JP2017154548A - Motor controller and electric power steering device mounted therewith - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controller that compensates for a counter electromotive voltage and characteristics of a counter electromotive voltage compensation path through a feedback path without any variation in sensitivity to noise nor any delay over a wide range so as to securely let a real current follow up a current command value, and to provide an electric power steering device which improves a steering feeling.SOLUTION: A motor controller which performs driving control over a motor through current feedback control based upon a current command value and also performs compensation for a motor counter electromotive voltage with a counter electromotive voltage compensation signal based upon a motor angle or motor angular velocity is characterized in that a path for compensating for a motor counter electromotive voltage is provided with an LPF for noise elimination, and a feedback path of motor control is provided with an angle feedback filter which cancels a counter electromotive voltage compensation difference as a difference between the motor counter electromotive voltage and counter electromotive voltage compensation signal.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、電流指令値に基づく電流フィードバックでモータを駆動し、電流指令値にモータ実電流を追従させて制御するモータ制御装置及びそれを搭載し、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関する。特にノイズに対する感度を変化させずに、モータ駆動時の逆起電圧の相殺を行う共に、ノイズ補償及びLPFの補償を行う補償誤差相殺用の角度フィルタをフィードバック経路に介挿したモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention includes a motor control device that drives a motor with current feedback based on a current command value and controls the current command value by following the actual motor current, and a current command calculated based on at least steering torque The present invention relates to an electric power steering device that applies an assist force by a motor to a steering system of a vehicle according to a value. In particular, a motor control device in which a back electromotive force voltage is canceled when the motor is driven without changing sensitivity to noise, and a compensation error canceling angle filter that performs noise compensation and LPF compensation is inserted in a feedback path, and the same The present invention relates to an electric power steering device equipped with

モータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置(EPS)は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与するものであり、インバータで制御されるモータの駆動力を、ギア等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値(電流指令値)とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っている。   An electric power steering device (EPS) equipped with a motor control device applies steering assist force (assist force) to the steering mechanism of the vehicle by the rotational force of the motor, and the driving force of the motor controlled by the inverter is A steering assist force is applied to the steering shaft or the rack shaft by a transmission mechanism such as a gear. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). This is done by adjusting the duty of modulation) control.

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクThを検出するトルクセンサ10及び操舵角θを検出する舵角センサ14が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Vsとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによって、EPS用モータ20に供給する電流を制御する。   The general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 6b is further connected to the steering wheels 8L and 8R via hub units 7a and 7b. Further, the column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 for detecting the steering torque Th of the handle 1 and a steering angle sensor 14 for detecting the steering angle θ, and a motor 20 for assisting the steering force of the handle 1 is a reduction gear. 3 is connected to the column shaft 2 through 3. The control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering apparatus is supplied with electric power from the battery 13 and also receives an ignition key signal via the ignition key 11. The control unit 30 calculates a current command value of an assist (steering assist) command based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12, and compensates the current command value. The current supplied to the EPS motor 20 is controlled by the voltage control command value Vref subjected to.

なお、舵角センサ14からは操舵角θが検出され、モータ20に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。   Note that the steering angle θ is detected from the steering angle sensor 14, and the steering angle can be acquired from a rotation sensor such as a resolver connected to the motor 20.

コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VsはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。   The control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 that transmits and receives various types of vehicle information, and the vehicle speed Vs can also be received from the CAN 40. The control unit 30 can be connected to a non-CAN 41 that exchanges communications, analog / digital signals, radio waves, and the like other than the CAN 40.

コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCU等も含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図2のようになる。   The control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU, MCU, etc.). FIG. 2 shows general functions executed by a program inside the CPU.

図2を参照してコントロールユニット30を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTh及び車速センサ12で検出された(若しくはCAN40からの)車速Vsは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTh及び車速Vsに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値Iref1は加算部32Aを経て電流制限部33に入力され、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部32Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差ΔI(=Irefm−Im)が演算され、その偏差ΔIが操舵動作の特性改善のためのPI制御部34に入力される。PI制御部34で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部35に入力され、更にインバータ36を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器37で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。インバータ36は、半導体スイッチング素子としてのFETのブリッジ回路で構成されている。   Referring to FIG. 2, the control unit 30 will be described. The steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12 (or from the CAN 40) are a current command for calculating a current command value Iref1. The value is input to the value calculation unit 31. The current command value calculation unit 31 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to the motor 20, using an assist map or the like based on the input steering torque Th and vehicle speed Vs. The current command value Iref1 is input to the current limiting unit 33 via the adding unit 32A, and the current command value Irefm with the maximum current limited is input to the subtracting unit 32B, and the deviation ΔI (= Irefm−Im) is calculated, and the deviation ΔI is input to the PI control unit 34 for improving the characteristics of the steering operation. The voltage control command value Vref whose characteristics are improved by the PI control unit 34 is input to the PWM control unit 35, and the motor 20 is further PWM driven via the inverter 36. The current value Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 37 and fed back to the subtraction unit 32B. The inverter 36 is composed of an FET bridge circuit as a semiconductor switching element.

