JP2010213550A - Motor control apparatus - Google Patents
Motor control apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010213550A JP2010213550A JP2009059857A JP2009059857A JP2010213550A JP 2010213550 A JP2010213550 A JP 2010213550A JP 2009059857 A JP2009059857 A JP 2009059857A JP 2009059857 A JP2009059857 A JP 2009059857A JP 2010213550 A JP2010213550 A JP 2010213550A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angle
- control
- value
- torque
- motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置に関する。ブラシレスモータは、たとえば、車両用操舵装置の駆動源として使用可能である。車両用操舵装置の一例は、電動パワーステアリング装置である。 The present invention relates to a motor control device for driving a brushless motor. The brushless motor can be used, for example, as a drive source for a vehicle steering apparatus. An example of a vehicle steering device is an electric power steering device.
ブラシレスモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転角を検出するための回転角センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。回転角センサとしては、一般的には、ロータ回転角(電気角)に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバが用いられる。しかし、レゾルバは、高価であり、配線数が多く、また、設置スペースも大きい。そのため、ブラシレスモータを備えた装置のコスト削減および小型化が阻害されるという課題がある。 A motor control device for driving and controlling a brushless motor is generally configured to control the supply of motor current in accordance with the output of a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the rotor. As the rotation angle sensor, a resolver that outputs a sine wave signal and a cosine wave signal corresponding to the rotor rotation angle (electrical angle) is generally used. However, the resolver is expensive, has a large number of wires, and has a large installation space. Therefore, there exists a subject that the cost reduction and size reduction of an apparatus provided with the brushless motor are inhibited.
そこで、回転角センサを用いることなくブラシレスモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相(ロータの電気角)を推定する方式である。ロータ停止時および極低速回転時には、誘起電圧を推定できないので、別の方式で磁極の位相が推定される。具体的には、ステータに対してセンシング信号を注入し、このセンシング信号に対するモータの応答が検出される。このモータ応答に基づいて、ロータ回転位置が推定される。 Therefore, a sensorless driving method for driving a brushless motor without using a rotation angle sensor has been proposed. The sensorless driving method is a method for estimating the phase of the magnetic pole (electrical angle of the rotor) by estimating the induced voltage accompanying the rotation of the rotor. Since the induced voltage cannot be estimated when the rotor is stopped and when rotating at a very low speed, the phase of the magnetic pole is estimated by another method. Specifically, a sensing signal is injected into the stator, and a motor response to the sensing signal is detected. Based on this motor response, the rotor rotational position is estimated.
上記のセンサレス駆動方式は、誘起電圧やセンシング信号を用いてロータの回転位置を推定し、その推定によって得られた回転位置に基づいてモータを制御するものである。しかし、この駆動方式は、いずれの用途にも適しているわけではなく、たとえば、車両の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その他の車両用操舵装置の駆動源として用いられるブラシレスモータの制御に適用するための手法は未だ確立されていない。そのため、別の方式によるセンサレス制御の実現が望まれている。 The above sensorless driving method estimates the rotational position of the rotor using an induced voltage or a sensing signal, and controls the motor based on the rotational position obtained by the estimation. However, this drive system is not suitable for any application. For example, a brushless motor used as a drive source for an electric power steering apparatus or other vehicle steering apparatus that applies a steering assist force to a steering mechanism of a vehicle. A method for applying to control has not been established yet. Therefore, realization of sensorless control by another method is desired.
そこで、この発明の目的は、回転角センサを用いない新たな制御方式でモータを制御す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 apparatus that can control a motor by a new control method that does not use a rotation angle sensor.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、ロータ(50)と、このロータに対向するステータ(55)とを備えたモータ(3)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(θC)に従う回転座標系の軸電流値(Iγ *)で前記モータを駆動する電流駆動手段(31〜36)と、前記制御角に加算すべき加算角(α)を演算する加算角演算手段(22,23)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(26)と、加算角の絶対値を制限値以下に制限する加算角制限手段(24)と、前記制御角とモータトルクとの間に正の相関があるか負の相関があるかに応じて、前記加算角制限手段の制限値を変更する制限値変更手段(27)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 described in
この構成によれば、制御角に従う回転座標系(γδ座標系。以下「仮想回転座標系」といい、この仮想回転座標系の座標軸を「仮想軸」という。)の軸電流値(以下「仮想軸電流値」という。)によってモータが駆動される一方で、制御角は、演算周期毎に加算角を加算することによって更新される。これにより、制御角を更新しながら、すなわち、仮想回転座標系の座標軸(仮想軸)を更新しながら、仮想軸電流値でモータを駆動することによって、必要なトルクを発生させることができる。こうして、回転角センサを用いることなく、モータから適切なトルクを発生させることができる。前記加算角は、たとえば、モータが発生すべきトルクに対応する値とされる。 According to this configuration, the axis current value (hereinafter “virtual axis”) of the rotating coordinate system (γδ coordinate system, hereinafter referred to as “virtual rotating coordinate system”, the coordinate axis of this virtual rotating coordinate system being referred to as “virtual axis”) according to the control angle. While the motor is driven by the "shaft current value"), the control angle is updated by adding the addition angle every calculation cycle. Thus, the necessary torque can be generated by driving the motor with the virtual axis current value while updating the control angle, that is, while updating the coordinate axis (virtual axis) of the virtual rotation coordinate system. Thus, an appropriate torque can be generated from the motor without using a rotation angle sensor. For example, the addition angle is set to a value corresponding to the torque to be generated by the motor.
また、この発明では、加算角制限手段(24)によって前記加算角が制限値以下に制限される。このように加算角に適切な制限を加えることによって、実際のロータの回転に比して過大な加算角が制御角に加算されることを抑制できる。より具体的には、ロータの回転速度範囲に対して妥当な範囲内で加算角が設定されるように制限を加えることによって、より適切にモータを制御することができる。 In the present invention, the addition angle is limited to a value equal to or less than the limit value by the addition angle limiting means (24). By adding an appropriate limit to the addition angle in this way, it is possible to suppress an excessive addition angle from being added to the control angle as compared to the actual rotation of the rotor. More specifically, the motor can be controlled more appropriately by adding a restriction so that the addition angle is set within a reasonable range with respect to the rotational speed range of the rotor.
さらに、この発明では、制御角とモータトルクとの間に正の相関があるか負の相関があるかに応じて、加算角制限手段の制限値が変更される。より具体的には、制御角に対してモータトルクが正の相関を有する角度範囲内に制御角が存在しているか、またはそれらの間に負の相関のある角度範囲内に制御角が存在しているかに応じて、加算角制限手段の制限値を適切な値に設定することができる。このため、より適切にモータを制御することができる。 Furthermore, in the present invention, the limit value of the addition angle limiting means is changed according to whether there is a positive correlation or a negative correlation between the control angle and the motor torque. More specifically, the control angle exists within an angle range in which the motor torque has a positive correlation with respect to the control angle, or the control angle exists within an angle range that has a negative correlation therebetween. The limit value of the addition angle limiting means can be set to an appropriate value depending on whether or not For this reason, a motor can be controlled more appropriately.
