JP2013183475A - モータの制御装置及び制御方法 - Google Patents
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- H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
Abstract
【課題】PWM制御におけるスイッチングの損失を低減して制御効率を向上する。
【解決手段】モータ31の制御装置10は、モータ31をパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出する目標値算出部44と、目標値算出部44で算出された目標デューティ比が、100%未満の値である上限値よりも大きい場合に目標デューティ比を100%に決定し、又は0%より大きな値である下限値よりも小さい場合に目標デューティ比を0%に決定する目標値決定部45と、目標値決定部45が決定した目標デューティ比でモータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部46を備える。
【選択図】図3
【解決手段】モータ31の制御装置10は、モータ31をパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出する目標値算出部44と、目標値算出部44で算出された目標デューティ比が、100%未満の値である上限値よりも大きい場合に目標デューティ比を100%に決定し、又は0%より大きな値である下限値よりも小さい場合に目標デューティ比を0%に決定する目標値決定部45と、目標値決定部45が決定した目標デューティ比でモータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部46を備える。
【選択図】図3
Description
本明細書で論じられる実施態様は、モータのコイル電流のパルス幅変調制御に関する。
モータのコイル電流をパルス幅変調制御によって制御することが知られている。以下の説明においてパルス幅変調を「PWM」(Pulse Width Modulation)と表記することがある。モータのPWM制御に関連する技術として、PWM信号のデューティ比が高比率領域でPWM信号の周期を短周期から長周期へ移行させる直流モータ制御装置が知られている。
PWM制御では、「100%」に近い高デューティ比の場合にはスイッチング素子の制御信号のオフ期間が、スイッチング素子及び/又はその駆動回路の応答時間より短くなる場合がある。このような高デューティ比の場合には、所望のオフ期間に制御対象の電流をカットすることができず、スイッチングの損失が発生する。同様に「0%」に近い低デューティ比の場合にも、所望のオン期間に制御対象の電流が流れないスイッチングの損失が発生する。
図1を参照して、スイッチング素子にnチャンネルMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)を使用した場合のスイッチングの損失の例を説明する。図1の(A)はMOSFETのスイッチング制御信号の例のタイムチャートであり、図1の(B)はMOSFETのゲート電圧の例のタイムチャートである。
符号Ton及びToffは、それぞれオン期間及びオフ期間を示す。例えば、オフ期間ToffがMOSFETの駆動回路の応答時間よりも短いと、MOSFETのゲート電圧は、オフ期間Toffにオン電圧Vtよりも小さくならない。このためMOSFETがオフにならないので制御対象の電流がカットされない。
PWM制御を行う場合、スイッチング素子及び/又はその駆動回路の応答時間よりも、デューティ比で設定されるパルスのオフ期間又はオン期間が短くなると、スイッチング動作の応答が追いつかないことによって制御効率が低下する。開示の装置及び方法は、PWM制御におけるスイッチングの損失を低減して制御効率を向上することを目的とする。
装置の一観点によればモータの制御装置が与えられる。制御装置は、モータをパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出する目標値算出部と、目標値算出部で算出された目標デューティ比が、100%未満の値である上限値よりも大きい場合に目標デューティ比を100%に決定し、又は0%より大きな値である下限値よりも小さい場合に目標デューティ比を0%に決定する目標値決定部と、目標値決定部が決定した目標デューティ比でモータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部を備える。
他の一観点によるモータの制御装置は、モータをパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出する目標値算出部と、複数の連続するパルス幅変調制御サイクルにおけるデューティ比の平均値が、目標値算出部で算出された目標デューティ比になるように、複数の連続するパルス幅変調サイクルにおいて複数の異なる目標デューティ比を決定する目標値決定部と、目標値決定部が決定した目標デューティ比でモータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部を備える。
方法の一観点によれば制御方法が与えられる。制御方法は、モータをパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出し、この算出した目標デューティ比が、100%未満の値である上限値よりも大きい場合に目標デューティ比を100%に決定し、又は0%より大きな値である下限値よりも小さい場合に目標デューティ比を0%に決定し、この決定した目標デューティ比で前記モータを制御するための制御信号を生成することを含む。
他の一観点によるモータの制御方法は、モータをパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出し、複数の連続するパルス幅変調制御サイクルにおけるデューティ比の平均値が、算出した目標デューティ比になるように、複数の連続するパルス幅変調サイクルにおいて複数の異なる目標デューティ比を決定し、この決定した目標デューティ比でモータを制御するための制御信号を生成することを含む。
本件開示の装置又は方法によれば、PWM制御におけるスイッチングの損失が低減されることにより制御効率が向上する。
