JP2015173553A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目標値近傍での負荷脈動により発生する制御ハンチングを抑制でき、停止状態を安定して維持できるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載される機構の位置制御に用いられるモータ３の制御装置であって、モータの回転位置が目標位置付近で、且つモータの回転速度が低下した場合に、外乱の推定を行った後、振動抑制制御を行う、ことを特徴とする。目標位置付近でモータ速度が低下した段階で外乱推定と振動抑制制御を行うことで、過剰な外乱補正が原因で発生する制御ハンチングを抑制でき、停止状態を安定して維持できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、外乱オブザーバを用いたモータ制御装置に関する。

従来、モータによる位置制御において、外乱オブザーバを用いた制御手法が知られている。例えば特許文献１では、電動ステアリング用モータの位置制御に使用される速度制御系において、フィードフォワード項を主制御項とし、フィードバック項に外乱オブザーバを使用して外乱補償を行っている。

特開２００８−１３７４５０号公報

ところで、特許文献１に記載されている制御を、周期外乱（コギングトルク等）や非周期・非線形外乱（外部負荷変動等）を有する位置制御に適用する場合、外乱オブザーバの出力をトルク成分に加える手法が考えられる。しかし、この手法では周期外乱や非周期・非線形外乱等への対処が含まれないため、目標位置付近でフィードバック補正が集束してくると、保持トルクに対する外乱成分が大きくなり、ハンチング等が生じてしまう可能性がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、目標値近傍での負荷脈動が原因で発生する制御ハンチングを抑制でき、停止状態を安定して維持できるモータ制御装置を提供することにある。

本発明のモータ制御装置は、車両に搭載される機構の位置制御に用いられるモータの制御装置であって、モータの回転位置が目標位置付近で、且つモータの回転速度が所定値より低下した場合に、外乱の推定を行った後、振動抑制制御を行う、ことを特徴とする。

本発明では、目標位置付近でモータ速度が低下した段階で外乱推定と振動抑制制御を行うことで、過剰な外乱補正が原因で発生する制御ハンチングを抑制でき、停止状態を安定して維持できる。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置を、自動車用エンジンにおける圧縮比変更機構の位置制御に適用した場合の概略構成図である。 本発明の実施形態に係るモータ制御装置の構成例について説明するための図である。 図２に示したモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。 外乱推定値の第１の算出動作を示すフローチャートである。 外乱推定値の第２の算出動作を示すフローチャートである。 外乱推定値の第３の算出動作を示すフローチャートである。 外乱推定値の第４の算出動作を示すフローチャート、及びＥＣＭに記憶されているマップの例を示す特性図である。 図３における外乱抑制制御の第１の例を示すフローチャートである。 図３における外乱抑制制御の第２の例を示すフローチャート、及び外乱推定値とｄ軸電流指令補正値との関係を示す特性図である。 図３における外乱抑制制御の第３の例を示すフローチャート、及び外乱推定値とｄ軸電圧指令補正値との関係を示す特性図である。 図３における外乱抑制制御解除中制御の第１の例を示すフローチャートである。 図３における外乱抑制制御解除中制御の第２の例を示すフローチャートである。 図３における外乱抑制制御解除中制御の第３の例を示すフローチャートである。 図３における外乱抑制制御解除中制御の第４の例を示すフローチャートである。 振動制御用外乱補正値の設定について説明するための図である。 振動抑制制御解除時の動作について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置を、自動車用エンジンにおける圧縮比変更機構の位置制御に適用したもので、モータの制御に関係する要部を抽出して示している。エンジン（内燃機関）１には、圧縮比を変更する圧縮比変更機構２が搭載されており、その位置制御に三相交流式の電動モータ３を用いている。モータ３には、ポジションセンサ（ＰＧ）４を設け、ロータの位置（回転角度）を検出してドライバ５に供給する。ドライバ５は、上位コントローラであるＥＣＭ（Engine Control Module）６からの作動要求に基づき、モータ３に三相の駆動電圧を供給して圧縮比変更機構２を位置制御することにより、エンジン１の圧縮比を変更する構成となっている。

エンジン１の各気筒に空気を導入するための吸気管１１には、エンジン１の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１２を設けている。吸入空気量センサ１２としては、例えば吸気の質量流量を検出する熱線式流量計等を用いることができる。
吸気バルブ１３は、各気筒の燃焼室１４の吸気口を開閉し、吸気バルブ１３の上流側の吸気管１１に、気筒毎に燃料噴射弁１５を備えている。燃料噴射弁１５から噴射された燃料は、吸気バルブ１３を介して燃焼室１４内に空気と共に吸引され、点火プラグ１６による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン１７をクランクシャフト１８に向けて押し下げることで、クランクシャフト１８を回転駆動する。クランク角センサ２７は、クランクシャフト１８の回転角を検出し、クランクシャフト１８の基準位置信号ＲＥＦ及び単位角度信号ＰＯＳを出力する。