請求項2記載の発明は、前記制限値変更手段は、前記制御角とモータトルクとの間に負の相関があるときに、前記加算角制限手段の制限値を既定値より減少させるものである、請求項1記載のモータ制御装置である。制御角に対してモータトルクが負の相関を有する角度範囲内に制御角が存在しているときには、適切なモータトルクが得られる適値へと制御角を迅速に収束させることは困難である。演算周期毎に加算角を制御角の前回値に加算することで、適切なモータトルクから離れる方向にモータトルクが変化するおそれがあるからである。
According to a second aspect of the present invention, the limit value changing means reduces the limit value of the addition angle limiting means from a predetermined value when there is a negative correlation between the control angle and the motor torque. The motor control device according to
そこで、この発明では、制御角に対してモータトルクが負の相関を有する角度範囲内に制御角が存在しているときには、前記加算角制限手段の制限値を既定値より減少させる。これにより、制御角の前回値に加算される加算角の絶対値を抑制でき、制御角が変化するのを抑制できるから、モータトルクの不所望な変化を抑制できる。
このような状態が保たれている間に、たとえば外力によってロータが回転されると、ロータの回転に伴って、制御角とロータ角との関係が変動する。これにより、制御角に対してモータトルクが正の相関を有する角度範囲内に制御角が存在する状態に至る。そこで、その後は、制限値を通常値(既定値)へと復帰させれば、制御角を速やかに適値へと収束させることができる。このようにして、制御角に対してモータトルクが負の相関を有する状態から、制御角に対してモータトルクが正の相関を有する状態への復帰を促すことができ、結果として、制御角を適値へと速やかに収束させ、適切なモータトルクを発生させることが可能となる。
Therefore, in the present invention, when the control angle exists within an angle range in which the motor torque has a negative correlation with the control angle, the limit value of the addition angle limiting means is decreased from a predetermined value. Thereby, since the absolute value of the addition angle added to the previous value of the control angle can be suppressed and the control angle can be suppressed from changing, an undesired change in the motor torque can be suppressed.
When the rotor is rotated by, for example, an external force while such a state is maintained, the relationship between the control angle and the rotor angle varies with the rotation of the rotor. This leads to a state in which the control angle exists within an angle range in which the motor torque has a positive correlation with the control angle. Therefore, thereafter, if the limit value is returned to the normal value (predetermined value), the control angle can be quickly converged to an appropriate value. In this way, it is possible to prompt a return from a state in which the motor torque has a negative correlation with respect to the control angle to a state in which the motor torque has a positive correlation with respect to the control angle. It is possible to quickly converge to an appropriate value and generate an appropriate motor torque.
前記制限値の通常値(既定値。制御角とモータトルクとの間に正の相関があるときに適用される制限値)は、たとえば、次式によって定められた値であってもよい。ただし、次式における「最大ロータ角速度」とは、電気角でのロータ角速度の最大値である。
既定値=最大ロータ角速度×演算周期
たとえば、モータの回転を所定の減速比の減速機構を介して車両用操舵装置の操舵軸に伝達している場合には、最大ロータ角速度は、最大操舵角速度(操舵軸の最大回転角速度)×減速比×極対数で与えられる。「極対数」とは、ロータが有する磁極対(N極とS極との対)の数である。
The normal value of the limit value (predetermined value; the limit value applied when there is a positive correlation between the control angle and the motor torque) may be, for example, a value defined by the following equation. However, the “maximum rotor angular velocity” in the following equation is the maximum value of the rotor angular velocity in electrical angle.
Default value = maximum rotor angular velocity × computation cycle For example, when the rotation of the motor is transmitted to the steering shaft of the vehicle steering device via a reduction mechanism having a predetermined reduction ratio, the maximum rotor angular velocity is the maximum steering angular velocity ( Steering shaft maximum rotation angular velocity) × reduction ratio × pole pair number. The “number of pole pairs” is the number of magnetic pole pairs (pairs of N poles and S poles) that the rotor has.
前記モータは、車両の舵取り機構(2)に駆動力を付与するものであってもよい。この場合に、前記モータ制御装置が、前記車両の操向のために操作される操作部材(10)に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出手段(1)と、指示操舵トルクを設定する指示操舵トルク設定手段(21)とをさらに含み、前記加算角演算手段が、前記指示操舵トルク設定手段によって設定される指示操舵トルクと前記トルク検出手段によって検出される操舵トルクとの偏差に応じて前記加算角を演算するものであることが好ましい。 The motor may provide a driving force to the steering mechanism (2) of the vehicle. In this case, the motor control device detects torque steering means (1) for detecting a steering torque applied to the operating member (10) operated for steering the vehicle, and command steering for setting command steering torque. Torque addition means (21), and the addition angle calculation means adds the angle according to a deviation between the command steering torque set by the command steering torque setting means and the steering torque detected by the torque detection means. It is preferable to calculate an angle.
この構成によれば、指示操舵トルクが設定され、この指示操舵トルクと操舵トルク(検出値)との偏差に応じて前記加算角が演算される。これにより、操舵トルクが当該指示操舵トルクとなるように加算角が定められ、それに応じた制御角が定められることになる。したがって、指示操舵トルクを適切に定めておくことによって、モータから適切な駆動力を発生させて、これを舵取り機構に付与することができる。すなわち、ロータの磁極方向に従う回転座標系(dq座標系)の座標軸と前記仮想軸とのずれ量(負荷角)が指示操舵トルクに応じた値に導かれる。その結果、適切なトルクがモータから発生され、運転者の操舵意図に応じた駆動力を舵取り機構に付与できる。 According to this configuration, the command steering torque is set, and the addition angle is calculated according to the deviation between the command steering torque and the steering torque (detected value). Thus, the addition angle is determined so that the steering torque becomes the command steering torque, and the control angle corresponding to the addition angle is determined. Therefore, by appropriately determining the instruction steering torque, it is possible to generate an appropriate driving force from the motor and apply it to the steering mechanism. That is, the deviation (load angle) between the coordinate axis of the rotating coordinate system (dq coordinate system) and the virtual axis according to the magnetic pole direction of the rotor is led to a value corresponding to the command steering torque. As a result, an appropriate torque is generated from the motor, and a driving force according to the driver's steering intention can be applied to the steering mechanism.
