JP2016063559A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３相変調や２相変調を行う場合でも電圧飽和による異音や振動を適切に抑制するモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１０１の電圧飽和量演算部４１は、飽和ガード部３７による補正後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ**及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ*から電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔを演算する。電流制限ゲイン演算部４２１、４２２は、電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔに基づいて電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ、ＫＩｄ＿ｌｉｍを演算し、続いて電流ガード値演算部４７１、４７２は、電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄを演算する。電流指令値制限部３２１、３２２は、この電流ガード値を用いて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*及びｄ軸電流指令値Ｉｄ*を制限する。これにより、ＰＷＭのデューティ値から電圧飽和量を求める従来技術に比べ、３相変調や２相変調を行う場合でも電圧飽和量を正しく演算することができ、異音や振動を適切に抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、モータの駆動を制御するモータ制御装置に関する。

従来、ブラシレスモータの電流フィードバック制御において、電圧が飽和しないように電流指令制限値を補正することで、モータの異音や振動を抑制する技術が知られている。
例えば特許文献１に記載のモータ制御装置では、ＰＷＭのデューティ値から電圧飽和度を算出し、その電圧飽和度に基づいて、デューティが１００％になるような電流指令制限値を演算することで、電流指令値を抑制し、電圧の飽和を防止している。

特開２００８−７９３８７号公報

特許文献１の装置では、モータ端子電圧とＰＷＭのデューティ値との間に比例関係があることを前提として、電圧飽和度をデューティ値から求めている。しかし、インバータへ出力するＰＷＭ信号の生成において３相変調や２相変調を行う場合には、デューティ値が実際のモータ端子電圧と比例関係にならないため、特許文献１の装置を用いて電流制限を行うことができない。

本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、３相変調や２相変調を行う場合でも電圧飽和による異音や振動を適切に抑制するモータ制御装置を提供することにある。

本発明は、ベクトル制御によって多相ブラシレスモータの通電を制御するモータ制御装置に係る発明である。このモータ制御装置は、電流指令値生成部、制御器、飽和ガード部及び電流指令値制限部を備える。
電流指令値生成部は、ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を生成する。
制御器は、ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値に対するフィードバック制御により、ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を演算する。
飽和ガード部は、ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値の電圧ベクトルの大きさが所定の電圧ガード値以下となるようにｑ軸電圧指令値又はｄ軸電圧指令値の少なくとも一方を補正する。

電流指令値制限部は、飽和ガード部による補正後のｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値の電圧ベクトルの大きさである「電圧飽和量」に基づいて演算された「電流制限ゲイン」又は「電流ガード値」を用いて、ｑ軸電流指令値又はｄ軸電流指令値の少なくとも一方を制限することを特徴とする。
本発明の第１の構成では、電流指令値制限部は、電流制限ゲインを定格電流に乗じて算出された電流ガード値、及び電流ガード値の正負を反転した値を、正領域での最大値及び負領域での最小値として、ｑ軸電流指令値又はｄ軸電流指令値の少なくとも一方を制限する。また、本発明の第２の構成では、電流指令値制限部は乗算器によって構成され、電流制限ゲインを乗算することにより、ｑ軸電流指令値又はｄ軸電流指令値の少なくとも一方を制限する。

本発明のモータ制御装置は、ＰＷＭ変換よりも前の段階で、飽和ガード部による補正後のｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値から電圧飽和量を演算するため、ＰＷＭのデューティ値から電圧飽和量を求める特許文献１の従来技術に比べ、３相変調や２相変調を行う場合でも電圧飽和量を正しく演算することができる。そして、その電圧飽和量に基づいて演算された電流制限ゲイン又は電流ガード値を用いて、ｑ軸電流指令値又はｄ軸電流指令値を適正に制限することで、異音や振動を適切に抑制することができる。

また、電流指令値を制限するための演算において、機器定数等のパラメータから求めた値を用いないため、適用されるモータやインバータの機種毎にパラメータを細かく設定する必要がない。したがって、設計工数を低減することができる。