点火プラグ１６それぞれには、点火プラグ１６に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１９が直付けされている。点火モジュール１９は、点火コイル及び点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。
排気バルブ２０は、燃焼室１４の排気口を開閉し、排気バルブ２０が開くことで排気ガスが排気管２１に排出される。排気管２１には、三元触媒等を備えた触媒コンバータ２２が設置され、触媒コンバータ２２によって排気を浄化する。また、触媒コンバータ２２の上流側の排気管２１に空燃比センサ２３を設置し、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比Ａ／Ｆを検出している。

吸気バルブ１３及び排気バルブ２０は、クランクシャフト１８によって回転駆動される吸気カムシャフト２４及び排気カムシャフト２５の回転に伴って動作する。吸気バルブ１３は、吸気カムシャフト２４に設けたカムによって開閉駆動され、ＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構２６によって、その作動角（開弁作用角）の中心位相が可変となっており、吸気バルブ１３のバルブタイミングが進遅角される。カム角センサ２８は、吸気カムシャフト２４から基準位置信号（吸気カムシャフトの回転角信号）ＣＡＭを取り出す。一方、排気バルブ２０は、排気カムシャフト２５に設けられたカムによって開閉駆動される。
水温センサ２９は、エンジン１の冷却水の温度ＴＷを検出する。また、油温センサ３３は、オイルパン内またはエンジンオイルの循環経路におけるエンジンオイルの油温ＴＯを検出する。更に、アクセル開度センサ３０は、アクセルペダル３１の踏込み量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出する。

ＥＣＭ６は、マイクロコンピュータを備え、エンジン１に設けられた各種のセンサからの信号、例えば吸入空気流量ＱＡ、アクセル開度ＡＣＣ、基準位置信号ＲＥＦ、単位角度信号ＰＯＳ、空燃比Ａ／Ｆ、水温ＴＷ、油温ＴＯ及び回転角信号ＣＡＭ等が入力される。また、ＥＣＭ６には、エンジン１の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ３２の状態を示す信号が入力される。ＥＣＭ６は、これらの情報に基づき、予め記憶されたプログラムに従って演算処理を行い、燃料噴射弁１５、ＶＴＣ機構２６、点火モジュール１９及び圧縮比変更機構２等の各種装置の操作量あるいは制御量を算出し、これらの装置に制御信号を出力して制御する。
更に、ＥＣＭ６は、圧縮比変更機構２の制御に際して、運転者の要求に対し、最適燃費点トレース（高圧縮比化）か、動力性能トレース（加給圧縮比化）かを判断し、ドライバ５へ位置指令としての角度指令値θ^＊ｒｍを送信する。

なお、エンジン１は、図示した直列型の他、Ｖ型あるいは水平対向型等の様々な形式とすることができる。また、ここでは燃料噴射弁１５が吸気管１１内に燃料を噴射するものを例に取ったが、燃焼室１４内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関であっても良い。更に、吸気側ＶＴＣ機構２６を備えているが、ＶＴＣ機構を持たないものにも同様に適用でき、吸気側ＶＴＣ機構２６に加えて排気バルブ２０の開閉時期（バルブタイミング）を可変とする排気側ＶＴＣ機構を備えていても良い。

図２（ａ）は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置の構成例を示しており、図１に示したドライバ５に対応するものである。ＥＣＭ６から出力された角度指令値θ^＊ｒｍ（目標値）を減算器５１に入力し、速度・位置信号処理機５２からフィードバックされた電気角θｒｅ（実位置）との偏差を求めて位置制御器５３に入力する。位置制御器５３は、角度指令値θ^＊ｒｍと電気角θｒｅとの偏差に基づき、速度指令値ω^＊ｒｍを算出する。減算器５４は、速度指令値ω^＊ｒｍと速度・位置信号処理機５２から出力される電機角速度ωｒｅとの偏差を求めて速度制御器５５に入力する。速度制御器１５から出力される加速度の指令値は、加速度制御器５６に入力する。

加速度制御器５６の出力を加算器５７に入力し、振動抑制制御器５８の第１の制御値ＣＳ１と加算してｑ軸電流指令値Ｉ^＊ｑａを生成する。振動抑制制御器５８には外乱オブザーバ５９から出力される外乱推定値を入力し、第１乃至第３の制御構成に応じて、外乱を抑制するための第１乃至第３の制御値ＣＳ１〜ＣＳ３のいずれかを選択して出力する。外乱オブザーバ５９には、ｑ軸電流指令値Ｉ^＊ｑａと電機角速度ωｒｅを入力し、外乱推定値を生成する。そして、外乱オブザーバ５９で推定した外乱推定値と振動抑制制御用の外乱推定値を、目標モータ回転位置、実モータ回転位置、及びモータ回転速度に応じて切り換えるようになっている。