モータ20にはレゾルバ等の回転センサ21が連結されており、回転センサ21からモータ回転角度θが出力され、更にモータ速度ωがモータ速度演算部22で演算される。   A rotation sensor 21 such as a resolver is connected to the motor 20, a motor rotation angle θ is output from the rotation sensor 21, and a motor speed ω is calculated by a motor speed calculation unit 22.

また、加算部32Aには補償信号生成部38からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部38は、セルフアライニングトルク(SAT)38−1と慣性38−2を加算部38−4で加算し、その加算結果に更に収れん性38−3を加算部38−5で加算し、加算部38−5の加算結果を補償信号CMとしている。   Further, the compensation signal CM from the compensation signal generation unit 38 is added to the addition unit 32A, and the compensation of the steering system system is performed by adding the compensation signal CM to improve the convergence property, the inertia property, and the like. ing. The compensation signal generator 38 adds the self-aligning torque (SAT) 38-1 and the inertia 38-2 by the adder 38-4, and further adds the convergence 38-3 to the addition result by the adder 38-5. The addition result of the adder 38-5 is used as the compensation signal CM.

このような電動パワーステアリング装置のモータ制御装置では、モータ駆動時にモータ20が逆起電圧を発生するため、モータ逆起電圧を抑制若しくは減衰するための補償が必要である。その理由を以下に説明する。   In such a motor control device of an electric power steering device, since the motor 20 generates a counter electromotive voltage when the motor is driven, compensation for suppressing or attenuating the motor counter electromotive voltage is required. The reason will be described below.

電流指令値Irefからモータ20が駆動される制御系を伝達関数で示すと、図3のようになる。電流指令値Irefは制御フィルタ(GFF)101を経て減算部104に入力され、実モータ電流Imnとの偏差eが算出される。偏差eは制御フィルタ(GFB)を経て減算部105に入力され、減算部105でモータ20の逆起電圧EMFが減算され、その差分eがモータ20の電気系特性部110(1/(L・s+R))を経て、更にトルク定数Kt[Nm/A]を経て機械系特性部120(1/(J・s+D))に入力される。逆起電圧EMFは、機械特性部120の出力であるモータ角速度(モータ回転数)ωmに逆起電圧定数Ke[V/(rad/s)]を乗算して得られる。電気系特性部110からのモータ電流Imは検出されてフィードバックされるが、実際には電流検出ノイズNiが混入し、実モータ電流Imnとしてフィードバックされる。 A control system in which the motor 20 is driven from the current command value Iref is represented by a transfer function as shown in FIG. The current command value Iref is input to the subtraction unit 104 via the control filter (G FF ) 101, and a deviation e 1 from the actual motor current Imn is calculated. The deviation e 1 is input to the subtraction unit 105 through the control filter (G FB ), the back electromotive voltage EMF of the motor 20 is subtracted by the subtraction unit 105, and the difference e 3 is obtained as the electric system characteristic unit 110 (1 / (L · s + R)), and further, the torque constant Kt [Nm / A] is inputted to the mechanical system characteristic section 120 (1 / (J · s + D)). The counter electromotive voltage EMF is obtained by multiplying the motor angular velocity (motor rotational speed) ωm, which is an output of the mechanical characteristic unit 120, by a counter electromotive voltage constant Ke [V / (rad / s)]. The motor current Im from the electric system characteristic unit 110 is detected and fed back, but actually, the current detection noise Ni is mixed and fed back as the actual motor current Imn.

電気系特性部110のLはモータ相関インダクタンス[H]、Rはモータ相関抵抗[Ω]であり、機械系特性部120のJはモータ慣性モーメント[Kg・m2]、Dはモータ粘性係数[Nm/(rad/s)]である。 L in the electric system characteristic unit 110 is motor correlation inductance [H], R is motor correlation resistance [Ω], J in the mechanical system characteristic unit 120 is motor moment of inertia [Kg · m 2 ], and D is motor viscosity coefficient [ Nm / (rad / s)].

電流指令値Irefからモータ電流Imまでの系を、図4に示すように周波数帯域を制御し易い1次フィルタ(1/(T・s+1))とするため、T〜Tを時定数として、制御フィルタ(GFF)101の伝達関数は下記数1で設定され、制御フィルタ(GFB)102の伝達関数は下記数2で設定されている。 In order to set the system from the current command value Iref to the motor current Im as a primary filter (1 / (T 4 · s + 1)) whose frequency band is easy to control as shown in FIG. 4, T 1 to T 4 are time constants. The transfer function of the control filter (G FF ) 101 is set by the following formula 1, and the transfer function of the control filter (G FB ) 102 is set by the following formula 2.