この場合において、前記制限値変更手段は、指示操舵トルクと検出操舵トルクとに基づいて、制御角とモータトルクとの間に正の相関があるか、または負の相関があるかを判別する判別手段(ステップS11〜S13)と、前記判別手段の判別結果に応じて、前記加算角制限手段の制限値を変更する手段(ステップS14,15)とを含む、ものであってもよい。 In this case, the limit value changing means determines whether there is a positive correlation or a negative correlation between the control angle and the motor torque based on the command steering torque and the detected steering torque. Means (steps S11 to S13) and means (steps S14 and S15) for changing the limit value of the addition angle limiting means according to the determination result of the determination means.
より具体的には、前記判別手段は、指示操舵トルクから検出操舵トルクを引いて得られるトルク偏差の符号(ΔT)と、検出操舵トルクの変化量(たとえば演算周期間の変化量。操舵トルク微分値T’)の符号との一致/不一致に基づいて、制御角に対してモータトルクが正の相関を有する角度範囲内に制御角が存在しているか、またはそれらが負の相関を有する角度範囲内に制御角が存在しているかを判別するものであってもよい。たとえば、前記判別手段は、前記トルク偏差の符号と検出操舵トルクの変化量の符号とが不一致であれば、制御角とモータトルクとの間に負の相関があると判別するものであってもよい。 More specifically, the determination means includes a sign (ΔT) of a torque deviation obtained by subtracting the detected steering torque from the command steering torque, and a change amount of the detected steering torque (for example, a change amount during a calculation cycle. Based on the coincidence / non-coincidence of the value T ′) with respect to the control angle, the control angle exists in an angle range in which the motor torque has a positive correlation or the angle range in which they have a negative correlation It may be determined whether or not a control angle exists inside. For example, the determination means may determine that there is a negative correlation between the control angle and the motor torque if the sign of the torque deviation and the sign of the amount of change in the detected steering torque do not match. Good.
前記モータ制御装置は、前記操作部材の操舵角を検出する操舵角検出手段(4)をさらに含み、前記指示操舵トルク設定手段は、前記操舵角検出手段によって検出される操舵角に応じて指示操舵トルクを設定するものであることが好ましい。この構成によれば、操作部材の操舵角に応じて指示操舵トルクが設定されるので、操舵角に応じた適切なトルクをモータから発生させることができ、運転者が操作部材に加える操舵トルクを操舵角に応じた値へと導くことができる。これにより、良好な操舵感を得ることができる。 The motor control device further includes a steering angle detection means (4) for detecting a steering angle of the operation member, and the instruction steering torque setting means indicates instruction steering according to a steering angle detected by the steering angle detection means. The torque is preferably set. According to this configuration, since the instruction steering torque is set according to the steering angle of the operation member, an appropriate torque according to the steering angle can be generated from the motor, and the steering torque applied to the operation member by the driver can be increased. The value can be derived according to the steering angle. Thereby, a favorable steering feeling can be obtained.
前記指示操舵トルク設定手段は、前記車両の車速を検出する車速検出手段(6)によって検出される当該車速に応じて指示操舵トルクを設定するものであってもよい。この構成によれば、車速に応じて指示操舵トルクが設定されるので、いわゆる車速感応制御を行うことができる。その結果、良好な操舵感を実現できる。たとえば、車速が大きいほど、すなわち、高速走行時ほど指示操舵トルクを小さく設定することより、すぐれた操舵感が得られる。 The command steering torque setting unit may set the command steering torque according to the vehicle speed detected by the vehicle speed detection unit (6) that detects the vehicle speed of the vehicle. According to this configuration, since the command steering torque is set according to the vehicle speed, so-called vehicle speed sensitive control can be performed. As a result, a good steering feeling can be realized. For example, an excellent steering feeling can be obtained by setting the command steering torque to be smaller as the vehicle speed is higher, that is, at higher speeds.
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。
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 device (an example of a vehicle steering device) to which a motor control device according to an embodiment of the present invention is applied. This electric power steering apparatus includes a
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、舵角センサ4が検出する操舵角および車速センサ6が検出する車速に応じてモータ3を駆動することによって、操舵状況および車速に応じた適切な操舵補助を実現する。
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。
The motor control device 5 drives the
In this embodiment, the
各相のステータ巻線51,52,53の方向にU軸、V軸およびW軸をとった三相固定座標(UVW座標系)が定義される。また、ロータ50の磁極方向にd軸(磁極軸)をとり、ロータ50の回転平面内においてd軸と直角な方向にq軸(トルク軸)をとった二相回転座標系(dq座標系。実回転座標系)が定義される。dq座標系は、ロータ50とともに回転する回転座標系である。dq座標系では、q軸電流のみがロータ50のトルク発生に寄与するので、d軸電流を零とし、q軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ50の回転角(ロータ角)θMは、U軸に対するd軸の回転角である。dq座標系は、ロータ角θMに従う実回転座標系である。このロータ角θMを用いることによって、UVW座標系とdq座標系との間での座標変換を行うことができる。
Three-phase fixed coordinates (UVW coordinate system) are defined in which the U, V, and W axes are taken in the direction of the
一方、この実施形態では、制御上の回転角を表す制御角θCが導入される。制御角θCは、U軸に対する仮想的な回転角である。この制御角θCに対応する仮想的な軸をγ軸とし、このγ軸に対して90°進んだ軸をδ軸として、仮想二相回転座標系(γδ座標系。仮想回転座標系)を定義する。制御角θCがロータ角θMに等しいとき、仮想回転座標系であるγδ座標系と実回転座標系であるdq座標系とが一致する。すなわち、仮想軸としてのγ軸は実軸としてのd軸と一致し、仮想軸としてのδ軸は実軸としてのq軸と一致する。γδ座標系は、制御角θCに従う仮想回転座標系である。UVW座標系とγδ座標系との座標変換は、制御角θCを用いて行うことができる。 On the other hand, in this embodiment, a control angle θ C representing a control rotation angle is introduced. The control angle θ C is a virtual rotation angle with respect to the U axis. A virtual axis corresponding to the control angle θ C is a γ-axis, and an axis advanced by 90 ° with respect to the γ-axis is a δ-axis, and a virtual two-phase rotational coordinate system (γδ coordinate system, virtual rotational coordinate system) is defined. Define. When the control angle θ C is equal to the rotor angle θ M , the γδ coordinate system, which is a virtual rotation coordinate system, matches the dq coordinate system, which is an actual rotation coordinate system. That is, the γ-axis as the virtual axis matches the d-axis as the real axis, and the δ-axis as the virtual axis matches the q-axis as the real axis. γδ coordinate system is an imaginary rotating coordinate system that rotates in accordance with the control angle theta C. Coordinate conversion between the UVW coordinate system and the γδ coordinate system can be performed using the control angle θ C.