加算器５７から出力されるｑ軸電流指令値Ｉ^＊ｑａは、減算器６０に入力し、座標変換器６１から出力されるｑ軸電機子電流Ｉｑａとの偏差を求めて電流制御器６２に入力する。電流制御器６２では、入力された偏差に基づきｑ軸電圧指令値Ｖ’^＊ｑａを算出し、減算器６３で非干渉制御器６４から出力されるｑ軸電圧指令の制御値Ｖ’^＊ｑ０との偏差を求め、座標変換器６５に入力する。非干渉制御器６４は、ｄ軸とｑ軸との間の非干渉制御を行うもので、電機角速度ωｒｅが入力され、ｄ軸の電流をｄ軸の電圧だけで、またｑ軸の電流をｑ軸の電圧だけで制御するための上述したｑ軸電圧指令値の制御値Ｖ’^＊ｑ０とｄ軸電圧指令値の制御値Ｖ’^＊ｄ０を生成して出力する。
なお、電流制御器６２にて非干渉成分を吸収させる場合には、非干渉制御器６４は無くてもよい。

加算器６６には、ｄ軸電流指令値Ｉ^＊ｄａと振動抑制制御器５８から出力される制御値ＣＳ３を入力し、その加算結果を減算器６７に入力して、座標変換器６１から出力されるｄ軸電機子電流Ｉｄａとの偏差を求める。減算器６７の出力は、電流制御器６８に入力し、ｄ軸電圧指令値Ｖ’^＊ｄａを算出する。加減算器６９では、非干渉制御器６４から出力されるｄ軸電圧指令値の制御値Ｖ’^＊ｄ０との偏差を求め、且つ振動抑制制御器５８から出力される制御値ＣＳ２を加算して座標変換器６５に入力する。座標変換器６５には、速度・位置信号処理機５２から出力される電気角θｒｅが更に入力される。座標変換器６５は、回転座標系（ｄ−ｑ座標系）の電圧指令値を固定座標系（ＵＶＷ座標系）の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗへ変換し、ＰＷＭインバータ７０へ入力する。そして、ＰＷＭインバータ７０でモータ３をＰＷＭ制御するようになっている。

ＰＷＭインバータ７０のＵ相とＶ相の駆動ラインには、電流検出器７１，７２が設けられている。これらの検出器７１，７２で検出したＵ相電機子電流ＩｕａとＶ相電機子電流Ｉｖａを、それぞれＡ／Ｄコンバータ７３，７４に入力してデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ７３，７４の出力は、速度・位置信号処理機５２から出力される電気角θｒｅとともに座標変換器６１に入力し、固定座標系の電流を回転座標系の電流に変換して、ｄ軸電機子電流Ｉｄａとｑ軸電機子電流Ｉｑａを出力する。
一方、モータ３に設けたポジションセンサ４で検出したモータ（ロータ）の回転位置は、速度・位置処理機５２に入力する。そして、速度・位置処理機５２で電気角θｒｅと電機角速度ωｒｅを算出する。

外乱オブザーバ５９は、図２（ｂ）のブロック線図に示すように構成されている。ここで、ｓをラプラス演算子、Ｔをフィルタの時定数として、ｑ軸電流指令値Ｉ^＊ｑａを１／（Ｔｓ＋１）の伝達特性のフィルタ（ＬＰＦ）に入力し、その出力からトルク定数Ｋｔｍを求める。また、電機角速度ωｒｅに対して、Ｊｍをイナーシャ、Ｄｍを粘性抵抗としたとき、（Ｊｍｓ＋Ｄｍ）／（Ｔｓ＋１）の演算を行い、トルク定数Ｋｔｍとの偏差を求めて外乱オブザーバ出力（外乱推定値）を得る。
上記フィルタは、加速度情報に含まれる高周波外乱成分（ノイズ）を除去するものである。外乱オブザーバ５９による外乱推定値には加速度情報が必要であり、速度検出値を微分することで加速度情報が得られる。この加速度情報には高周波外乱成分が含まれているためフィルタで除去している。

次に、上述した動作を実現する具体的な動作について、図３乃至図１４により詳しく説明する。図３は、メインルーチンを示すフローチャートであり、概略動作は次の通りである。モータ負荷が非周期振動外乱要素を含む自動車用のモータ制御装置において、「｜目標値−実位置｜≦所定値１」で、且つ「｜モータ回転数｜≦所定値２」となったことをトリガとし、外乱オブザーバ５９で外乱推定値（外乱トルク推定値）を算出した後、外乱トルク推定値に基づき、振動抑制制御器５８により振動抑制制御を行う。そして、「｜目標値−実位置｜＞所定値１」となった場合には振動抑制制御を解除する。