<1.第1実施例>
<1.1.ハードウエア構成>
以下、添付する図面を参照して好ましい実施例について説明する。以下の説明では、実施形態による制御装置が、電動油圧パワーステアリング装置に適用される場合について説明する。しかし、実施形態による制御装置は、例えば電動パワーステアリング装置や電動クーリングファンなどの車載用モータ制御製品に広く適用される。また、実施形態による制御装置は、例えば洗濯機やエアコンなどに使用される家電用モータ制御製品に広く適用される。さらに実施形態による制御装置は、PWM制御を行う他の装置にも広く適用可能である。
<1.1.ハードウエア構成>
以下、添付する図面を参照して好ましい実施例について説明する。以下の説明では、実施形態による制御装置が、電動油圧パワーステアリング装置に適用される場合について説明する。しかし、実施形態による制御装置は、例えば電動パワーステアリング装置や電動クーリングファンなどの車載用モータ制御製品に広く適用される。また、実施形態による制御装置は、例えば洗濯機やエアコンなどに使用される家電用モータ制御製品に広く適用される。さらに実施形態による制御装置は、PWM制御を行う他の装置にも広く適用可能である。
図2は、電動パワーステアリング装置のハードウエア構成例を示す図である。参照符号4は、車両の前輪を示す。参照符号2、3、5及び6は、それぞれ前輪4の転舵機構のステアリングホイール、コラムシャフト、ラック及びピニオンを示す。また、参照符号23〜25及び30は、それぞれ車速センサ、エンジン制御装置(EFI−ECU:Electric Fuel Injection - Electronic Control Unit)、警報出力部及び電源を示す。
電動油圧パワーステアリング装置1は、制御部10と、トルクセンサ21と、舵角センサ22と、モータ31と、ポンプ32と、パワーシリンダ33と、ホールセンサ80を備える。
トルクセンサ21及び舵角センサ22は、それぞれステアリングホイール2の操舵力及び操舵角を検出する。車速センサ23は、車両の速度を検出する。また、エンジン制御装置24は、車両に設けられたエンジンを制御する電子制御装置であって、エンジンの制御を行う際にエンジン回転速度を検出する。
制御部10はマイコンを備えた電子回路であり、トルクセンサ21、舵角センサ22、車速センサ23及びエンジン制御装置24によってそれぞれ検出された操舵力、操舵角、車両速度及びエンジン回転速度にしたがって、モータ31を駆動する。また、制御部10には、エンジン制御装置24からイグニッションスイッチの状態も送られてくる。
モータ31は、ポンプ32に動力を供給する三相同期モータ(直流ブラシレスモータ)である。ポンプ32は、パワーシリンダ33の油室に油圧を供給することによって、前輪4の転舵機構のラック5に、運転者の操舵力を補助する補助力を加える。
制御部10は、処理部40と、プリドライバ60と、パワー部70と、増幅器81と、リレー100を備える。処理部40は、トルクセンサ21、舵角センサ22、車速センサ23及びエンジン制御装置24によってそれぞれ検出された操舵力、操舵角、車両速度及びエンジン回転速度にしたがって、モータ31をPWM駆動する制御信号を生成する。
ホールセンサ80は、モータ31のロータ位置を検出する。処理部40は、ホールセンサ80の検出信号にしたがって通電する相コイルを決定する。処理部40は、PWM制御によりモータ31の各相コイルへ流れる相電流を制御するスイッチング素子をオンオフする相電流制御信号を出力する。プリドライバ60は、処理部40から出力される相電流制御信号を増幅してパワー部70に供給する。パワー部70は、増幅された相電流制御信号に従って、電源30からモータ31の各相コイルへ流れる相電流を制御するスイッチング素子を駆動する。
処理部40は、パワー部70にて検出される温度信号、モータ31の各相電流、すなわち駆動電流の検出値を示す電流検出信号、及び電源30の電圧に従って、電動油圧パワーステアリング装置1の異常を検出する。増幅器81は、電流検出信号を増幅して処理部40へ供給する。
処理部40は、リレー100を駆動するリレー駆動信号を生成する。処理部40は、所定の異常を検出した場合、リレー100を制御して電源30からパワー部70への電流の供給を停止する。また、処理部40は、警報出力部25を経由して異常を知らせる警報を運転者に出力する。警報出力部25は、車両のメータでもよくナビゲーション装置でもよい。
図3は、制御部10の構成例を示す図である。制御部10は、流量指令値演算部41と、回転速度指令値演算部42と、減算部43と、フィードバック(FB)制御部44と、デューティ比指定部45と、駆動素子決定部46と、回転速度演算部47と、判定部48を備える。処理部40のこれら構成要素41〜48の動作は、例えば制御部10が備えるマイコンによって実行される。
パワー部70は、スイッチング素子Q1〜Q6と、電流センサ82と、温度センサ83を備える。以下の説明において、スイッチング素子Q1〜Q6を総称して「スイッチング素子Q」と表記することがある。
流量指令値演算部41は、トルクセンサ21、舵角センサ22、車速センサ23によってそれぞれ検出された操舵力、操舵角、車両速度にしたがって、ポンプ32から吐出される作動油の流量の指令値を算出する。流量指令値演算部41は、操舵力や操舵角によって検出するステアリングホイール2の操舵状態に基づいて流量の基本量を算出し、この算出した流量を車速に基づいて、車速が高くなるほど流量が小さくなるように補正することで作動油の流量の指令値を算出する。
また、流量指令値演算部41は、エンジン制御装置24から送られてくるエンジン回転速度から判断したエンジンの駆動状態に基づいて、ポンプ32を駆動させることによる操舵補助制御の実施可否を判断する。詳細には、エンジンが駆動していない状態にあると判断した場合、ポンプ32を駆動する電力を供給する電源30への充電を行う、図示しないオルタネータが発電していない状態にあると判断し、電源30の充電率低下を防ぐため操舵補助制御を行わないようにする。なお、作動油の流量の指令値を生成する際に、ステアリングホイール2の操作状態を検出するためのセンサとしては、トルクセンサ21と舵角センサ22の一方のみを用いる構成でもよい。