制御角θCとロータ角θMとの差を負荷角θL(=θC−θM)と定義する。
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。
A difference between the control angle θ C and the rotor angle θ M is defined as a load angle θ L (= θ C −θ M ).
When the γ-axis current I γ is supplied to the
I q = I γ · sin θ L (1)
Refer to FIG. 1 again. The motor control device 5 detects a current flowing in a
電流検出部13は、モータ3の各相のステータ巻線51,52,53に流れる相電流IU,IV,IW(以下、総称するときには「三相検出電流IUVW」という。)を検出する。これらは、UVW座標系における各座標軸方向の電流値である。
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、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、制御角演算部26と、制御角加算量抑制器27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。
The
The
指示操舵トルク設定部21は、舵角センサ4によって検出される操舵角と、車速センサ6によって検出される車速とに基づいて、指示操舵トルクT*を設定する。たとえば、図4に示すように、たとえば、操舵角が正の値(右方向へ操舵した状態)のとき指示操舵トルクT*は正の値(右方向へのトルク)に設定され、操舵角が負の値(左方向へ操舵した状態)のとき指示操舵トルクT*は負の値(左方向へのトルク)に設定される。そして、操舵角の絶対値が大きくなるに従って、その絶対値が大きくなるように(図4の例では非線型に大きくなるように)指示操舵トルクT*が設定される。ただし、所定の上限値(正の値。たとえば、+6Nm)および下限値(負の値。たとえば−6Nm)の範囲内で指示操舵トルクT*の設定が行われる。また、指示操舵トルクT*は、車速が大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。すなわち、車速感応制御が行われる。
The command steering
トルク偏差演算部22は、指示操舵トルク設定部21によって設定される指示操舵トルクT*とトルクセンサ1によって検出される操舵トルクT(以下、区別するために「検出操舵トルクT」という。)との偏差(トルク偏差)ΔTを求める。PI制御部23は、このトルク偏差ΔTに対するPI演算を行う。すなわち、トルク偏差演算部22およびPI制御部23によって、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に導くためのトルクフィードバック制御手段が構成されている。PI制御部23は、トルク偏差ΔTに対するPI演算を行うことで、制御角θCに対する加算角αを演算する。
The torque
より具体的には、PI制御部23は、比例要素23aと、積分要素23bと、加算器23cとを備えている。ただし、KPは比例ゲイン、KIは積分ゲイン、1/sは積分演算子である。比例要素23aおよび積分要素23bの演算結果が加算器23cで加算されることによって、加算角αが求められる。
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に対して制限を加える加算角制限手段である。より具体的には、加算角リミッタ24は、上限値UL(正の値)と下限値LL(負の値)との間の値に加算角αを制限する。上限値ULおよび下限値LLは、制限値ωmax(ωmax>0)に基づいて定められる。加算角αの上限値ULおよび下限値LLは、それぞれ次式(2)(3)で表すことができる。
More specifically, the
The
UL=+ωmax …(2)
LL=−ωmax …(3)
制限値ωmax xの規定値(たとえば45度)は、たとえば、最大操舵角速度に基づいて定められる。最大操舵角速度とは、ステアリングホイール10の操舵角速度として想定され得る最大値であり、たとえば、800deg/sec程度である。
UL = + ω max (2)
LL = −ω max (3)
The prescribed value (for example, 45 degrees) of the limit value ω max x is determined based on, for example, the maximum steering angular velocity. The maximum steering angular velocity is a maximum value that can be assumed as the steering angular velocity of the
最大操舵角速度のときのロータ50の電気角の変化速度(電気角での角速度。最大ロータ角速度)は、次式(4)のとおり、最大操舵角速度と、減速機構7の減速比と、ロータ50の極対数との積で与えられる。極対数とは、ロータ50が有する磁極対(N極とS極との対)の個数である。
最大ロータ角速度=最大操舵角速度×減速比×極対数 …(4)
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(5)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。
The change speed of the electrical angle of the
Maximum rotor angular speed = Maximum steering angular speed x Reduction ratio x Number of pole pairs (4)
The maximum electrical angle change amount (rotor angle change amount maximum value) of the
ロータ角変化量最大値=最大ロータ角速度×演算周期
=最大操舵角速度×減速比×極対数×演算周期 …(5)
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の規定値とすればよい。
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。
Maximum value of rotor angle change = Maximum rotor angular speed x Calculation cycle
= Maximum steering angular velocity x reduction ratio x number of pole pairs x computation cycle (5)
The rotor angle variation maximum value is the maximum variation of the control angle theta C that is permitted within one calculation cycle. Therefore, the maximum value of the rotor angle change may be set as a specified value of the limit value ω max .