すなわち、目標値である位置指令値θ^＊ｒｍを読み込み（ステップＳ１）、続いて現在位置（電気角θｒｅ）とモータ回転数（電機角速度ωｒｅ）を読み込む（ステップＳ２）。ステップ３では、「｜目標値−実位置｜≦所定値１」、「｜モータ回転数｜≦所定値２」となり、且つ外乱抑制制御解除フラグがクリアされているか否かを判定する。全ての条件を満たしていると判定されると、外乱オブザーバ５９から出力される外乱推定値を振動抑制制御器５８に読み込み（ステップＳ４）、外乱抑制制御フラグをセットして（ステップＳ５）、外乱の推定を行い、電流量を決定するための振動推定値を算出する（ステップＳ６）。そして、振動抑制制御器５８から制御値ＣＳ１〜ＣＳ３を出力して外乱抑制制御を行う（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ３で、条件が成立していないと判定されたとき、換言すれば、目標値と実位置が近い状態では、外乱抑制制御フラグがセットされているか否かを判定する（ステップＳ８）。外乱抑制制御フラグがセットされている場合には、外乱抑制制御解除フラグをセットし（ステップＳ９）、外乱抑制制御解除中制御を行う（ステップＳ１０）。
ステップＳ８で外乱抑制フラグがセットされていないと判定された場合には、通常制御を行い（ステップＳ１１）、外乱抑制制御フラグをクリアする（ステップＳ１２）。続いて、タイマをクリアし（ステップＳ１３）、外乱推定確定フラグをクリアする（ステップＳ１４）。

図４乃至図７はそれぞれ、外乱オブザーバ５９による外乱推定値の第１乃至第４の算出動作を示している。これらの外乱推定値の算出動作は、図３のステップＳ６における振動推定値の算出動作に先立つもので、外乱オブザーバ５９で算出した外乱推定値を振動抑制制御器５８に入力し、振動推定値を算出する。
図４に示す外乱推定値の第１の算出動作は、外乱推定値が最大値の場合であり、外乱抑制制御中は外乱推定値を変更せず、所定時間内に外乱オブザーバ５９で検出した外乱推定値（外乱トルク推定値）の絶対値の最大値を外乱推定値とする。確定された外乱推定値を更新する場合は、図３に示したメインルーチンで管理されている。

ステップＳ２０ではタイマをカウントアップし、タイマのカウント値が所定値３より小さいか否かを判定する（ステップＳ２１）。タイマのカウント値が所定値３より小さい場合には、外乱推定値と外乱オブザーバ出力の大小関係を比較し、「｜外乱推定値｜≦｜外乱オブザーバ出力｜」か否かを判定する（ステップＳ２２）。「｜外乱推定値｜≦｜外乱オブザーバ出力｜」の関係が成立しているときには、外乱推定値を外乱オブザーバ５９から振動抑制制御器５８に出力し（ステップＳ２３）、振動推定値を算出して図３のステップＳ６に戻る。

ステップＳ２１でタイマのカウント値が所定値３より大きいか等しいときには、外乱推定確定フラグをセットして（ステップＳ２４）、図３のステップＳ６に戻る。
また、ステップＳ２２で、「｜外乱推定値｜＞｜外乱オブザーバ出力｜」と判定されたときには、図３のステップＳ６に戻る。
このように、本第１の算出動作では、外乱抑制制御が入ったときに、タイマをカウントアップさせて、所定の時間内において外乱推定値が一番高くなる値を格納していく。外乱オブザーバ５９の出力は、従来と同様にフィルタをかけた出力であり、ある程度時間が経過したところで確定させ、タイマが動作中は高い値を更新していく。

図５に示す外乱推定値の第２の算出動作は、外乱推定値が上昇傾向の場合に、外乱推定値を変更するものである。外乱オブザーバ５９で検出した外乱推定値に加重平均（または移動平均、ＬＰＦ処理）を実施し、その値が上昇傾向から下降傾向、または下降傾向から上昇傾向に変わる変曲点で、外乱推定値を確定する。外乱推定値は、本処理中に外乱オブザーバで検出したトルク（生値）の絶対値の最大値とする。確定された推定値を更新する場合は、図３に示したメインルーチンで管理されている。

ステップＳ２５では、外乱推定確定フラグがクリアされているか否かを判定し、クリアされている場合には外乱オブザーバ出力にフィルタ処理を行う（ステップＳ２６）。クリアされていない場合には、外乱推定確定フラグをセットし（ステップＳ２７）、図３のステップＳ６に戻る。
次のステップＳ２８では、「｜フィルタ後外乱オブザーバ出力−１ＪＯＢ前のフィルタ後外乱オブザーバ出力｜＞所定値４」の関係を満たしているか否か、換言すれば外乱推定値が上昇傾向か否か判定し、満たしていると判定された場合には「｜外乱推定値｜≦｜外乱オブザーバ出力｜」の関係が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２９）。「｜外乱推定値｜≦｜外乱オブザーバ出力｜」の関係が成立しているときには、外乱推定値を外乱オブザーバ５９から振動抑制制御器５８に出力し（ステップＳ３０）、振動推定値を算出して図３のステップＳ６に戻る。成立していないときには、そのまま図３のステップＳ６に戻る。