回転速度指令値演算部42は、流量指令値演算部41により算出される作動油の流量の指令値に従って、モータ31の回転速度の指令値である回転速度指令値を決定する。減算部43は、回転速度指令値と、回転速度演算部47により算出されたモータ31の実際の回転速度との偏差を算出する。フィードバック制御部44は、比例・積分・微分(PID)演算によって回転速度の偏差に応じてモータ31の通電期間のデューティ比の指令値Dcを算出する。
デューティ比指定部45は、フィードバック制御部44から出力されるデューティ比の指令値Dcが、所定の上限値Duよりも大きい場合には、指令値Dcの値を値「100%」でマスクする。すなわち、デューティ比指定部45は、指令値Dcが上限値Duよりも大きい場合には、モータ31の実際の通電期間を定めるデューティ比Dsとして「100%」を指定する。上限値Duは「100%」より小さい値に定められる。
デューティ比指定部45は、指令値Dcが所定の下限値Ddよりも小さい大きい場合には、指令値Dcの値を値「0%」でマスクする。すなわち、デューティ比指定部45は、指令値Dcが下限値Ddよりも小さい大きい場合には、モータ31の実際の通電期間を定めるデューティ比Dsとして「0%」を指定する。下限値Ddは「0%」より大きい値に定められる。デューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが下限値Dd以上かつ上限値Du以下の場合には、デューティ比指令値Dcをそのままデューティ比Dsとして指定する。なお、以下の説明においてフィードバック制御部44から出力されるデューティ比の指令値Dcを、「デューティ比指令値Dc」と表記することがある。また、デューティ比指定部45により指定されるデューティ比の指定値Dsを「デューティ比指定値Ds」と表記することがある。
駆動素子決定部46は、ホールセンサ80の出力信号と、デューティ比指定部45から出力されるデューティ比指定値Dsで指定されるデューティ比を有する相電流制御信号を生成する。相電流制御信号は、スイッチング素子Qをオンオフさせる制御信号である。駆動素子決定部46は、相電流制御信号でスイッチング素子Qのオンオフを切り替えることにより、電源30からモータ31の各相コイルへ流れる相電流を制御する。
図4は、デューティ比指令値Dcとデューティ比指定値Dsの関係の説明図である。図示する通り、デューティ比指令値Dc<下限値Dsの場合にデューティ比指定値Dsは「0%」である。下限値Dd≦デューティ比指令値Dc≦上限値Duの場合にデューティ比指定値Dsはデューティ比指令値Dcと等しい。上限値Du<デューティ比指令値Dcの場合にデューティ比指定値Dsは「100%」である。
例えば上限値Duは、上限値Du以下のデューティ比において、PWM制御のオフ期間がスイッチング素子Qとプリドライバ60の応答速度より短くならない値に定められる。また、下限値Ddは、下限値Dd以上のデューティ比において、PWM制御のオン期間がスイッチング素子Qとプリドライバ60の応答速度より短くならない値に定められる。このような上限値Du及び下限値Ddにより、デューティ比指令値Dcがどんな値でも、スイッチング素子Qをオンオフさせる相電流制御信号のオフ期間及びオン期間が、スイッチング素子Qとプリドライバ60の応答速度よりも短くなることが防止される。このため、スイッチングの損失が低減される。
デューティ比指定部45によってデューティ比指令値Dcがマスクされた場合に実現されるモータ31の回転速度の制御について説明する。図5の(A)はデューティ比指令値Dcのタイムチャートであり、図5の(B)はデューティ比指定値Dsのタイムチャートであり、図5の(C)はモータの回転速度のタイムチャートである。
波形Rはモータ31の実回転速度を示し、点線Rtは回転速度指令値すなわち目標回転速度を示す。一点鎖線Ruは上限値Duと等しいデューティ比が連続した場合のモータ31の回転速度を示し、二点鎖線Rhは、デューティ比「100%」が連続した場合のモータ31の回転速度を示す。また点線Daは、デューティ比指定値Dsの平均値である。回転速度指令値Rtが速度Ruと速度Rhの間にあるため、回転速度指令値Rtを実現するデューティ比は上限値Duと「100%」の間の値となる。
時刻t1にて実回転速度Rが回転速度指令値Rt以下となると、フィードバック制御部44のフィードバック制御によってデューティ比指令値Dcが増加し始める。時刻t2でデューティ比指令値Dcが上限値Duを超えるまで、デューティ比指定値Dsはデューティ比指令値Dcと等しい。
時刻t2でデューティ比指令値Dcが上限値Duを超えるに至ると、デューティ比指定値Dsは「100%」になる。回転速度指令値Rtに対応するデューティ比指令値Dcは「100%」より小さいため、時刻t3で実回転速度Rが回転速度指令値Rtを超える。
実回転速度Rが回転速度指令値Rtを超えると、フィードバック制御部44のフィードバック制御によってデューティ比指令値Dcが低下し始める。時刻t4でデューティ比指令値Dcが上限値Du以下となると、デューティ比指定値Dsはデューティ比指令値Dcと等しくなる。
デューティ比指定値Dsの減少によって時刻t4から実回転速度Rが低下し始める。このため、時刻t5において実回転速度Rが回転速度指令値Rt以下となる。実回転速度Rが回転速度指令値Rt以下となると、フィードバック制御部44のフィードバック制御によってデューティ比指令値Dcが再び増加し始める。
このように、デューティ比指令値Dcがマスクされても、フィードバック制御部44のフィードバック制御により、相電流制御信号のデューティ比指定値Dsの平均Daは上限値Duと「100%」の間の値になる。また、上限値Du及び「100%」のデューティ比が連続した場合の回転速度Ru及びRhの間に回転速度指令値Rtがあっても、この回転速度指令値Rtの前後の範囲内で変化するようにモータ31の実回転速度Rを制御できる。同様に、デューティ比指令値Dcを「0%」でマスクしても、回転速度指令値Rtの前後の範囲内で変化するようにモータ31の実回転速度Rを制御できる。
図3を参照する。回転速度演算部47は、ホールセンサ80の出力信号に基づきロータ位置を決定し、ロータ位置の変化に従って、モータ31の回転速度を算出する。電流センサ82は、モータ31の全相電流を検出し、検出値を示す電流検出信号を出力する。温度センサ83は、パワー部70の温度を検出し、検出値を示す温度信号を出力する。