The addition angle α after the limit processing by the
制御角演算部26は、制御角θCの前回値θC(n-1)に加算角リミッタ24から与えられる加算角αを加算する加算器26Aを含む。すなわち、制御角演算部26は、所定の演算周期毎に制御角θCを演算する。そして、前演算周期における制御角θCを前回値θC(n-1)とし、これを用いて今演算周期における制御角θCである今回値θC(n)を求める。
制御角加算量抑制器27は、制御角θCの前回値が、制御角θCに対してモータトルク(アシストトルク)が正の相関を有する角度範囲内に存在しているか、または負の相関を有する角度範囲内に存在しているかに応じて、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを変更する。
The control
Control angle addition
より具体的には、制御角加算量抑制器27は、制御角θCに対してアシストトルクが正の相関を有する角度範囲内に、制御角θCの前回値が存在しているときには、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを規定値とする。一方、制御角θCに対してモータトルク(アシストトルク)が負の相関を有する角度範囲内に、制御角θCの前回値が存在しているときには、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを規定値よりも小さくする。制御角加算量抑制器27の動作の詳細については、後述する。
More specifically, the control angle addition
指示電流値生成部31は、制御上の回転角である前記制御角θCに対応する仮想回転座標系であるγδ座標系の座標軸(仮想軸)に流すべき電流値を指示電流値として生成するものである。具体的には、γ軸指示電流値Iγ *およびδ軸指示電流値Iδ *(以下、これらを総称するときには「二相指示電流値Iγδ *」という。)を生成する。指示電流値生成部31は、γ軸指示電流値Iγ *を有意値とする一方で、δ軸指示電流値Iδ *を零とする。より具体的には、指示電流値生成部31は、トルクセンサ1によって検出される検出操舵トルクTに基づいてγ軸指示電流値Iγ *を設定する。
The command current
検出操舵トルクTに対するγ軸指示電流値Iγ *の設定例は、図5に示されている。検出操舵トルクTが零付近の領域には不感帯NRが設定されている。γ軸指示電流値Iγ *は、不感帯NRの外側の領域で急峻に立ち上がり、所定のトルク以上でほぼ一定値となるように設定される。これにより、運転者がステアリングホイール10を操作していないときには、モータ3への通電が停止され、不必要な電力消費が抑制される。
A setting example of the γ-axis command current value I γ * with respect to the detected steering torque T is shown in FIG. A dead zone NR is set in a region where the detected steering torque T is near zero. The γ-axis command current value I γ * rises steeply in a region outside the dead zone NR, and is set to be a substantially constant value above a predetermined torque. Thereby, when the driver is not operating the
電流偏差演算部32は、指示電流値生成部31によって生成されるγ軸指示電流値Iγ *に対するγ軸検出電流Iγの偏差Iγ *−Iγと、δ軸指示電流値Iδ *(=0)に対するδ軸検出電流Iδの偏差Iδ *−Iδとを演算する。γ軸検出電流Iγおよびδ軸検出電流Iδは、UVW/γδ変換部36から偏差演算部32に与えられるようになっている。
The current
UVW/γδ変換部36は、電流検出部13によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVW(U相検出電流IU、V相検出電流IVおよびW相検出電流IW)をγδ座標系の二相検出電流IγおよびIδ(以下総称するときには「二相検出電流Iγδ」という。)に変換する。これらが電流偏差演算部32に与えられるようになっている。UVW/γδ変換部36における座標変換には、制御角演算部26で演算される制御角θCが用いられる。
The UVW /
PI制御部33は、電流偏差演算部32によって演算された電流偏差に対するPI演算を行うことにより、モータ3に印加すべき二相指示電圧Vγδ *(γ軸指示電圧Vγ *およびδ軸指示電圧Vδ *)を生成する。この二相指示電圧Vγδ *が、γδ/UVW変換部34に与えられる。
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。
The
The γδ /
PWM制御部35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 *にそれぞれ対応するデューティのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、駆動回路12に供給する。
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。
The
The
電流偏差演算部32およびPI制御部33は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、モータ3に流れるモータ電流が、指示電流値生成部31によって設定される二相指示電流値Iγδ *に近づくように制御される。
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。
The current
FIG. 3 is a control block diagram of the electric power steering apparatus. However, for the sake of simplicity, the function of the
指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差(トルク偏差)に対するPI制御(KPは比例係数、KIは積分係数、1/sは積分演算子である。)によって、加算角αが生成される。この加算角αが制御角θCの前回値θC(n-1)に対して加算されることによって、制御角θCの今回値θC(n)=θC(n-1)+αが求められる。このとき、制御角θCとロータ50の実際のロータ角θMとの偏差が負荷角θL=θC−θMとなる。
Command steering torque T * and the PI control for the deviation (torque deviation) of the detected steering torque T (K P is a proportionality coefficient, K I is an integration coefficient, 1 / s is an integration operator.) By the addition angle α is Generated. It is obtained by adding the addition the addition angle alpha control angle theta previous value of C θ C (n-1) , the current value of the control angle θ C θ C (n) = θ C (n-1) + α is Desired. At this time, the deviation between the control angle θ C and the actual rotor angle θ M of the
したがって、制御角θCに従うγδ座標系(仮想回転座標系)のγ軸(仮想軸)にγ軸指示電流値Iγ *に従ってγ軸電流Iγが供給されると、q軸電流Iq=IγsinθLとなる。このq軸電流Iqがロータ50の発生トルクに寄与する。すなわち、モータ3のトルク定数KTをq軸電流Iq(=IγsinθL)に乗じた値が、アシストトルクTA(=KT・IγsinθL)として、減速機構7を介して、舵取り機構2に伝達される。このアシストトルクTAを舵取り機構2からの負荷トルクTLから減じた値が、運転者がステアリングホイール10に与えるべき操舵トルクTである。この操舵トルクTがフィードバックされることによって、この操舵トルクTを指示操舵トルクT*に導くように系が動作する。つまり、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に一致させるべく、加算角αが求められ、それに応じて制御角θCが制御される。
Accordingly, when the γ-axis current I γ is supplied according to the γ-axis command current value I γ * to the γ-axis (virtual axis) of the γδ coordinate system (virtual rotation coordinate system) according to the control angle θ C , the q-axis current I q = I γ sinθ L This q-axis current I q contributes to the torque generated by the
このように制御上の仮想軸であるγ軸に電流を流す一方で、指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差ΔTに応じて求められる加算角αで制御角θCを更新していくことにより、負荷角θLが変化し、この負荷角θLに応じたトルクがモータ3から発生するようになっている。これにより、操舵角および車速に基づいて設定される指示操舵トルクT*に応じたトルクをモータ3から発生させることができるので、操舵角および車速に対応した適切な操舵補助力を舵取り機構2に与えることができる。すなわち、操舵角の絶対値が大きいほど操舵トルクが大きく、かつ、車速が大きいほど操舵トルクが小さくなるように、操舵補助制御が実行される。
In this way, while a current is passed through the γ axis, which is a virtual axis for control, the control angle θ C is updated with the addition angle α obtained according to the deviation ΔT between the command steering torque T * and the detected steering torque T. by going, the load angle theta L is changed, the torque corresponding to the load angle theta L is adapted to generate from the
このようにして、回転角センサを用いることなくモータ3を適切に制御して、適切な操舵補助を行うことができる電動パワーステアリング装置を実現できる。これにより、構成を簡単にすることができ、コストの削減を図ることができる。
図6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。
In this way, an electric power steering apparatus that can appropriately control the
FIG. 6 is a flowchart for explaining the operation of the
PI制御部23によって求められた加算角αが上限値UL以下であれば(ステップS1:NO)、加算角リミッタ24は、さらに、その加算角αを下限値LLと比較する(ステップS3)。そして、その加算角αが下限値未満であれば(ステップS3:YES)、下限値LLを加算角αに代入する(ステップS4)。したがって、制御角θCに対して下限値LL(=−ωmax)が加算されることになる。
If the addition angle α obtained by the
PI制御部23によって求められた加算角αが下限値LL以上上限値UL以下(ステップS3:NO)であれば、その加算角αがそのまま制御角θCへの加算のために用いられる。
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。
The addition angle α obtained or lower than the lower limit LL or the upper limit UL by the PI control unit 23: if (step S3 NO), the addition angle α is used as is added to the control angle theta C.
In this way, the addition angle α can be limited between the upper limit value UL and the lower limit value LL, so that the control can be stabilized. More specifically, even if a control unstable state (a state where the assist force is unstable) occurs when the current is insufficient or the control is started, the transition from this state to the stable control state can be promoted.