また、本発明のモータ制御装置は、電流制限ゲイン又は電流ガード値の所定範囲の周波数成分を除去するフィルタを備えることが好ましい。代表的には、一次遅れフィルタ等のローパスフィルタを用いることができる。これにより、電流制限ゲイン又は電流ガード値の急変に伴って電流指令値が急変することを防止し、制御を安定させることができる。

さらに、電流制限ゲインは、電圧飽和量と、電圧飽和量の目標値である目標電圧飽和量との比率に基づいて演算された「電流制限ゲインの仮値」に対し最大値及び最小値が制限されることによって決定されることが好ましい。これにより、電流制限ゲインが不適切な値となることをより確実に防止することができる。

本発明の実施形態によるモータ制御装置が適用されるモータ駆動システムの概略構成図。 本発明の第１実施形態によるモータ制御装置の制御ブロック図。 電流指令値の制限を説明するマップ。 電圧指令値の電圧ベクトル図。 図２の電流制限ゲイン演算部の詳細ブロック図。 本発明の第１実施形態による電流指令値制限処理のフローチャート。 本発明の第２実施形態によるモータ制御装置の制御ブロック図。 本発明の第２実施形態による電流指令値制限処理のフローチャート。 本発明の他の実施形態による電流制限ゲイン演算処理のフローチャート。 比較例のモータ制御装置の制御ブロック図。

以下、本発明のモータ制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態のモータ制御装置１０は、インバータ６０のスイッチング動作を操作することで多相ブラシレスモータ（以下、「モータ」という。）８０の通電を制御する。本実施形態のモータ８０は、３相の巻線組８１、８２、８３を有する３相ブラシレスモータであり、例えば車両の電動パワーステアリング装置において、運転者の操舵を補助する操舵アシストモータとして使用される。回転角センサ８５で検出されたモータ８０のロータ回転角は、電気角θに換算され、モータ制御装置１０に入力される。

インバータ６０は、６つのスイッチング素子６１〜６６がブリッジ接続され、バッテリ１５の直流電力をＰＷＭ制御によって３相交流電力に変換し、モータ８０へ供給する。本実施形態では、スイッチング素子６１〜６６としてＭＯＳＦＥＴ、すなわち金属酸化物半導体電界効果トランジスタが用いられる。なお、他の実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ以外の電界効果トランジスタやＩＧＢＴ等を用いてもよい。
インバータ６０は、電源ラインＬｐを経由してバッテリ１５の正極側に接続され、グランドラインＬｇを経由してバッテリ１５の負極側に接続される。インバータ６０の入力側には、入力電圧の脈動を平滑化するコンデンサ６７が設けられている。

モータ制御装置１０は、図示しないマイコンや駆動回路（プリドライバ）等から構成される。モータ制御装置１０は、外部から入力されるトルク信号等、並びに、モータ８０の電流及び電気角のフィードバック信号に基づいて制御器で電圧指令値を演算し、この電圧指令値をＰＷＭ信号に変換してインバータ６０の各スイッチング素子６１〜６６のゲートに出力する。

ところで、制御器で演算された電圧指令値の電圧ベクトルの大きさが許容最大値を超えると「電圧飽和」が生じる。電圧飽和が生じると制御器での制御ができなくなり、モータ８０の異音や振動の原因の一つとなる。
そこで、本発明の実施形態のモータ制御装置１０は、電圧飽和が生じないように電流指令値を制限する制御を行うことで、異音や振動を抑制することを目的とする。以下、第１実施形態のモータ制御装置の符号を「１０１」、第２実施形態のモータ制御装置の符号を「１０２」とし、電流指令値を制限する具体的な構成について実施形態毎に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態のモータ制御装置について、図２〜図６を参照して説明する。
まず、モータ制御装置１０１の制御ブロックを図２に示す。モータ制御装置１０１は、固定座標系（３相）と回転座標系（２相）とを座標変換する周知のベクトル制御を用いてモータ８０に印加する電圧指令値を演算する。以下、本明細書では、回転座標系のｄｑ軸電流及びｄｑ軸電圧について記載するとき、原則として、トルク成分であるｑ軸電流及びｑ軸電圧を先に、励磁成分であるｄ軸電流及びｄ軸電圧を後に記載する。また、対応する制御ブロックの符号について、ｑ軸電流に関する制御ブロックの符号の末尾に「１」を、ｄ軸電流に関する制御ブロックの符号の末尾に「２」を付して区別する。
さらに、ｑ軸電流に関する制御ブロックとｄ軸電流に関する制御ブロックとの構成及び作用はほぼ対応するため、重複する説明を適宜省略する。

