの前回値θC(n-1)(nは今演算周期の番号)に加算される(Z−1は信号の前回値を表す)。ただし、制御角θCの初期値は予め定められた値(たとえば零)である。
操舵トルク監視部27は、検出操舵トルクTが飽和値+Tmaxまたは−Tmaxであるかどうか、すなわち飽和状態かどうかを監視する。検出操舵トルクTが飽和状態である場合、操舵トルク監視部27は、制御異常が発生しているものとして、このことを初期化部29に通知する。
なお、前記 (a)〜(d)のリセット処理の全てを行うことが最も好ましいが、少なくとも(a)の処理を行うことが好ましく、これに(b)(c)(d)のリセット処理のうちの1つまたは2つ以上を任意に組み合わせることができる。さらに、少なくとも(a)および(b)の処理を行うことがより好ましく、これに(c)(d)のうちの1つまたは両方を任意に組み合わせることができる。また、少なくとも(a)(b)(c)の処理を行えばさらに好ましく、これに(d)の処理を任意に組み合わせることができる。
γδ/UVW変換部34は、二相指示電圧Vγδ *に対して座標変換演算を行うことによって、三相指示電圧VUVW *を生成する。三相指示電圧VUVW *は、U相指示電圧VU *、V相指示電圧VV *およびW相指示電圧VW *からなる。この三相指示電圧VUVW *は、PWM制御部35に与えられる。
駆動回路12は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部35から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、三相指示電圧VUVW *に相当する電圧がモータ3の各相のステータ巻線51,52、53に印加されることになる。
図3は、前記電動パワーステアリング装置の制御ブロック図である。ただし、説明を簡単にするために、加算角リミッタ24の機能は省略してある。
図7は、加算角リミッタ24の働きを説明するためのフローチャートである。加算角リミッタ24は、PI制御部23によって求められた加算角αを上限値ULと比較し(ステップS1)、加算角αが上限値ULを超えている場合(ステップS1:YES)には、上限値ULを加算角αに代入する(ステップS2)。したがって、制御角θCに対して上限値UL(=+ωmax)が加算されることになる。
このようにして、加算角αを上限値ULと下限値LLとの間に制限することができるので、制御の安定化を図ることができる。より具体的には、電流不足時や制御開始時に制御不安定状態(アシスト力が不安定な状態)が発生しても、この状態から安定な制御状態への遷移を促すことができる。
加算角αの絶対値がしきい値αth以上である状態が継続しているときとは、加算角αが加算角リミッタ24による制限処理を受ける状態が継続している場合である。この場合、演算周期毎に制御角θCが制限値ωmaxだけ変化することになるから、変化量が大きい。そのうえ、一定の制限値ωmaxずつ制御角θCが変化するため、制御角θCは有限個の値を循環的にとる状態となる。とくに、制限値ωmaxが360度の約数(たとえば45度)である場合には、制御角θCは少数の値を循環的に取ることになる。このような状態では、制御角θCは、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に近づけるための適値に近い値をとることができなくなるおそれがある。すなわち、制御角θCは適値を飛び越えて変動し続ける。
ステップS13において、前記フラグがセットされていて、前記復帰処理過程にあると判断されると(ステップS13:YES)、操舵トルク監視部27は、初期化部29による初期化処理(復帰処理)を禁止する(ステップS17)。さらに、操舵トルク監視部27は、検出操舵トルクTの絶対値を前記飽和値Tmaxよりも小さな復帰しきい値Tth(Tth>0。たとえば、Tth=6.5Nm。図5参照)と比較する(ステップS18)。検出操舵トルクTの絶対値が復帰しきい値Tth以下であれば(ステップS18:YES)、操舵トルク監視部27は、前記フラグをリセットする(ステップS19)。
この実施形態では、検出操舵トルクTの飽和に応答して実行された復帰処理過程において、加算角αの絶対値と比較されるしきい値が、既定値である第1のしきい値αth(たとえば45度)からそれよりも小さな第2のしきい値αth1(たとえば15度)に変更される。
図11は、この実施形態における動作例を説明するための図であり、図11(a)は加算角αの時間変化例を示し、図11(b)は操舵トルクリミッタ20による制限を受ける前の検出操舵トルクTの時間変化例を示す。
また、前述の実施形態では、モータ制御態様の変更の一例として、加算角演算のためのPI制御部23,33を初期化(とくに積分項および加算角αの初期化)を行うようにしている。しかし、モータ制御態様は、PI制御部23の初期化だけに限らず、PI制御部23,33のゲインの変更、加算角リミッタ24における制限値ωmaxの変更(減少)、γ軸指示電流値Iγ *の変更、制御角θCの補正(たとえば一定値だけシフトする補正)などによっても行うことができる。
また、前述の実施形態では、回転角センサを備えずに、専らセンサレス制御によってモータ3を駆動する構成について説明したが、レゾルバ等の回転角センサを備え、この回転角センサの故障時に前述のようなセンサレス制御を行う構成としてもよい。これにより、回転角センサの故障時にもモータ3の駆動を継続できるから、操舵補助を継続できる。
さらに、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置にこの発明が適用された例について説明したが、この発明は、電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置のためのモータの制御や、パワーステアリング装置以外にも、ステア・バイ・ワイヤ(SBW)システム、可変ギヤレシオ(VGR)ステアリングシステムその他の車両用操舵装置に備えられたブラシレスモータの制御のために用いることができる。むろん、車両用操舵装置に限らず、他の用途のモータの制御のためにも本発明のモータ制御装置を適用できる。
Claims (3)
- ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
制御上の回転角である制御角に従う回転座標系の軸電流値で前記モータを駆動する電流駆動手段と、
前記制御角に加算すべき加算角を演算する加算角演算手段と、
所定の演算周期毎に、前記加算角演算手段によって演算された加算角を制御角の前回値に加算することによって制御角の今回値を求める制御角演算手段と、
モータによって駆動される駆動対象に加えられる、モータトルク以外のトルクを検出するためのトルク検出手段と、
前記トルク検出手段の検出トルクに応じてモータ制御態様を変更するための変更手段と、
前記変更手段が検出トルクに応答して作動した後、前記検出トルクの絶対値が所定値以下になるまで前記変更手段の作動を禁止する禁止手段と
を含む、モータ制御装置。 - 前記加算角の絶対値が所定値以上のときには、前記禁止手段が作動中であっても前記変更手段の作動を許可する許可手段をさらに含む、請求項1記載のモータ制御装置。
- 前記加算角を所定の制限値で制限する加算角制限手段と、
前記禁止手段の作動中に、前記加算角の絶対値が前記制限値よりも小さな所定値以上となったときに、前記変更手段の作動を許可する許可手段とをさらに含む、請求項1記載のモータ制御装置。
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