ステップＳ２８で外乱推定値が上昇傾向でないと判定されたときには、外乱推定確定フラグをセットして（ステップＳ２７）、図３のステップＳ６に戻る。
本第２の算出動作は、外乱が上昇傾向にあるときに、その値を使うものである。遅めのフィルタを外乱オブザーバ出力にかけておき、外乱が上昇傾向か下降傾向かを見て、上昇傾向の場合には高い値に更新して行き、下降傾向になったところで確定させる。再び上昇傾向になると、制御から外れて再び外乱抑制制御に入ろうとしてカバーする。

図６に示す外乱推定値の第３の算出動作は、外乱推定値の最大値が一定期間更新されない場合に、外乱推定値を確定するものである。外乱オブザーバで検出した外乱推定値の絶対値が「最大値≦現在値」となる場合に、最大値を更新して配列に格納し、配列に格納した値が過去所定サンプル時間内に更新されなければ、配列に格納した値を外乱推定値とする。確定された推定値を更新する場合は、図３に示したメインルーチンで管理されている。

ステップＳ３１では、外乱推定確定フラグがセットされているか否かを判定し、セットされていると判定された場合には「｜外乱推定値｜≦｜外乱オブザーバ出力｜」の関係が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３２）。成立していると判定された場合には、外乱推定値を外乱オブザーバ出力の絶対値とし（ステップＳ３３）、この外乱推定値を外乱オブザーバ５９から振動抑制制御器５８に出力して振動推定値を算出する。
ステップＳ３４では、外乱推定値が１ＪＯＢ前の外乱推定値か否か判定し、外乱推定値が１ＪＯＢ前の外乱推定値である場合には、タイマをカウントアップし（ステップＳ３５）、外乱推定値が１ＪＯＢ前の外乱推定値でない場合には、タイマをクリアする（ステップＳ３６）。

一方、ステップＳ３１で外乱推定確定フラグがセットされていないと判定されたときには、外乱推定確定フラグをセットして（ステップＳ３７）、図３のステップＳ６に戻る。また、ステップＳ３２で「｜外乱推定値｜≦｜外乱オブザーバ出力｜」の関係が成立していない、すなわち「｜外乱推定値｜＞｜外乱オブザーバ出力｜」と判定された場合には、ステップＳ３４の判定動作に移行する。
次のステップＳ３８では、タイマのカウント値が所定値３より小さいか否かを判定し、小さい場合には図３のステップＳ６に戻り、大きいか等しい場合には、ステップＳ３７で外乱推定確定フラグをセットしてから図３のステップＳ６に戻る。

本第３の算出動作では、高い外乱推定値を更新するのは上記第２の算出動作と同様であるが、高い外乱推定値が更新された後、配列に格納しておき、所定時間以内に高い外乱推定値が更新されなければその値を保持する。また、高い外乱推定値が更新されたときにタイマをセットし、一定時間更新されなければ確定させるようにしている。

図７（ａ）に示す外乱推定値の第４の算出動作は、外乱推定値を、マップ（ＭＡＰ）を使って算出するものである。予め外乱特性を取得可能な場合には、取得した外乱特性をマッピングしておき外乱推定値とする。特に、エンジン負荷とモータ負荷との関係が強いシステムでは、エンジン回転・トルクから外乱推定値を算出する。
図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、ＥＣＭ６に記憶されているマップの例を示している。図７（ｂ）は実圧縮比と外乱推定値との関係を示し、図７（ｃ）はエンジン（Ｅｎｇ）トルク脈動と外乱推定補正値との関係を示している。

ステップＳ３９では、エンジントルク及び実圧縮比を読み込み、外乱推定値をマップから算出し（ステップＳ４０）、外乱オブザーバ５９から振動抑制制御器５８に、この外乱推定値を出力し、振動推定値を算出して図３のステップＳ６に戻る。図７（ｂ）に実線で示すように、外乱推定値は、低圧縮比側で急激に高くなり、高圧縮比側で徐々に低下する関係になっている。また、エンジントルクの脈動が小さいときは、外乱推定補正値も小さく、脈動の増大に伴って外乱推定補正値も大きくなり、脈動が更に大きくなると外乱推定補正値は徐々に上昇率が小さくなる。このような２つのマップに基づき外乱推定値を算出する。
本第４の算出動作は、ハードウェアの特性を考慮しており、予め外乱特性が分かっているシステムに好適なものである。例えば図１に示した圧縮比変更機構２においては、基準線になるような実圧縮比に対してモータ３の負荷が変化することが分かっているので、基準線に対して脈動成分と脈動の大きさに応じて供給する電流を決める。