ｑ軸電流指令値生成部３１１及びｄ軸電流指令値生成部３１２は、図示しないトルクセンサからのトルク信号等に基づき、それぞれ、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*及びｄ軸電流指令値Ｉｄ^*を生成する。なお、ｑ軸電流Ｉｑの正負は、モータ８０の回転方向、すなわち電動パワーステアリング装置の場合には操舵方向によって、例えば右方向へ操舵するときは正、左方向へ操舵するときは負というように定義される。

ｑ軸電流指令値制限部３２１及びｄ軸電流指令値制限部３２２は、後述する通り、ＬＰＦ４８１、４８２から入力される電流ガード値のフィルタ後の値（以下、「フィルタ値」という。）Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆを用いて、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*及びｄ軸電流指令値Ｉｄ^*を制限し、ｑ軸電流指令制限値Ｉｑ^*＿ｌｉｍ及びｄ軸電流指令制限値Ｉｄ^*＿ｌｉｍを出力する。
詳しくは、ｑ軸電流指令値について例示した図３のマップに示すように、電流ガード値のフィルタ値は、それ自体の値（正の電流ガード値）Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆが「正領域での最大値」を制限し、正負を反転した値（負の電流ガード値）−Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆが「負領域での最小値」を制限する。

つまり、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*が正の電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆを超える領域では、正の電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆをｑ軸電流指令制限値Ｉｑ^*＿ｌｉｍとし、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*が負の電流ガード値−Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ未満の領域では、負の電流ガード値−Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆをｑ軸電流指令制限値Ｉｑ^*＿ｌｉｍとする。一方、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*が正負の電流ガード値以内の領域では制限せず、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*をそのままｑ軸電流指令制限値Ｉｑ^*＿ｌｉｍとする。
ここで、従来技術に対する本実施形態の特徴は、「電流ガード値を何の情報に基づいて求めるか」という点にあり、それについては後述する。

３相２相変換部３４、電流減算器３５１、３５２、制御器３６１、３６２は、周知の電流フィードバック制御に係る構成である。
３相２相変換部３４は、インバータ６０（図２中「ＩＮＶ」と記す。）内、或いはインバータ６０からモータ８０への電流経路に設けられた図示しない電流センサから３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを取得する。なお、３相のうち２相の電流を検出し、他の１相の電流をキルヒホッフの法則により算出してもよい。また、３相２相変換部３４は、回転角センサ８５からモータ８０の電気角θを取得し、電気角θに基づいて、３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｑ軸電流Ｉｑ及びｄ軸電流Ｉｄに３相２相変換する。

電流減算器３５１、３５２は、それぞれ、３相２相変換部３４からフィードバックされるｑ軸電流Ｉｑ、及びｄ軸電流Ｉｄをｑ軸電流指令制限値Ｉｑ^*＿ｌｉｍ及びｄ軸電流指令制限値Ｉｄ^*＿ｌｉｍから減算してｑ軸電流偏差ΔＩｑ及びｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。
制御器３６１、３６２は、それぞれ、ｑ軸電流偏差ΔＩｑ及びｄ軸電流偏差ΔＩｄがゼロに収束するように、代表的にはＰＩ（比例積分）制御演算によって、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*を算出する。なお、他の実施形態では、さらにＤ（微分）制御演算を行ってもよい。

飽和ガード部３７は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*の電圧ベクトルの大きさ（＝√（Ｖｑ^*2＋Ｖｄ^*2））が例えば電源電圧を基準として設定される所定の電圧ガード値を超えるとき、電圧ベクトルの大きさが当該電圧ガード値以下となるように、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*の少なくとも一方を、絶対値を小さくする方向に補正する。