判定部48は、温度信号、電流検出信号、電源30の電圧、回転速度演算部47により算出されるモータ31の回転速度に従って、電動油圧パワーステアリング装置1に生じた異常を検出する。判定部48は、リレー100を駆動するリレー駆動信号を生成する。判定部48は、所定の異常を検出した場合、リレー100を制御して電源30からパワー部70への電流の供給を停止する。
判定部48は、モータ31の回転を停止させる停止信号及び/又はモータ31の回転を制限する制限信号を生成する。回転速度指令値演算部42は、停止信号及び/又は制限信号に従って、モータ31の回転を停止させ及び/又は制限する。また判定部48は、警報出力部25を経由して異常を知らせる警報を運転者に出力する。
<1.2.処理部の動作>
続いて、デューティ比指定値Dsを決定する際の処理部40の動作を説明する。図6は、処理部40の動作の第1例の説明図である。なお、以下、図6を参照して説明する一連の動作は複数の手順を含む方法と解釈してよい。この場合に「オペレーション」を「ステップ」と読み替えてもよい。図7、図9及び図12を参照して説明する動作の場合も同様である。
続いて、デューティ比指定値Dsを決定する際の処理部40の動作を説明する。図6は、処理部40の動作の第1例の説明図である。なお、以下、図6を参照して説明する一連の動作は複数の手順を含む方法と解釈してよい。この場合に「オペレーション」を「ステップ」と読み替えてもよい。図7、図9及び図12を参照して説明する動作の場合も同様である。
オペレーションAAにおいて回転速度指令値演算部42は、回転速度指令値Rtを決定する。オペレーションABにおいて回転速度演算部47は、モータ31の実回転速度Rrを算出する。オペレーションACにおいてフィードバック制御部44は、回転速度指令値Rtと実回転速度Rrの偏差に基づくPID演算処理によって、デューティ比指令値Dcを算出する。
図7は、図6に示すPID演算処理の例の説明図である。オペレーションBAにおいてフィードバック制御部44は、前回のPID演算処理で算出したデューティ比指令値Dcを、前回の指令値の格納用変数Vdcに保存する。またフィードバック制御部44は、前回のPID演算処理で使用した回転速度偏差ΔRの値を、前回の回転速度偏差の格納用変数Vr1へ、前回のPID演算処理中の変数Vr1の値を、前々回の回転速度偏差の格納用変数Vr2へそれぞれ保存する。フィードバック制御部44は、回転速度偏差ΔR=(Rt−Rr)を算出する。
オペレーションBBにおいてフィードバック制御部44は、比例項P=(回転速度偏差ΔR−前回の回転速度偏差Vr1)を算出する。オペレーションBCにおいてフィードバック制御部44は積分項Iに回転速度偏差ΔRの値を代入する。オペレーションBDにおいてフィードバック制御部44は、微分項D=((回転速度偏差ΔR−前回の回転速度偏差Vr1)−(前回の回転速度偏差Vr1−前々回の回転速度偏差Vr2))を算出する。
オペレーションBEにおいてフィードバック制御部44は、比例項P、積分項I及び微分項DにそれぞれのゲインKp、Ki及びKdを乗じた後に合計して、デューティ比の変化量Δdを決定する。オペレーションBFにおいてフィードバック制御部44は、前回の指令値Vdcに変化量Δdを加えてデューティ比指令値Dcを算出する。
図6を参照する。オペレーションADにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きいか否かを判断する。デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きい場合(オペレーションAD:Y)に処理はオペレーションAEへ進む。デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きくない場合(オペレーションAD:N)に処理はオペレーションAFへ進む。オペレーションAEにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを「100%」にする。その後処理はオペレーションAAへ戻る。
オペレーションAFにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さいか否かを判断する。デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さい場合(オペレーションAF:Y)に処理はオペレーションAGへ進む。デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さくない場合(オペレーションAF:N)に処理はオペレーションAHへ進む。
オペレーションAGにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを「0%」にする。その後処理はオペレーションAAへ戻る。オペレーションAHにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcをそのままデューティ比指定値Dsとする。
<1.3.実施例の効果>
本実施例によれば、PWM制御のスイッチング素子をオンオフさせる相電流制御信号のオフ期間及びオン期間が、スイッチング素子やその駆動回路の応答速度よりも短くなることが防止される。その結果、スイッチングの損失が低減されて制御効率が向上する。
本実施例によれば、PWM制御のスイッチング素子をオンオフさせる相電流制御信号のオフ期間及びオン期間が、スイッチング素子やその駆動回路の応答速度よりも短くなることが防止される。その結果、スイッチングの損失が低減されて制御効率が向上する。
また、所定の上限値を超えるデューティ比の指令値を「100%」でマスクしても、相電流制御信号のデューティ比の平均値が上限値と「100%」の間になるため、上限値を超えるデューティ比で実現される目標回転速度でモータを回転させることができる。同様に所定の下限値未満の指令値を「0%」でマスクしても、相電流制御信号のデューティ比の平均値が下限値と「0%」の間になることによって、下限値未満のデューティ比で実現される目標回転速度でモータを回転させることができる。