図7および図8は、制御角加算量抑制器27の働きを説明するための説明図である。図7は、負荷角θLとアシストトルクとの関係を示している。図8(a)および図8(b)は、制御角θcとアシストトルクとの関係を示している。
q軸電流Iqは、負荷角θLを用いてIq=IγsinθL(θL=θC−θM)で与えられる。アシストトルクは、モータ3のトルク定数をq軸電流Iqに乗算した値となる。したがって、負荷角θLに対するアシストトルクの変化は、図7に示すように、0°≦θL<90°,270°≦θL≦360°の区間Aでは単調増加となり、90°≦θL<270°の区間Bでは単調減少となる。
7 and 8 are explanatory diagrams for explaining the function of the control angle
The q-axis current I q is given by I q = I γ sin θ L (θ L = θ C −θ M ) using the load angle θ L. The assist torque is a value obtained by multiplying the q-axis current I q by the torque constant of the
q軸電流Iqは、制御角θCおよびロータ角θMを用いてIq=Iγsin(θC−θM)で与えられる。したがって、ロータ角θMに変化がない(一定値)か、その変化が充分に低速であるとすれば、制御角θCに対するアシストトルクの変化は、たとえば、図8(a)(b)に示すような正弦波曲線で表される。よって、制御角θCがアシストトルクが単調増加する単調増加区間Aに属する場合と、アシストトルクが単調減少する単調減少区間Bに属する場合とがある。単調増加区間Aでは、制御角θCが増加すればアシストトルクも増加する。すなわち、制御角θCとアシストトルクとの間には正の相関がある。これに対して、単調減少区間Bでは、制御角θCが増加するとアシストトルクが減少する。すなわち、制御角θCとアシストトルクとの間には負の相関がある。 The q-axis current I q is given by I q = I γ sin (θ C −θ M ) using the control angle θ C and the rotor angle θ M. Therefore, if there is no change in the rotor angle theta M (fixed value), if the change is to be sufficiently slow, the change in the assist torque with respect to the control angle theta C, for example, in FIG. 8 (a) (b) It is represented by a sinusoidal curve as shown. Therefore, there is a case where the control angle theta C belongs to monotonously increasing segment A where the assist torque increases monotonously, and if they belong to the monotonically decreasing segment B which assist torque monotonously decreases. In the monotonically increasing section A, the assist torque increases as the control angle θ C increases. That is, there is a positive correlation between the control angle theta C and the assist torque. On the other hand, in the monotonically decreasing section B, the assist torque decreases as the control angle θ C increases. That is, there is a negative correlation between the control angle theta C and the assist torque.
図8(a)は、制御角θCが単調減少区間Bに属する場合を示している。この状況で、制御角θCを変化させず、ロータ角θMを変化させると、たとえば、図8(b)に示す状況に遷移する。つまり、制御角θCに対するアシストトルクの変化を表す曲線が、ロータ角θMの変化に応じて、制御角θCの座標軸(横軸)の方向にシフトする。それに応じて、単調増加区間Aおよび単調減少区間Bも、図8の横軸方向にシフトする。その結果、制御角θCが単調減少区間Bに属する図8(a)の状態から、制御角θCが単調増加区間Aに属する図8(b)の状態へと遷移する。 FIG. 8A shows a case where the control angle θ C belongs to the monotonously decreasing section B. In this situation, without changing the control angle theta C, varying the rotor angle theta M, for example, transitions to the situation shown in Figure 8 (b). In other words, the curve representing the change of the assist torque with respect to the control angle theta C is, in accordance with a change in the rotor angle theta M, is shifted in the direction of the coordinate axes of the control angle theta C (horizontal axis). Accordingly, the monotonically increasing section A and the monotonically decreasing section B are also shifted in the horizontal axis direction of FIG. As a result, the state of FIG. 8A in which the control angle θ C belongs to the monotonically decreasing section B transitions to the state of FIG. 8B in which the control angle θ C belongs to the monotonically increasing section A.
PI制御部23は、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*に一致させるために、アシストトルクを増加させる場合には加算角αを増加させ、アシストトルクを減少させる場合には加算角αを減少させるように動作する。したがって、単調増加区間Aにおいては、制御角θCを演算周期毎に加算角αで更新することにより、検出操舵トルクTを速やかに指示操舵トルクT*へと収束させることができる。一方、単調減少区間Bにおいては、アシストトルクを増加させる目的で加算角αを制御角θCに加算したとしても、アシストトルクが指示操舵トルクT*から離れる方向に変化するおそれがあり、意図した動作が行われないおそれがある。すなわち、制御角θCが単調増加区間Aに至るまで演算周期毎の加算角αの加算を繰り返すことによって、はじめて制御角θCを所望のアシストトルクに対応した適値へと導くことができる。したがって、検出操舵トルクTを速やかに指示操舵トルクT*に一致させるためには、単調増加区間Aにおいて制御角θCを制御することが好ましい。
In order to make the detected steering torque T coincide with the command steering torque T * , the
たとえば、ステアリングホイール10が回転されているときに、図8(a)に示すように、制御角θCが単調減少区間B内の値θ1となったとする。この場合には、アシストトルクを増加させる目的で正の加算角αの加算によって制御角θCが増やされたとしても、アシストトルクが減少する。したがって、この状態で制御角θCを変化させても、検出操舵トルクTを速やかに指示操舵トルクT*へと収束させることはできない。
For example, when the
そこで、制御角加算量抑制器27は、制御角θCが単調減少区間Bに陥ったと判別した場合には、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを規定値より小さな値に抑制する。つまり、単調減少区間B内での制御角θCの変化を小さく抑えることにより、検出操舵トルクTが指示操舵トルクT*から離れていくような制御動作を実質的に禁止する。こうして制御角θCの変化を抑制している間に、ステアリングホイール10が回転すると、それに応じてロータが回転する。その結果、制御角θCに対するアシストトルクの特性が変化し、図8(b)に示すように、単調増加区間Aに制御角θCが存在する状態となる。したがって、単調減少区間Bに制御角θCが陥った状態から、単調増加区間Aに制御角θCが存在する状態への迅速な復帰が可能となる。制御角θCの角度位置が単調増加区間Aに含まれるようになると、制御角加算量抑制器27は、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを規定値に戻す。これにより、制御角θCを加算角αで更新することによって、所望のアシストトルクを速やかに発生させることができ、検出操舵トルクTを指示操舵トルクT*へと迅速に収束させることができる。
Therefore, when the control angle
図9は、制御角加算量抑制器27が演算周期毎に繰り返し実行する処理を説明するためのフローチャートである。制御角加算量抑制器27は、トルク偏差演算部22から指示操舵トルクT*と検出操舵トルクTとの偏差(トルク偏差ΔT=T*−T)を取得する(ステップS11)。さらに、制御角加算量抑制器27は、検出操舵トルクTの時間微分値である操舵トルク微分値T’(具体的には演算周期間における検出操舵トルクTの変化量)を求める(ステップS12)。そして、制御角加算量抑制器27は、トルク偏差ΔTと操舵トルク微分値T’とを乗算し、その符号を調べる(ステップS13)。
FIG. 9 is a flowchart for explaining a process that the control angle