本実施形態では、トルク成分であるｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*のみを補正し、励磁成分であるｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*はそのまま出力する。以下、飽和ガード部３７による補正後のｑ軸電圧指令値を記号「Ｖｑ^**」で示す。また、「飽和ガード部３７による補正後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**」を省略し、「飽和ガード後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**」ともいう。
飽和ガード後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*は、ｄｑ軸電圧座標にて図４のように示される。

２相３相変換部３８は、電気角θに基づき、飽和ガード後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*を３相電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に２相３相変換してインバータ６０に出力する。
ＰＷＭ変換部３９は、３相電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*を換算したデューティ信号をキャリアと比較して、ＰＷＭ信号ＰＷＭ＿Ｕ、ＰＷＭ＿Ｖ、ＰＷＭ＿Ｗに変換する。
このとき、例えば電圧利用率を向上させるため、３相変調や２相変調により、１相以上のデューティ値を増加又は減少させる制御を行う場合がある。３相変調及び２相変調は、例えば、特許第２５７７７３８号公報、特開２０１２−１２５０２２号公報等に開示された周知の技術であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

ＰＷＭ信号に基づいてインバータ６０のスイッチング素子６１〜６６のオンオフが操作され、所望の３相交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが生成される。この３相交流電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗがモータ８０に印加されることにより、要求トルクを出力するようにモータ８０の駆動が制御される。

続いて、第１実施形態の特徴構成である電圧飽和量演算部４１、電流制限ゲイン演算部４２１、４２２、電流ガード値演算部４７１、４７２、及び、ＬＰＦ４８１、４８２について説明する。ここでは各ブロックの機能の概要を説明し、演算内容等の詳細については後でフローチャート（図６）に沿って説明する。
電圧飽和量演算部４１は、飽和ガード後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*の電圧ベクトルの大きさである電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔを演算する。

電流制限ゲイン演算部４２１、４２２は、それぞれ、電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔに基づいてｑ軸電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ及びｄ軸電流制限ゲインＫＩｄ＿ｌｉｍを演算する。
図５を参照し、ｑ軸電流制限ゲイン演算部４２１の詳細構成について説明する。なお、ｄ軸電流制限ゲイン演算部４２２についても同様である。図５の説明では、後述のフローチャート（図６）との整合により、一連の演算処理について、今回の処理における演算値（今回値）には（ｎ）を付し、前回の処理における演算値（前回値）には（ｎ−１）を付して表す。一方、構成の概要説明を主眼とする図２では、（ｎ）の記載を省略している。

比率演算器４３は、電圧飽和量演算部４１から電圧飽和量の今回値Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）を取得し、予め記憶している目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔを電圧飽和量の今回値Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）で除した比率ｒｖ（ｎ）を算出する。
ここで図４に示すように、電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）が目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔよりも大きくなる場合、比率ｒｖ（ｎ）は１未満となる。一方、電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）が目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔよりも小さい場合には、比率ｒｖ（ｎ）は１より大きくなる。

乗算器４４では、遅延素子４６から入力されたｑ軸電流制限ゲインの前回値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ−１）に比率ｒｖ（ｎ）を乗じ、ｑ軸電流制限ゲインの今回の「仮値」ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘを算出する。すなわち、前回値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ−１）を基準とし、電圧飽和量の今回値Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）を目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔに一致させる方向に修正した値を、電流制限ゲインの今回の仮値とする。

ゲイン決定部４５は、ｑ軸電流制限ゲイン仮値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘに対し、最大値をＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘに制限し、最小値をＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍｉｎに制限してｑ軸電流制限ゲイン決定値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）を出力する。例えば、ｑ軸電流制限ゲイン最大値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘは１より少し小さい値に設定され、ｑ軸電流制限ゲイン最小値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍｉｎは０より少し大きい値に設定される。