また本実施例によれば、デューティ比指令値Dcが上限値Duを超える又は下限値Dd未満となっても、PWM制御周期を変更せずに、相電流制御信号のオフ期間及びオン期間が、スイッチング素子やその駆動回路の応答速度よりも短くなることが防止される。これにより、PWM制御周期を変更する場合に比べてPWM制御の処理が簡単になる。また、PWM制御周期の変更によって、例えば可聴周波数などの、好ましくない周期でPWM制御が行われることが防止される。
<2.第2実施例>
続いて、電動油圧パワーステアリング装置1の他の実施例について説明する。本実施例のデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きい場合に、複数のPWMサイクルにおける相電流制御信号のデューティ比の平均がデューティ比指令値Dcとなるように、デューティ比指定値Dsを決定する。
続いて、電動油圧パワーステアリング装置1の他の実施例について説明する。本実施例のデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きい場合に、複数のPWMサイクルにおける相電流制御信号のデューティ比の平均がデューティ比指令値Dcとなるように、デューティ比指定値Dsを決定する。
例えば、デューティ比指定部45は、複数の異なるデューティ比でPWM制御を行うことで相電流制御信号のデューティ比の平均がデューティ比指令値Dcとなる複数のPWMサイクルが継続して現れるように、個々のPWMサイクルの相電流制御信号のデューティ比を定める。
図8は、相電流制御信号のタイムチャートの第1例を示す。PWMサイクルC1、C2、C3、C4及びC5におけるそれぞれの相電流制御信号のデューティ比、すなわちデューティ比指定値Dsは、「100%」、「100%」、「100%」、上限値Du%及び上限値Du%である。したがってPWMサイクルC1、C2、C3、C4及びC5を含む複数のPWMサイクルCp1におけるデューティ比の平均値Daは(300+2×Du)/5であり、上限値Duより大きく「100%」よりも小さくなる。
このようにして、デューティ比指定部45は、複数のPWMサイクルCp1における平均値が上限値Duより大きく「100%」よりも小さいデューティ比指令値Dcに近づくように、個々のPWMサイクルのデューティ比指定値Dsを異ならせる。このため、上限値Duよりも大きくスイッチングの損失が発生するようなデューティ比指定値Dsを出力しなくとも、平均的に、上限値Duより大きなデューティ比指令値Dcでの制御が可能になる。
デューティ比指定部45は、また、複数のPWMサイクルCp1より遅くCp1に重複する複数のPWMサイクルCp2での平均値をデューティ比指令値Dcに近づけるように、Cp1以後のPWMサイクルのデューティ比指定値Dsを定める。デューティ比指定部45は、また、複数のPWMサイクルCp1以降の複数のPWMサイクルCp3での平均値をデューティ比指令値Dcに近づけるように、Cp1以後のPWMサイクルのデューティ比指定値Dsを定める。
以上のようにして、デューティ比指定部45は、相電流制御信号の複数の異なるデューティ比の平均がデューティ比指令値Dcとなる複数のPWMサイクルCp1、Cp2、Cp3を継続して出現させる。
同様に、デューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さい場合に、複数のPWMサイクルにおける相電流制御信号のデューティ比の平均がデューティ比指令値Ddとなるようにデューティ比指定値Dsを決定する。
ある実施例においてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きい場合に上限出力率Ruを決定する。上限出力率Ruは、複数のPWMサイクルでのデューティ比指定値Dsの平均をデューティ比指令値Dcである場合の、複数のPWMサイクルの総数Caに対する上限値Duのデューティ比指定値Dsの出力回数Cuの比率である。例えば、上限出力率Ruは次式(1)に従って決定することができる。
上限出力率Ru=(1−(Dc−Du)/(1−Du)) (1)
デューティ比指定部45は、上限値Duのデューティ比指定値Dsの出力回数Cuをカウントする。デューティ比指定部45は、複数のPWMサイクルの総数Caに対する出力回数Cuの比が上限出力率Ruに近づくように、個々のPWMサイクルにおけるデューティ比指定値Dsを「100%」及び上限値Duのいずれにするかを決定する。
例えばデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dc>上限値Duである間、「100%」のデューティ比指定値Dsの出力回数Chと、上限値Duのデューティ比指定値Dsの出力回数Cuをカウントする。デューティ比指令値Dc>上限値Duである間のPWMサイクルの総数Caは、「100%」のデューティ比指定Dsの出力回数Chと、上限値Duのデューティ比指定値Dsの出力回数Cuの総数(Cu+Ch)となる。
デューティ比指定部45は、出力総数Caに対する出力回数Cuの比が上限出力率Ruより小さければ、デューティ比指定値Dsを上限値Duにする。デューティ比指定部45は、出力総数Caに対する出力回数Cuの比が上限出力率Ruより小さくなければ、デューティ比指定値Dsを「100%」にする。
同様に、ある実施例においてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さい場合に下限出力率Rdを決定する。下限出力率Rdは、複数のPWMサイクルでのデューティ比指定値Dsの平均がデューティ比指令値Dcである場合の、複数のPWMサイクルの総数Caに対する下限値Ddのデューティ比指令値Dcの出力回数Cdの比率である。例えば、下限出力率Rdは次式(2)に従って決定することができる。
下限出力率Rd=(1−(Dd−Dc)/Dd) (2)
デューティ比指定部45は、下限値Ddのデューティ比指定値Dsの出力回数Cdをカウントする。デューティ比指定部45は、複数のPWMサイクルの総数Caに対する出力回数Cdの比が下限出力率Rdに近づくように、個々のPWMサイクルにおけるデューティ比指定値Dsを「0%」及び下限値Ddのいずれにするかを決定する。
例えばデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dc<下限値Ddである間、「0%」のデューティ比指定値Dsの出力回数Czと、下限値Ddのデューティ比指定値Dsの出力回数Cdをカウントする。デューティ比指令値Dc<下限値Ddである間のPWMサイクルの総数Caは、「0%」のデューティ比指定値Dsの出力回数Czと、下限値Ddのデューティ比指定値Dsの出力回数Cdの総数(Cd+Cz)となる。
デューティ比指定部45は、出力総数Caに対する出力回数Cdの比が下限出力率Rdより小さければ、デューティ比指定値Dsを下限値Ddにする。デューティ比指定部45は、出力総数Caに対する出力回数Cuの比が下限出力率Rdより小さくなければ、デューティ比指定値Dsを「0%」にする。
以下に、本実施例の処理部40の動作の例を説明する。図9は、処理部40の動作の第2例の説明図である。オペレーションCA〜CCの処理は、図6のオペレーションAA〜ACの処理と同様である。オペレーションCDにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きいか否かを判断する。デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きい場合(オペレーションCD:Y)に処理はオペレーションCEへ進む。デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きくない場合(オペレーションCD:N)に処理はオペレーションCJへ進む。
オペレーションCEにおいてデューティ比指定部45は、上限出力率Ruを決定する。オペレーションCFにおいてデューティ比指定部45は、「100%」及び上限値Duのデューティ比指定値Dsの出力総数Ca=(Cu+Ch)に対する出力回数Cuの比(Cu/Ca)が上限出力率Ruより小さいか否かを判断する。比(Cu/Ca)が上限出力率Ruより小さい場合(オペレーションCF:Y)に処理はオペレーションCGへ進む。比(Cu/Ca)が上限出力率Ruより小さくない場合(オペレーションCF:N)に処理はオペレーションCHへ進む。
オペレーションCGにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを上限値Duにする。またデューティ比指定部45は、上限値Duのデューティ比指定値Dsの出力回数Cuのカウントを1つ増加させる。その後に処理はオペレーションCIへ進む。オペレーションCHにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを「100%」にする。またデューティ比指定部45は、「100%」のデューティ比指定値Dsの出力回数Chのカウントを1つ増加させる。その後に処理はオペレーションCIへ進む。オペレーションCIにおいてデューティ比指定部45は、出力総数Ca=(Cu+Ch)を更新する。その後処理はオペレーションCAに戻る。
オペレーションCJにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さいか否かを判断する。デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さい場合(オペレーションCJ:Y)に処理はオペレーションCKへ進む。デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さくない場合(オペレーションCJ:N)に処理はオペレーションCPへ進む。
オペレーションCKにおいてデューティ比指定部45は、下限出力率Rdを決定する。オペレーションCLにおいてデューティ比指定部45は、「0%」及び下限値Ddのデューティ比指定値Dsの出力総数Ca=(Cd+Cz)に対する出力回数Cdの比(Cd/Ca)が下限出力率Rdより小さいか否かを判断する。比(Cd/Ca)が下限出力率Rdより小さい場合(オペレーションCL:Y)に処理はオペレーションCMへ進む。比(Cd/Ca)が下限出力率Rdより小さくない場合(オペレーションCL:N)に処理はオペレーションCNへ進む。
オペレーションCMにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを下限値Ddにする。またデューティ比指定部45は、下限値Ddのデューティ比指定値Dsの出力回数Cdのカウントを1つ増加させる。その後に処理はオペレーションCOへ進む。オペレーションCNにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを「0%」にする。またデューティ比指定部45は、「0%」のデューティ比指定値Dsの出力回数Czのカウントを1つ増加させる。その後に処理はオペレーションCOへ進む。オペレーションCOにおいてデューティ比指定部45は、出力総数Ca=(Cd+Cz)を更新する。その後処理はオペレーションCAに戻る。
オペレーションCPにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcをそのままデューティ比指定値Dsとする。オペレーションCQにおいてデューティ比指定部45は、カウント用変数Cu、Cd、Ch、Cz及びCaの値を「0」に初期化する。その後処理はオペレーションCAに戻る。
本実施例のデューティ比指定部45は、上限値Du以下の値と「100%」のデューティ比指定値Dsを用いて、相電流制御信号のデューティ比の平均値を上限値Dより大きなデューティ比指令値Dcにする。このため、デューティ比が上限値Duよりも大きくスイッチングの損失が発生するような相電流制御信号を生成しなくとも、平均的に、上限値Duより大きなデューティ比指令値Dcでの制御が可能になる。したがって、スイッチングの損失が低減されて制御効率が向上されるとともに、上限値Duを超えるデューティ比で実現される回転速度域で制御不能な不感帯ができることを防止できる。
また、本実施例のデューティ比指定部45は、下限値Dd以上の値と「0%」のデューティ比指定値Dsを用いて、相電流制御信号のデューティ比の平均を下限値Dd未満のデューティ比指令値Dcにする。このため、デューティ比が下限値Dpよりも小さくスイッチングの損失が発生するような相電流制御信号を生成しなくても、平均的に、下限値Ddより小さなデューティ比指令値Dcでの制御を可能になる。したがって、スイッチングの損失が低減されて制御効率が向上されるとともに、下限値Dd未満のデューティ比で実現される回転速度域で制御不能な不感帯ができることを防止できる。