図８乃至図１０はそれぞれ、図３のステップＳ７における外乱抑制制御の第１乃至第３の例を示している。
図８に示す第１の外乱抑制制御の動作は、外乱オブザーバ５９の出力を切り換える方法であり、上述した外乱推定値の第１乃至第４の算出動作で算出した外乱推定値を外乱オブザーバ出力に置き換え、トルク定数で割った値をｑ軸電流指令値に加算する。

ステップＳ４１では、外乱推定確定フラグがセットされているか否かを判定し、セットされている場合にはｑ軸電流補正値を「外乱推定値／トルク定数」にして（ステップＳ４２）、図３のステップＳ７に戻る。クリアされていない場合には、ｑ軸電流補正値を「外乱オブザーバ出力／トルク定数」にして（ステップＳ４３）、図３のステップＳ７に戻る。

図９（ａ）に示す第２の外乱抑制制御は、ｑ軸電流（トルク）指令値は変更せず、界磁成分電流を強め界磁側に振るために、ｄ軸電流指令値を補正（加算）するものである。界磁成分電流を増やし、保持トルクを強めるため、上述した第１乃至第４の外乱推定動作で算出した外乱推定値から算出したｄ軸電流補正値を指令値に加算する。
ステップＳ４４では、外乱推定確定フラグがセットされているか否かを判定し、セットされている場合にはｄ軸電流補正値をマップに記憶されている外乱推定値にして（ステップＳ４５）、図３のステップＳ７に戻る。セットされていない場合には、ｄ軸電流補正値をゼロにして（ステップＳ４６）、図３のステップＳ７に戻る。
外乱推定値とｄ軸電流指令補正値との関係は、図９（ｂ）の実線で示すような特性となる。

図１０（ａ）に示す第３の外乱抑制制御は、ｑ軸電流（トルク）指令値は変更せず、界磁成分電流を強め界磁側に振るために、ｄ軸電圧指令値を補正（加算）するものである。界磁成分電流を増やし、保持トルクを強めるため、上述した第１乃至第４の外乱推定動作で算出した外乱推定値から算出したｄ軸電圧補正値を指令値に加算する。
ステップＳ４７では、外乱推定確定フラグがセットされているか否かを判定し、セットされている場合にはｄ軸電圧補正値をマップに記憶されている外乱推定値にして（ステップＳ４８）、図３のステップＳ７に戻る。セットされていない場合には、ｄ軸電圧補正値をゼロにして（ステップＳ４９）、図３のステップＳ７に戻る。
外乱推定値とｄ軸電圧指令補正値との関係は、第２の外乱抑制制御と同様であり、図１０（ｂ）の実線で示すような特性となる。

図１１乃至図１４はそれぞれ、図３のステップＳ１０における外乱抑制制御解除中制御の第１乃至第４の例を示している。
図１１に示す第１の外乱抑制制御解除中制御は、「｜目標値−実位置｜＞所定値１」となって制御を解除する時に、ｄ軸電圧指令値を即座に通常指令に戻すものである。通常制御（ステップＳ５０）を行った後、外乱抑制制御フラグをクリアし（ステップＳ５１）、図３のステップＳ１０に戻る。

図１２に示す第２の外乱抑制制御解除中制御は、前述した第１の外乱抑制制御動作（図８参照）を行った場合に適用されるものである。「｜目標値−実位置｜＞所定値１」となって解除する時に、負荷が大きい場合に、ｄ軸電圧指令値を徐々に戻す（フィルタまたは変化量制限）ようにしている。
まず、「アクセル開度＞所定値５」、且つ「アクセル開度変化速度＞所定値６」の条件を満たすか否か判定し（ステップＳ５２）、満たす場合には通常制御（ステップＳ５３）を行った後、外乱抑制制御フラグをクリアして（ステップＳ５４）、図３のステップＳ１０に戻る。
ステップＳ５２の条件を満たしていないと判定された場合には、「実圧縮比＞所定値７」、且つ「目標圧縮比＞所定値８」の条件を満たすか否か判定し（ステップＳ５５）、満たす場合には通常制御（ステップＳ５６）を行った後、外乱抑制制御フラグをクリアして（ステップＳ５７）、図３のステップＳ１０に戻る。

ステップＳ５５で条件を満たしていないと判定された場合には、加速中か否か判定し（ステップＳ５８）、加速中であれば通常指令時のｑ軸電流指令値にフィルタ処理または変化量制限を行う（ステップＳ５９）。加速中でなければ、通常制御（ステップＳ６０）を行った後、外乱抑制制御フラグをクリアして（ステップＳ６１）、図３のステップＳ１０に戻る。
ステップＳ６２では、「目標ｑ軸電流−実ｑ軸電流＜所定値９」を判定し、満たす場合には外乱抑制制御フラグをクリア（ステップＳ６３）してから、満たさない場合にはそのまま図３のステップＳ１０に戻る。