図２に戻り、電流ガード値演算部４７１、４７２は、それぞれ、ｑ軸電流及びｄ軸電流の定格電流に電流制限ゲイン決定値ＫＩｑ＿ｌｉｍ、ＫＩｄ＿ｌｉｍをそれぞれ乗じて、ｑ軸電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ及びｄ軸電流ガード値Ｉｄ＿ｇｕａｒｄを演算する。
ローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」と記す。）４８１、４８２は代表的には一次遅れフィルタであり、それぞれ、ｑ軸電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ及びｄ軸電流ガード値Ｉｄ＿ｇｕａｒｄの所定範囲の周波数成分、具体的には所定周波数以上の高周波成分を除去する。これにより、ノイズを除去したり、入力の急変に対する出力変動を抑制したりする。
本実施形態では、主に電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*に対する電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄの急変を抑制し、制御の安定を図ることを目的とする。なお、フィルタによる位相遅れに関しては、制御応答性に影響を及ぼさない程度に定数を設定する。

ｑ軸電流ガード値のフィルタ値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ及びｄ軸電流ガード値のフィルタ値Ｉｄ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆは、それぞれ、電流指令値制限部３２１、３２２に入力される。
以上のように、第１実施形態は、「飽和ガード後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*の電圧ベクトルの大きさである電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ」に基づいて演算された「電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄ」を用いて、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*を制限する点が特徴である。

次に、モータ制御装置１０１が実行する電流指令値制限処理について、図６のフローチャートを参照して説明する。フローチャートの説明で記号「Ｓ」はステップを意味する。ここで、Ｓ３、及び、末尾に「Ａ」を付したＳ４Ａ、Ｓ５Ａは、後述の第２実施形態とは異なる第１実施形態に特有のステップである。
この処理ルーチンは、例えば制御器３６の制御周期と同期して繰り返し実行される。今回の処理をｎ回目とし、今回の処理における演算値（今回値）には（ｎ）を付し、前回の処理における演算値（前回値）には（ｎ−１）を付して表す。

Ｓ１では、電圧飽和量演算部４１にて、飽和ガード後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**、及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*に基づいて、電圧飽和量の今回値Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）を演算する。具体的には、式（１．１）を用いて二乗和平方根を算出してもよい。また、位相角θｖ（図４参照）が既知の場合は、式（１．２）を用いて算出してもよい。

Ｓ２−１及びＳ２−２について、図５を参照しつつ、記号や数式についてはｑ軸電流及びｄ軸電流を含めて説明する。
Ｓ２−１では、電流制限ゲイン演算部４２１の比率演算器４３にて電圧飽和量の今回値Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）と目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔとの比率ｒｖ（ｎ）（＝Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔ／Ｖ＿ｓａｔ（ｎ））を算出し、さらに乗算器４４にて比率ｒｖ（ｎ）を電流制限ゲインの前回値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ−１）、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ−１）に乗じて、電流制限ゲインの仮値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘ、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘを演算する。この演算は、式（２）で表される。

Ｓ２−２では、ゲイン決定部４５にて、電流制限ゲインの仮値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘ、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘに対して、最大値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘ、ＫＩｄ＿ｌｉｍ＿ｍａｘ及び最小値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍｉｎ、ＫＩｄ＿ｌｉｍ＿ｍｉｎを制限し、電流制限ゲインの決定値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ）を出力する。この演算は、式（３）で表される。式（３）の右辺の「ＧＵＡＲＤ（ｘ，ｙ，ｚ）」は、ｘ、ｙ、ｚを引数とする関数を意味する。

Ｓ３では、電流ガード値演算部４７１、４７２にて、ｑ軸電流及びｄ軸電流の定格電流Ｉｑ＿ｒａｔ、Ｉｄ＿ｒａｔに電流制限ゲインの決定値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ）をそれぞれ乗じて、ｑ軸電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ（ｎ）及びｄ軸電流ガード値Ｉｄ＿ｇｕａｒｄ（ｎ）を演算する。この演算は、式（４）で表される。

Ｓ４Ａでは、ＬＰＦ４８１、４８２にて一次遅れ等のフィルタ処理を行い、式（５）によりｑ軸電流ガード値のフィルタ値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ（ｎ）及びｄ軸電流ガード値のフィルタ値Ｉｄ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ（ｎ）を算出する。式（５）の右辺の「ＬＰＦ（ｘ）」は、入力ｘに対してフィルタ処理した出力を意味する。