なお、上記実施例では、上限値Duの値と「100%」のデューティ比指定値Dsの平均で上限値Duより大きなデューティ比指令値Dcを実現した。デューティ比指定部45の変形例は、上限値Duより小さな上限値Du以外の値のデューティ比指定値Dsと「100%」との平均でデューティ比指令値Dcを実現してよい。同様にデューティ比指定部45の変形例は、下限値Ddより大きな下限値Dd以外の値のデューティ比指定値Dsと「0%」との平均でデューティ比指令値Dcを実現してよい。
また、上記実施例では、複数の異なるデューティ比指定値Dsの平均で上限値Duより大きい又は下限値Ddより小さいデューティ比指令値Dcを実現した。デューティ比指定部45の変形例は、複数の異なるデューティ比指定値Dsの平均で下限値Dd以上かつ上限値Du以下のデューティ比指令値Dcを実現してもよい。図10は、相電流制御信号のタイムチャートの第2例を示す。
例えば、デューティ比指令値Dcが「75.6%」である場合を想定する。デューティ比指定部45は、PWMサイクルC1〜C3とC4及びC5のデューティ比指定値Dsをそれぞれ「76%」と「75%」にすることで、PWMサイクルC1〜C5を含む複数サイクルCp1における相電流制御信号のデューティ比の平均値Daを「75.6%」とする。
本実施例によれば、相電流制御信号を生成する駆動素子決定部46に対して指定できるデューティ比の粒度に関わらず任意の粒度のデューティ比を実現することができる。例えば、駆動素子決定部46に対して指定できるデューティ比の粒度よりも細かい粒度のデューティ比を実現することができる。
また、2個の異なる相電流制御信号のデューティ比でPWM制御を行ってデューティ比の平均をデューティ比指令値Dcとするだけでなく、3個以上の異なるデューティ比でPWM制御を行ってデューティ比の平均をデューティ比指令値Dcとしてもよい。
<3.第3実施例>
続いて、電動油圧パワーステアリング装置1の他の実施例について説明する。図11は、相電流制御信号のタイムチャートの第3例を示す。本実施例のデューティ比指定部45は、隣接する2つのPWMサイクルにおける相電流制御信号のデューティ比を異ならせ、これらデューティ比の平均値がデューティ比指令値Dcとなるように、相電流制御信号のデューティ比を決定する。
続いて、電動油圧パワーステアリング装置1の他の実施例について説明する。図11は、相電流制御信号のタイムチャートの第3例を示す。本実施例のデューティ比指定部45は、隣接する2つのPWMサイクルにおける相電流制御信号のデューティ比を異ならせ、これらデューティ比の平均値がデューティ比指令値Dcとなるように、相電流制御信号のデューティ比を決定する。
例えばデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きい場合に、「100%」の値と(2×Dc−100%)の値を交互にデューティ比指定値Dsとして指定する。図11は、本実施例により制御される相電流制御信号のタイムチャートの例を示す。デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きい場合に、「100%」のデューティ比の第1PWMサイクルC1及びC3、並びに(2×Dc−100%)のデューティ比の第2PWMサイクルC2及びC4を含むPWMサイクルの組を繰り返す。
このように相電流制御信号のデューティ比を制御することにより、デューティ比が上限値Duよりも大きくスイッチングの損失が発生するような相電流制御信号を生成しなくとも、平均的に、上限値Duより大きなデューティ比指令値Dcでの制御が可能になる。
同様に、デューティ比指定部45は、例えば、デューティ比指令値Dcが下限値Ddより大きい場合に「0%」の値と(2×Dc)の値を交互にデューティ比指定値Dsとして指定する。
図12は、処理部40の動作の第3例の説明図である。以下に、本実施例の処理部40の動作の例を説明する。オペレーションDA〜DCの処理は、図6のオペレーションAA〜ACの処理と同様である。オペレーションDDにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きいか否かを判断する。デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きい場合(オペレーションDD:Y)に処理はオペレーションDEへ進む。デューティ比指令値Dcが上限値Duより大きくない場合(オペレーションDD:N)に処理はオペレーションDJへ進む。
オペレーションDEにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが、上限値Duと「100%」の平均((Du+100%)/2)以下か否かを判断する。Dc≦((Du+100%)/2)の場合(オペレーションDE:Y)に処理はオペレーションDFへ進む。Dcが((Du+100%)/2)より大きい場合(オペレーションDE:N)に処理はオペレーションDHへ進む。
オペレーションDFにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを「100%」にする。オペレーションDGにおいてデューティ比指定部45は、次のPWMサイクルのデューティ比指定値Dsを(2×Dc−100%)にする。その後処理はオペレーションDAに戻る。
Dcが((Du+100%)/2)より大きい場合には、値(2×Dc−100%)が上限値Duを超えてしまう。したがってデューティ比指定部45は、「100%」のデューティ比指定値Dsの出力後の次のPWMサイクルで、代わりに上限値Duを出力する。すなわち、オペレーションDHにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを「100%」にする。オペレーションDIにおいてデューティ比指定部45は、次のPWMサイクルのデューティ比指定値Dsを上限値Duにする。その後処理はオペレーションDAに戻る。
オペレーションDJにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さいか否かを判断する。デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さい場合(オペレーションDJ:Y)に処理はオペレーションDKへ進む。デューティ比指令値Dcが下限値Ddより小さくない場合(オペレーションDJ:N)に処理はオペレーションDPへ進む。
オペレーションDKにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcが、下限値Ddと「0%」の平均(Dd/2)以上か否かを判断する。Dc≧(Dd/2)の場合(オペレーションDK:Y)に処理はオペレーションDLへ進む。Dcが(Dd/2)より小さい場合(オペレーションDK:N)に処理はオペレーションDNへ進む。
オペレーションDLにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを「0%」にする。オペレーションDMにおいてデューティ比指定部45は、次のPWMサイクルのデューティ比指定値Dsを(2×Dc)にする。その後処理はオペレーションDAに戻る。
Dcが(Dd/2)より小さい場合には、値(2×Dc)が下限値Dd未満となる。したがってデューティ比指定部45は、「0%」のデューティ比指定値Dsの出力後の次のPWMサイクルで、代わりに下限値Ddを出力する。すなわち、オペレーションDNにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指定値Dsを「0%」にする。オペレーションDOにおいてデューティ比指定部45は、次のPWMサイクルのデューティ比指定値Dsを下限値Ddにする。その後処理はオペレーションDAに戻る。
オペレーションDPにおいてデューティ比指定部45は、デューティ比指令値Dcをそのままデューティ比指定値Dsとする。その後処理はオペレーションDAに戻る。
本実施例によれば、より簡易な処理で、上限値Du以下の値と「100%」のデューティ比指定値Dsを用いて、相電流制御信号のデューティ比の平均を上限値Dより大きなデューティ比指令値Dcにすることが可能になる。このため、デューティ比が上限値Duよりも大きくスイッチングの損失が発生するような相電流制御信号を生成しなくとも、平均的に、上限値Duより大きなデューティ比指令値Dcでの制御が可能になる。したがって、スイッチングの損失が低減されて制御効率が向上されるとともに、上限値Duを超えるデューティ比で実現される回転速度域で制御不能な不感帯ができることを防止できる。
また本実施例によれば、より簡易な処理で、下限値Dd以上の値と「0%」のデューティ比指定値Dsを用いて、相電流制御信号のデューティ比の平均を下限値Dd未満のデューティ比指令値Dcにすることが可能になる。このため、デューティ比が下限値Dpよりも小さくスイッチングの損失が発生するような相電流制御信号を生成しなくても、平均的に、下限値Ddより小さなデューティ比指令値Dcでの制御を可能になる。したがって、スイッチングの損失が低減されて制御効率が向上されるとともに、下限値Dd未満のデューティ比で実現される回転速度域で制御不能な不感帯ができることを防止できる。
1 電動油圧パワーステアリング装置
2 ステアリングホイール
3 コラムシャフト
4 前輪
5 ラック
6 ピニオン
30 電源
33 パワーシリンダ
2 ステアリングホイール
3 コラムシャフト
4 前輪
5 ラック
6 ピニオン
30 電源
33 パワーシリンダ
Claims (6)
- モータをパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出する目標値算出部と、
前記目標値算出部で算出された目標デューティ比が、100%未満の値である上限値よりも大きい場合に目標デューティ比を100%に決定し、又は0%より大きな値である下限値よりも小さい場合に目標デューティ比を0%に決定する目標値決定部と、
前記目標値決定部が決定した目標デューティ比で前記モータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備えることを特徴とするモータの制御装置。 - 前記目標値決定部は、複数の連続するパルス幅変調制御サイクルにおけるデューティ比の平均値が、前記目標値算出部で算出された目標デューティ比になるように、前記複数の連続するパルス幅変調サイクルにおいて複数の異なる目標デューティ比を決定することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
- 前記目標値決定部は、異なる2つのデューティ比を交互に前記目標デューティ比として決定することを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。
- モータをパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出する目標値算出部と、
複数の連続するパルス幅変調制御サイクルにおけるデューティ比の平均値が、前記目標値算出部で算出された目標デューティ比になるように、前記複数の連続するパルス幅変調サイクルにおいて複数の異なる目標デューティ比を決定する目標値決定部と、
前記目標値決定部が決定した目標デューティ比で前記モータを制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
を備えることを特徴とするモータの制御装置。 - モータをパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出し、
算出した前記目標デューティ比が、100%未満の値である上限値よりも大きい場合に目標デューティ比を100%に決定し、又は0%より大きな値である下限値よりも小さい場合に目標デューティ比を0%に決定し、
決定した前記目標デューティ比で前記モータを制御するための制御信号を生成する、
ことを特徴とするモータの制御方法。 - モータをパルス幅変調制御する際のデューティ比の目標値である目標デューティ比を算出し、
複数の連続するパルス幅変調制御サイクルにおけるデューティ比の平均値が、算出した前記目標デューティ比になるように、前記複数の連続するパルス幅変調サイクルにおいて複数の異なる目標デューティ比を決定し、
決定した前記目標デューティ比で前記モータを制御するための制御信号を生成する、
ことを特徴とするモータの制御方法。
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