乗算値ΔT・T’の符号が正値または零であれば(ステップS13:YES)、制御角加算量抑制器27は、制御角θCが単調増加区間Aに存在すると判別し、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを規定値とする(ステップS14)。乗算値ΔT・T’の符号が負値であれば(ステップS13:NO)、制御角加算量抑制器27は、制御角θCが単調減少区間Bに存在すると判別し、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを規定値より小さい値に変更する(ステップS15)。
If the sign of the multiplication value ΔT · T ′ is a positive value or zero (step S13: YES), the control angle
トルク偏差ΔT(=T*−T)が負(T*<T)であれば、アシストトルク(モータトルクが不足している。そこで、PI制御部23は、アシストトルク(モータトルク)を増加させるために、加算角αを増加させるように動作し、たとえば加算角αは正の値をとる。このとき制御角θCが単調増加区間Aに属しているならば、アシストトルク(モータトルク)が増加する。これにより、検出操舵トルクT(運転者がステアリングホイール10に加えるべき操舵トルク)が減少するから、操舵トルク微分値T’は負の値となる。よって、乗算値ΔT・T’は正値となる。換言すれば、乗算値ΔT・T’が正値であれば、制御角θCは単調増加区間Aに属し、制御角θCの変化とモータトルクとの間には正の相関があることになる。逆に、制御角θCが単調減少区間Bに属しているならば、アシストトルク(モータトルク)が減少する。これにより、検出操舵トルクTが増加するから、操舵トルク微分値T’は正値となる。よって、乗算値ΔT・T’は負値となる。換言すれば、乗算値ΔT・T’が負値であれば、制御角θCは単調減少区間Bに属し、制御角θCの変化とモータトルクとの間には負の相関があることになる。トルク偏差ΔTが正(T*>T)のときにも同様の考察を行うことにより、乗算値ΔT・T’が正値であれば制御角θCは単調増加区間Aに属し、乗算値ΔT・T’が負値であれば制御角θCは単調減少区間Bに属することが分かる。
If the torque deviation ΔT (= T * −T) is negative (T * <T), the assist torque (motor torque is insufficient. Therefore, the
したがって、図9に従って制限値ωmaxを定めることにより、制御角θCとモータトルクとの間に正の相関があるときには制限値ωmaxを既定値とする一方で、それらの間に負の相関があるときには制限値ωmaxを既定値よりも小さな値として、制御角θCの変化を抑制することができる。
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、制御角加算量抑制器27は、乗算値ΔT・T’の符号が負値であると判別した場合には、加算角α(制御角θCへの加算量)を小さくするために、前述の処理に加えて、または前述の処理の代わりに、次のような制御のうちの一つ以上を行うようにしてもよい。
(i)PI制御部23のゲイン(比例ゲインKPおよび積分ゲインKI)を小さくする。
(ii)PI制御部23における積分値(積分項)を小さくする。
(iii)制御角演算部26における前回値(前演算周期における制御角θC)を小さくする。
Therefore, by defining the limit value ω max according to FIG. 9, when there is a positive correlation between the control angle θ C and the motor torque, the limit value ω max is set as the default value, while a negative correlation is established between them. When there is a limit value, the limit value ω max can be set to a value smaller than the predetermined value to suppress the change in the control angle θ C.
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, when the control angle
(I) The gain (proportional gain K P and integral gain K I ) of the
(Ii) The integral value (integral term) in the
(Iii) The previous value (control angle θ C in the previous calculation cycle) in the control
また、前述の実施形態では、制御角加算量抑制器27は、乗算値ΔT・T’の符号が負値であれば(ステップS13:NO)、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを規定値より小さい値に変更しているが、乗算値ΔT・T’の符号が負値である状態が所定時間にわたって継続した場合に、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを規定値より小さい値に変更するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the control angle
また、乗算値ΔT・T’の符号が正値から負値に変化したときに、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを現在値から所定の下限値に向かって徐々に減少させ、乗算値ΔT・T’の符号が負値から正値に変化したときに、加算角リミッタ24の制限値ωmaxを現在値から規定値に向かって徐々に増加させるようにしてもよい。
また、前述の実施形態では、トルク偏差ΔTおよび操舵トルク微分値T’を用いて制御角θCとモータトルクとの間に正の相関があるか負の相関があるかを判別しているが、別の手法の適用も可能である。たとえば、加算角αの符号は制御角θCの変化方向に対応する符号を表し、操舵トルク微分値T’はモータトルク(アシストトルク)の変化方向とは反対の符号を有する。そこで、加算角αと操舵トルク微分値T’との乗算値α・T’が負値ならば加算角θCとモータトルクとの間に正の相関があると判別できる。逆に、乗算値α・T’が正値ならば加算角θCとモータトルクとの間に負の相関があると判別できる。
Further, when the sign of the multiplication value ΔT · T ′ changes from the positive value to the negative value, the limit value ω max of the
In the embodiments described above, but a positive correlation negative correlation is determined whether or not there between the control angle theta C and the motor torque by using the torque deviation ΔT and steering torque differential value T ' Other methods can also be applied. For example, the sign of the addition angle α represents the sign corresponding to the direction of change of the control angle theta C, the steering torque differential value T 'has the opposite sign to the change in direction of the motor torque (assist torque). Therefore, it determines that the 'multiplication value alpha · T with' steering torque differential value T and the addition angle alpha is a positive correlation between the addition angle theta C and the motor torque if negative. On the contrary, if the multiplication value α · T ′ is a positive value, it can be determined that there is a negative correlation between the addition angle θ C and the motor torque.
さらに、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。
この場合、回転角センサを用いるときには、指示電流値生成部31において、操舵トルクおよび車速に応じて、所定のアシスト特性に従ってδ軸指示電流値Iδ *を発生させるようにすればよい。
Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the
In this case, when using the rotation angle sensor, the command current
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。 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 motor control for the electric pump type hydraulic power steering apparatus or the power steering apparatus. It can be used for control of a brushless motor provided in a steer-by-wire (SBW) system, a variable gear ratio (VGR) steering system and other vehicle steering devices. Of course, the motor control device of the present invention can be applied not only to the vehicle steering device but also to control a motor for other purposes.