Ｓ５Ａでは、電流指令値制限部３２１、３２２にて、式（６）により、正の電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ（ｎ）、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ（ｎ）を最大値、負の電流ガード値−Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ（ｎ）、−Ｉｄ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ（ｎ）を最小値として、電流指令値Ｉｑ^*（ｎ）、Ｉｄ^*（ｎ）を制限する。

（対比）
本実施形態のモータ制御装置１０１の効果を、特許文献１（特開２００８−７９３８７号公報）に開示された従来技術と対比しつつ説明する。
図１０に示す比較例のモータ制御装置１０９は、特許文献１の従来技術の構成を本実施形態のモータ制御装置１０１の制御ブロックに倣って記載したものである。本実施形態と実質的に同一の構成については同一の符号を付す。比較例のモータ制御装置１０９は、本実施形態のモータ制御装置１０１と異なる点として、電圧飽和度演算部９１、電流指令制限値演算部９２、及び、最小値選択部９３を備える。

電圧飽和度演算部９１は、ＰＷＭの各相のデューティ値ＰＷＭ＿ｄｕｔｙＵ，Ｖ，Ｗ、供給電圧Ｖｒｇ、及びその他の信号に基づいて電圧飽和度を演算する。
電流指令制限値演算部９２は、電圧飽和度、モータ回転速度、ベース電圧ＶＲ＿ｂａｓ、供給電圧Ｖｒｇ等の情報に基づいて、マップ演算により電流指令制限値を演算する。
最小値選択部９３は、トルクに基づいて算出された電流指令値と、電流指令制限値演算部９２によって演算された電流指令制限値とを比較し、最小値を選択して出力する。

上記のように比較例の装置では、モータ端子電圧とＰＷＭのデューティ値との間に比例関係があることを前提として、電圧飽和度を各相デューティ値ＰＷＭ＿ｄｕｔｙＵ，Ｖ，Ｗから求めている。しかし、ＰＷＭ信号の生成において３相変調や２相変調を行う場合には、デューティ値が実際のモータ端子電圧と比例関係にならないため、比較例の装置を用いて電流制限を行うことができない。

それに対し、本実施形態のモータ制御装置１０１では、ＰＷＭ変換よりも前の段階で、飽和ガード後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*から電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔを演算するため、３相変調や２相変調を行う場合でも電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔを正しく演算することができる。そして、その電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔに基づいて演算された電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄを用いて、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*を適正に制限することで、異音や振動を適切に抑制することができる。
電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータがコラム取付式の場合、運転者に近い場所に設置されるため、異音や振動が特に問題となりやすい。したがって、本実施形態による異音や振動を抑制する効果が有効に発揮される

また、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*を制限するための演算において、機器定数等のパラメータから求めた値を用いないため、適用されるモータ８０やインバータ６０の機種毎にパラメータを細かく設定する必要がない。したがって、設計工数を低減することができる。

また、本実施形態では、電流ガード値演算部４７１、４７２の後にＬＰＦ４８１、４８２が設けられており、電流ガード値のフィルタ値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆ、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄ＿ｌｐｆが電流指令値制限部３２１、３２２に入力される。これにより、電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄが急変した場合、絶対値が電流ガード値Ｉｑ＿ｇｕａｒｄ、Ｉｄ＿ｇｕａｒｄを超える領域で電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*が急変することを防止し、制御を安定させることができる。

さらに、ｑ軸電流について例示すると、本実施形態の電流制限ゲイン演算部４２１は、電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）と目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔとの比率ｒｖ（ｎ）に基づいて演算した電流制限ゲインの仮値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘに対し、電流制限ゲインの最大値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘ及び最小値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍｉｎを制限し、電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）を決定する。これにより、電流制限ゲインの決定値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）が不適切な値に設定されることをより確実に防止することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態のモータ制御装置について、図７の制御ブロック図、及び、図８のフローチャートを参照して説明する。第１実施形態と実質的に同一の構成、又は、実質的に同一のステップには、同一の符号又はステップ記号を付して説明を省略する。
図７に示す第２実施形態のモータ制御装置１０２について、図２に示す第１実施形態のモータ制御装置１０１と異なる点のみを説明する。
モータ制御装置１０２では、「電流指令値制限部」は、乗算器３３１、３３２によって構成される。また、第１実施形態の電流ガード値演算部４７１、４７２を有しておらず、電流制限ゲイン演算部４２１、４２２が演算したｑ軸電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ及びｄ軸電流制限ゲインＫＩｄ＿ｌｉｍが直接ＬＰＦ４９１、４９２に入力される。