図１３に示す第３の外乱抑制制御解除中制御は、前述した第２の外乱抑制制御動作（図９参照）を行った場合に適用されるものである。「｜目標値−実位置｜＞所定値１」となって解除する時に、ｄ軸電圧指令値（目標の変化幅が大きい場合）を一度マイナス（−）側に振って界磁成分電流を弱めてモータ３を動きやすくする。また、モータ３が加速し始めてから通常指令値に戻す。

本第３の制御は、前述した第２の外乱抑制制御解除中制御におけるステップＳ６２の条件が異なっており、ステップＳ６４では「目標ｄ軸電流−実ｄ軸電流＜所定値１０」を判定している。
他の制御は、図１２に示した第２の外乱抑制制御解除中制御と同様であるので、同一部分に同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１４に示す第４の外乱抑制制御解除中制御は、前述した第３の外乱抑制制御動作（図１０参照）を行った場合に適用されるものである。本第４の制御は、前述した第２、第３の外乱抑制制御解除中制御におけるステップＳ６２，Ｓ６４の判定条件が異なっており、ステップＳ６５では「目標ｄ軸電圧−所定時間前の目標ｄ軸電圧指令値＜所定値１１」を判定する。
他の制御は、図１２に示した第２の外乱抑制制御解除中制御と同様であるので、同一部分に同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１５（ａ），（ｂ）はそれぞれ、振動制御用外乱補正値の設定について説明するためのもので、図１５（ａ）は保持トルク要求とモータ負荷特性を示し、図１５（ｂ）はエンジン回転数とエンジントルクとの関係（熱効率）を表している。図１５（ａ）の実線は保持トルク要求、破線はモータ負荷特性をそれぞれ示す。図１５（ｂ）は、いわゆる「燃費の目玉」と呼ばれるエンジン効率の良いトルク及び回転数を示しており、高圧縮比領域（１）を下にし、低圧縮比領域（２）を上にしている。つまり、エンジントルクが高いような高負荷の時はノッキング等の問題があるので、低圧縮比側に振るようにしている。これに対し、部分負荷、限定的な負荷がかかっている場合には、燃費及び出力を上げるために高圧縮比側にする。そのときのモータ負荷特性が図１５（ａ）に示したような波形で表されている。
このような外乱特性が予め取得可能な場合には、モータ負荷に一律に所定値を加えたものを外乱推定値とする。モータ負荷特性は、図１５（ａ）に示したように、エンジントルクと圧縮比（モータ位置）に相関があるため、マップにしておき、このマップから算出する。

次に、上述した図１２乃至図１４のフローチャートにおける振動抑制制御の解除時の動作について図１６により詳しく説明する。図１６（ａ），（ｂ）はそれぞれ、自動車の運転シーンを考慮したもので、図１５（ａ），（ｂ）に対応し、モータ負荷特性を運転シーンに応じて示している。
自動車の運転シーンでは、次の３つのパターンが考えられる。第１は加速シーンであり、徐々にエンジントルクが上がっていく。このシーンでは、振動を抑制していたものが通常指令に戻るときに、モータの負荷が小さく且つ移動も滑らかに動く方が良いので、弱め界磁側に振るか通常指令と同様の動きをさせる。

第２は、減速シーンである。このシーンでは低圧縮比から高圧縮比にして燃費向上を狙う。この場合には、機械効率が下がってヒステリシス出力になる。戻る側では負荷の方向としてはアシストされる側になる。よって、早めに動いた方が良いので通常指令に戻る。
第３は、モータの負荷が急激に立ち上がる場合である。この場合には、なるべくモータの電流が少なくなるようにして早く動け、モータがトルクを持った状態にするのが望ましい。運転要求が急激な場合には電流を使って早く動く方が良い。応答性が求められないシーンでは、振動の抑制状態から徐々に戻すことによって、トルクの脈動による影響が極小さくところで動くようにさせる。

図１５（ａ）に矢印Ａａで示す、高圧縮比領域（１）から低圧縮比領域（２）への加速シーンでは、最初はエンジン負荷があまり変わらない状態から変曲点（３）で矢印Ａｂのように急激に上昇する。そこで、高圧縮比領域（１）から変曲点（３）までは弱め界磁側で速く動かし、変曲点（３）から低圧縮比領域（２）への高負荷状態ではトルク重視の動きに変更する。図１２乃至図１４におけるステップＳ５２が、高圧縮比領域（１）から低圧縮比領域（２）への加速シーンか否かを判定している。このように、エンジン負荷が小さい領域ではモータにかかる負荷も小さくなるので速く動かす。