さらにまた、前述の制御に加えて、いわゆる弱め磁束制御を導入してもよい。これを以下に説明する。
モータ3に流れる電流iとモータ3に印加される電圧Vとの間には、次式(6)の関係がある。
V−K・ω=(R+sL)・i …(6)
ただし、Kは誘起電圧定数、ωはモータの回転速度、K・ωは誘起電圧、Rはステータ巻線抵抗、Lはインダクタンス、sは微分演算子である。
Furthermore, in addition to the control described above, so-called weak magnetic flux control may be introduced. This will be described below.
There is a relationship of the following equation (6) between the current i flowing through the
V−K · ω = (R + sL) · i (6)
Here, K is an induced voltage constant, ω is a rotation speed of the motor, K · ω is an induced voltage, R is a stator winding resistance, L is an inductance, and s is a differential operator.
式(6)から理解されるとおり、印加電圧Vから誘起電圧(K・ω)を減算した値によって、電流iの大きさが決まるので、誘起電圧が大きくなると、モータ3に流せる電流iが小さくなる。
ステアリングホイール10を高速で回転させた場合には、モータ3が高速回転し、大きな誘起電圧が発生する。この結果、モータ3に流すことができる電流iが小さくなり、アシストトルクが不足するおそれがある。そこで、このような場合には、δ軸電流Iδを零以外の有意値とし、界磁を弱める方向(Kが見かけ上小さくなる方向)に電流を流す弱め磁束制御を行うことが好ましい。
As understood from the equation (6), since the magnitude of the current i is determined by the value obtained by subtracting the induced voltage (K · ω) from the applied voltage V, the current i that can flow through the
When the
具体的には、指示電流値生成部31によって生成されるδ軸指示電流値Iδ *(上記実施の形態では零)を補正するための電流補正手段を設ける。電流補正手段は、舵角センサ4によって検出される操舵角に基づいてステアリングホイール10の回転速度を求め、これからモータ3の回転速度ωを演算する。そして、得られたモータ回転速度ωが所定値以上である場合(高速回転時)には、指示電流値生成部31によって生成されたδ軸指示電流値Iδ *(上記実施の形態では零)に補正値を加算することにより、δ軸指示電流値Iδ *を零以外の有意値とする。
Specifically, a current correction means for correcting the δ-axis command current value I δ * (zero in the above embodiment) generated by the command current
δ軸指示電流値Iδ *に加算される補正値は、演算により求められるモータ回転速度ωに依存した値とされる。たとえば、前記補正値は、前記モータ回転速度の増加に応じて補正値が一次関数的に増加する特性に従って設定される。
このように、モータ回転速度ωが所定値以上になると、弱め磁束制御が行われるので、誘起電圧を低減させることができる。これにより、高速回転時においても、モータ3に大きな電流を流すことが可能となるから、適切なアシストトルクを発生させることができ、良好な操舵フィーリングを実現できる。
The correction value added to the δ-axis command current value I δ * is a value dependent on the motor rotational speed ω obtained by calculation. For example, the correction value is set according to a characteristic that the correction value increases in a linear function as the motor rotation speed increases.
As described above, when the motor rotation speed ω becomes equal to or higher than the predetermined value, the flux-weakening control is performed, so that the induced voltage can be reduced. As a result, a large current can flow through the
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.
1…トルクセンサ、3…モータ、4…舵角センサ、5…モータ制御装置、11…マイクロコンピュータ、26…制御角演算部、50…ロータ、51,52,52…ステータ巻線、55…ステータ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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、
前記加算角の絶対値を制限値以下に制限する加算角制限手段と、
前記制御角とモータトルクとの間に正の相関があるか負の相関があるかに応じて、前記加算角制限手段の制限値を変更する制限値変更手段とを含む、モータ制御装置。 A motor control device for controlling a motor including a rotor and a stator facing the rotor,
Current driving means for driving the motor with an axial current value of a rotating coordinate system according to a control angle that is a control rotation angle;
An addition angle calculation means for calculating an addition angle to be added to the control angle;
Control angle calculation means for obtaining the current value of the control angle by adding the addition angle calculated by the addition angle calculation means to the previous value of the control angle for each predetermined calculation cycle;
Addition angle limiting means for limiting the absolute value of the addition angle to a limit value or less;
A motor control device comprising: a limit value changing unit that changes a limit value of the addition angle limiting unit according to whether there is a positive correlation or a negative correlation between the control angle and the motor torque.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009059857A JP2010213550A (en) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | Motor control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009059857A JP2010213550A (en) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | Motor control apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010213550A true JP2010213550A (en) | 2010-09-24 |
Family
ID=42973113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009059857A Pending JP2010213550A (en) | 2009-03-12 | 2009-03-12 | Motor control apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010213550A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018163281A1 (en) | 2017-03-07 | 2018-09-13 | 三菱電機株式会社 | Electric power steering apparatus and electric power steering control method |
WO2018211666A1 (en) | 2017-05-18 | 2018-11-22 | 三菱電機株式会社 | Electric power steering apparatus and method for controlling electric power steering apparatus |
-
2009
- 2009-03-12 JP JP2009059857A patent/JP2010213550A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018163281A1 (en) | 2017-03-07 | 2018-09-13 | 三菱電機株式会社 | Electric power steering apparatus and electric power steering control method |
US11155294B2 (en) | 2017-03-07 | 2021-10-26 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric power steering apparatus and electric power steering control method |
WO2018211666A1 (en) | 2017-05-18 | 2018-11-22 | 三菱電機株式会社 | Electric power steering apparatus and method for controlling electric power steering apparatus |
US11014601B2 (en) | 2017-05-18 | 2021-05-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric power steering apparatus and method for controlling electric power steering |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5561516B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP5534292B2 (en) | Vehicle steering system | |
JP5692569B2 (en) | Vehicle steering system | |
JP5440846B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP5614583B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP5408469B2 (en) | Motor control device | |
JP5532295B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP5495018B2 (en) | Motor control device | |
JP5495020B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP5273465B2 (en) | Motor control device | |
JP5376213B2 (en) | Motor control device | |
JP5440845B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP5561515B2 (en) | Motor control device | |
JP5532292B2 (en) | Vehicle steering system | |
JP2010208592A (en) | Vehicular steering device | |
JP5641299B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP5495021B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP2010213550A (en) | Motor control apparatus | |
JP2010098811A (en) | Motor control device | |
JP5408475B2 (en) | Vehicle steering system | |
JP5751442B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device | |
JP2010208591A (en) | Vehicle steering device | |
JP5333839B2 (en) | Motor control device | |
JP2010213547A (en) | Motor controller | |
JP5495019B2 (en) | Motor control device and vehicle steering device |