ｑ軸電流指令値生成部３１１が生成したｑ軸電流指令値Ｉｑ^*、及び、ｄ軸電流指令値生成部３１２が生成したｄ軸電流指令値Ｉｄ^*は、乗算器３３１、３３２にて、電流制限ゲイン演算部４２１、４２２からＬＰＦ４９１、４９２を経由して入力されるｑ軸電流制限ゲインのフィルタ値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｌｐｆ、及び、ｄ軸電流制限ゲインのフィルタ値ＫＩｄ＿ｌｉｍ＿ｌｐｆが乗算されることで、それぞれ、ｑ軸電流指令制限値Ｉｑ^*＿ｌｉｍ及びｄ軸電流指令制限値Ｉｄ^*＿ｌｉｍに制限される。
第２実施形態では、電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ、ＫＩｄ＿ｌｉｍが急変すると、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*の全ての領域で影響を受ける。したがって、電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ、ＫＩｄ＿ｌｉｍをフィルタ処理することにより、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*の急変を一律に防止し、制御を安定させることができる。

図８に示すように、第２実施形態の電流指令値制限処理は、第１実施形態（図６）の処理に対しＳ１、Ｓ２−１、Ｓ２−２が同じであり、電流ガード値演算のＳ３を含まない。また、Ｓ４Ａ、Ｓ５Ａとは異なるＳ４Ｂ、Ｓ５Ｂを含む。
Ｓ４Ｂでは、ＬＰＦ４９１、４９２にて一次遅れ等のフィルタ処理を行い、式（７）によりｑ軸及びｄ軸電流制限ゲインのフィルタ値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｌｐｆ（ｎ）、ＫＩｄ＿ｌｉｍ＿ｌｐｆ（ｎ）を算出する。

Ｓ５Ｂでは、乗算器３３１、３３２にて、式（８）により電流指令値Ｉｑ^*（ｎ）、Ｉｄ^*（ｎ）を制限する。

第２実施形態のモータ制御装置１０２は、第１実施形態と同様に、３相変調や２相変調を行う場合でも電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔを正しく演算することができる。そして、その電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔに基づいて演算された電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ、ＫＩｄ＿ｌｉｍを用いて、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*を適正に制限することで、異音や振動を適切に抑制することができる。また、第１実施形態に比べ、電流ガード値を演算するステップが不要となるため、演算負荷を低減することができる。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*及びｄ軸電流指令値Ｉｄ^*の両方について、それぞれ制限処理を実施している。しかし本発明では、ｑ軸電流指令値Ｉｑ^*又はｄ軸電流指令値Ｉｄ^*の少なくとも一方について制限処理を実施することとしてもよい。それに応じて、制限値を演算するために必要な電流制限ゲインや電流ガード値は、ｑ軸電流Ｉｑ又はｄ軸電流Ｉｄの一方について演算してもよい。

（イ）上記実施形態では、電圧飽和量演算部４１で電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔを算出してから、次の電流制限ゲイン演算部４２１、４２２で電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔと目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔとの比率ｒｖを算出している。その他の実施形態では、電圧飽和量演算部と電流制限ゲイン演算部との機能を包括した機能部を有し、飽和ガード後のｑ軸電圧指令値Ｖｑ^**及びｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*に基づいて、比率ｒｖを直接算出するようにしてもよい。

（ウ）電流制限ゲインの演算に関し、上記実施形態のような仮値を用いない別の方法について図９を参照して説明する。
図９のＳ２１では、電圧飽和量の今回値Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）と目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔとを比較する。電圧飽和量の今回値Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）が目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔ以下の場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、Ｓ２２にて、式（９）により、電流制限ゲイン最大値ＫＩｑ＿ｌｉｍ＿ｍａｘ、ＫＩｄ＿ｌｉｍ＿ｍａｘを電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ）として設定する。