また、図１２乃至図１４におけるステップＳ５５が変曲点（３）か否かを判定する動作に対応しており、急激に加速する場合には、通常指令時のｑ軸電流指令にゆっくりと近づけるために、操作量にフィルタ処理を加えるか変化量制限を加え（ステップＳ５９）、ある程度近づいたところで元に戻す（ステップＳ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５）。そして、元に戻しつつ、モータの回転位置を保持するのであれば、外乱抑制制御に再び入る。

上記加速シーンでは、モータ側にアシストトルクがかかる。また、動力性能を確保するため、モータ位置の変化速度は速いことが望ましい。しかし、従来は、振動抑制制御中はｄ軸電流をプラス（＋）側に流して強め界磁とすることで保持トルクを増やしていた。そのため、誘起電圧定数が高い値となり、応答性（回転速度）を低下させていた。そこで、本発明では、モータ速度の応答性を上昇するためにｄ軸電流をマイナス（−）側に流し、弱め界磁を行うため、高圧縮比領域（１）から変曲点（３）までの区間のモータ負荷トルクが低い部分では、振動抑制制御解除時に弱め界磁側に電流（電圧）指令を振るようにしている。

矢印Ａｂに示した、変曲点（３）から低圧縮比領域（２）への加速シーン、換言すれば高車速からの加速要求があったときには、モータ負荷が急激に高くなる。このシーンにおいては、振動抑制制御が解除され、加速されるシーンにおいては弱め界磁を行うとトルク定数が低下し、電流が増加してしまう。そのため、モータ負荷が高負荷になるシーンで振動抑制制御を解除する場合には、ｄ軸電流（または電圧）を徐々に通常制御に近づける（応答性が求められないシーン）か、いきなり通常制御に近づける（応答性が求められるシーン）ことで高車速からの加速要求に応えることができる。

一方、矢印Ａｃに示す、低圧縮比領域（２）から高圧縮比領域（１）への移行（減速シーン）では、モータが高圧縮比側に戻ろうとするときアシストトルクを受ける。また、燃費向上を目的とした場合、なるべく速い速度で高圧縮比側へ移行する必要があるため、振動抑制制御解除時に弱め界磁側に電流（または電圧）指令を振る。
上記のように、自動車の運転シーンを考慮して振動制御解除時の動作を制御することで、運転シーンに応じたエンジン制御を行いながら、過剰な外乱補正を避けてハンチングを抑制できる。

エンジンの圧縮比を変更するモータにおいては、目標値近傍で制御ハンチングが発生した場合、エンジントルクの脈動量が増大し、運転性／快適性が悪化する。また、脈動量を抑えるために、フライホイールを重くしたり、ダンパーの減衰率を増やしたりすると、車両加速時のレスポンスが悪化する。
しかし、本発明では、脈動に追従しないように所定の条件で指令値を止めるので、車両加速時のレスポンスの悪化を招くことなく目標値近傍で制御ハンチングに起因する振動を抑制できる。

なお、上記実施形態では、車両への適用例として、自動車のエンジンにおける圧縮比変更機構の位置制御用モータの制御を例に取って説明したが、他の機構の制御にも同様にして適用可能なのはもちろんである。例えば、変速機の変速比を無段階に変更するモータにおいても、目標値近傍で制御ハンチングが発生した場合、変速比が変動するという事象に直結するため、運転性／快適性が悪化する。この場合、変速機構とデフの間にフライホイール、あるいはダンパーを設置することで解消できるが、コストアップやレイアウト性の悪化を招く。これに対し、本発明を適用することにより、制御のみで振動を抑制できる。

また、モータ負荷が非周期振動、及び振幅変動が大きい周期外乱、高周波外乱（外乱オブザーバより高帯域）等の外乱要素を含むモータ位置の制御装置として、自動車等の車両用を例に取って説明したが、車両に限らず様々な用途のモータ制御装置に適用可能なのはもちろんである。

１…エンジン（内燃機関）、２…圧縮比変更機構、３…電動モータ（モータ）、４…ポジションセンサ、５…ドライバ、６…ＥＣＭ、５２…速度・位置信号処理機、５８…振動抑制制御器、５９…外乱オブザーバ

Claims (4)

1. 車両に搭載される機構の位置制御に用いられるモータの制御装置であって、
   モータの回転位置が目標位置付近で、且つモータの回転速度が所定値より低下した場合に、外乱の推定を行った後、振動抑制制御を行う、ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記外乱の推定は、外乱オブザーバで検出した前記モータのトルクに基づき外乱推定値を算出するものである、ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記振動抑制制御は、前記外乱推定値を前記外乱オブザーバの出力に置き換え、トルク定数で割ってｑ軸電流指令に加算する、あるいは前記外乱推定値から算出したｄ軸電圧補正値またはｄ軸電流補正値を指令に加算するものである、ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記振動抑制制御は、前記モータの回転位置が目標位置に対して所定値以上離れたときに解除する、ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１つの項に記載のモータ制御装置。