一方、電圧飽和量の今回値Ｖ＿ｓａｔ（ｎ）が目標電圧飽和量Ｖ＿ｓａｔ＿ｔｇｔより大きい場合（Ｓ２１：ＮＯ）、Ｓ２３にて、式（１０）により、電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ）を演算する。式（１０）は、図６、図８のＳ２−１に対応する式（２）の仮値ＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘ、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ）＿Ｘを電流制限ゲインＫＩｑ＿ｌｉｍ（ｎ）、ＫＩｄ＿ｌｉｍ（ｎ）に置き換えたものに相当する。

（エ）上記実施形態のモータ制御装置１０１、１０２は、ＬＰＦ４８１、４８２、又はＬＰＦ４９１、４９２を備え、電流指令値制限処理において、電流ガード値又は電流制限ゲインをフィルタ処理するステップＳ４Ａ、Ｓ４Ｂを含む。ただし、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*の急変が問題にならない場合や、制御応答性を優先したい場合等は、ＬＰＦを設けず、電流指令値制限処理においてフィルタ処理のステップを実施しなくてもよい。

（オ）図８のＳ５Ｂでは、生成された電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*のうち制限せずに残す量を電流制限ゲインにより演算しているが、これとは逆に、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*のうち制限する量を演算し、電流指令値Ｉｑ^*、Ｉｄ^*から差し引くようにしてもよい。

（カ）本発明のモータ制御装置は、電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータに限らず、他のいかなる用途のブラシレスモータに適用されてもよい。また、三相に限らず、四相以上の多相のブラシレスモータにも適用可能である。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１０（１０１、１０２）・・・モータ制御装置、
３１１、３１２・・・電流指令値生成部、
３２１、３２２・・・電流指令値制限部、
３３１、３３２・・・乗算器（電流指令値制限部）、
３６１、３６２・・・制御器、
３７ ・・・飽和ガード部、
４１ ・・・電圧飽和量演算部、
４２１、４２２・・・電流制限ゲイン演算部、
８０ ・・・モータ（多相ブラシレスモータ）。

Claims (5)

1. ベクトル制御によって多相ブラシレスモータ（８０）の通電を制御するモータ制御装置（１０）であって、
   ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値を生成する電流指令値生成部（３１１、３１２）と、
   前記ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値に対するフィードバック制御により、ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値を演算する制御器（３６１、３６２）と、
   前記ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値の電圧ベクトルの大きさが所定の電圧ガード値以下となるように前記ｑ軸電圧指令値又は前記ｄ軸電圧指令値の少なくとも一方を補正する飽和ガード部（３７）と、
   前記飽和ガード部による補正後の前記ｑ軸電圧指令値及びｄ軸電圧指令値の電圧ベクトルの大きさである電圧飽和量に基づいて演算された電流制限ゲイン又は電流ガード値を用いて、前記ｑ軸電流指令値又は前記ｄ軸電流指令値の少なくとも一方を制限する電流指令値制限部（３２１、３２２、３３１、３３２）と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記電流指令値制限部（３２１、３２２）は、
   前記電流制限ゲインを定格電流に乗じて算出された前記電流ガード値、及び前記電流ガード値の正負を反転した値を、正領域での最大値及び負領域での最小値として、前記ｑ軸電流指令値又は前記ｄ軸電流指令値の少なくとも一方を制限することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置（１０１）。
3. 前記電流指令値制限部は乗算器（３３１、３３２）によって構成され、
   前記電流制限ゲインを乗算することにより、前記ｑ軸電流指令値又は前記ｄ軸電流指令値の少なくとも一方を制限することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置（１０２）。
4. 前記電流制限ゲイン又は前記電流ガード値の所定範囲の周波数成分を除去するフィルタ（４８１、４８２、４９１、４９２）を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
5. 前記電流制限ゲインは、
   前記電圧飽和量と、前記電圧飽和量の目標値である目標電圧飽和量との比率に基づいて演算された前記電流制限ゲインの仮値に対し最大値及び最小値が制限されることによって決定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ制御装置。

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