Figure 2017154548
Figure 2017154548

Figure 2017154548
即ち、電流指令値Irefからモータ電流Imまでの系を“1/(T・s+1)”(数3)とし、時定数Tの設定で電流指令値Irefからモータ電流Imまでの特性である電流制御帯域を決定(1次フィルタ)するために、制御フィルタ(GFF)101及び制御フィルタ(GFB)102の特性を決定する。
Figure 2017154548
That is, the system from the current command value Iref to the motor current Im is “1 / (T 4 · s + 1)” (Equation 3), and the characteristic from the current command value Iref to the motor current Im is set by setting the time constant T 4. In order to determine the current control band (primary filter), the characteristics of the control filter (G FF ) 101 and the control filter (G FB ) 102 are determined.

Figure 2017154548
そして、制御フィルタ(GFB)102を含む電流制御のフィードバック閉ループの系では、逆起電圧EMFを0として、数4及び図5に示すように、外乱の電流検出ノイズ(Ni)除去用の2次フィルタ(時定数T,T)と1次位相進みフィルタ(T)となる構成を採る。1次位相進みフィルタ(T)の項がないと、制御フィルタ(GFF)101の分子の微分項が2次になってしまい、非常に不安定になるからである。要するに、制御フィルタ(GFF)101は、電流指令値Irefからモータ電流Imまでの特性を決めるフィルタであり、制御フィルタ(GFB)102は、電流検出ノイズNiを除去するフィルタを含めた、電流指令値Irefからモータ電流Imまでの特性を決めるフィルタと言える。
Figure 2017154548
In the current control feedback closed loop system including the control filter (G FB ) 102, the counter electromotive voltage EMF is set to 0, and 2 for removing the current detection noise (Ni) of disturbance as shown in Equation 4 and FIG. 5. A configuration is adopted in which a second order filter (time constants T 2 and T 3 ) and a first order phase advance filter (T 1 ) are used. This is because if there is no term of the primary phase advance filter (T 1 ), the differential term of the numerator of the control filter (G FF ) 101 becomes second order and becomes very unstable. In short, the control filter (G FF ) 101 is a filter that determines the characteristics from the current command value Iref to the motor current Im, and the control filter (G FB ) 102 is a current including a filter that removes the current detection noise Ni. It can be said that the filter determines the characteristics from the command value Iref to the motor current Im.

Figure 2017154548
上記数1及び数4をGFBについて解くと、制御フィルタ(GFB)102は上記数2となる。
Figure 2017154548
When Equation 1 and Equation 4 are solved for G FB , the control filter (G FB ) 102 becomes Equation 2 above.

このように、制御フィルタ(GFF)101及び制御フィルタ(GFB)102の設定では、モータ逆起電圧EMFの混入を考慮していない。しかしながら、モータ逆起電圧EMFの発生は、電流指令値に影響を与えるため、モータ出力を正確に制御する上で大きな問題となる。このような対策として、モータ逆起電圧の補償が考えられ、例えば特開2013−219870号公報(特許文献1)では、電圧指令値及び電流検出値に基づいてモータの逆起電圧を推定し、逆起電圧推定値を電流指令値に加算するようにしている。また、特開2012−236472号公報(特許文献2)では、回転角速度に基づいて逆起電圧を推定し、この推定逆起電圧に補償係数を乗じて逆起電圧補償制御値を算出し、逆起電圧補償制御値を基本電圧に加算して電圧指令値としている。 Thus, the setting of the control filter (G FF ) 101 and the control filter (G FB ) 102 does not take into account the mixing of the motor back electromotive voltage EMF. However, the generation of the motor back electromotive voltage EMF affects the current command value, which is a serious problem in accurately controlling the motor output. As such a countermeasure, compensation of the motor back electromotive force voltage is conceivable. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2013-21870 (Patent Document 1), the back electromotive force voltage of the motor is estimated based on the voltage command value and the current detection value, The estimated back electromotive force value is added to the current command value. In Japanese Patent Laid-Open No. 2012-236472 (Patent Document 2), a counter electromotive voltage is estimated based on the rotational angular velocity, and the counter electromotive voltage compensation control value is calculated by multiplying the estimated counter electromotive voltage by a compensation coefficient. A voltage command value is obtained by adding the electromotive force compensation control value to the basic voltage.

特開2013−219870号公報JP 2013-2119880 A 特開2012−236472号公報JP 2012-236472 A

上述のような逆起電圧補償はいずれも、位置や回転速度の検出ノイズが混入しないことを前提にして補償しているが、実際には検出ノイズが混入するため、電流指令値に対して正確にモータ出力を追従させることができない課題がある。   In all of the back electromotive force compensations described above, compensation is made on the assumption that position and rotation speed detection noise is not mixed. However, since detection noise is actually mixed, the current command value is accurately detected. There is a problem that the motor output cannot be made to follow.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ノイズに対する感度を変化させずに、広範囲にわたって遅れなく、逆起電圧及び逆起電圧補償経路の特性をフィードバック経路で補償し、実電流を電流指令値に確実に追従させるモータ制御装置を提供すると共に、操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング装置を提供することにある。   The present invention has been made under the circumstances as described above. The object of the present invention is to change the characteristics of the counter electromotive voltage and the counter electromotive voltage compensation path with a feedback path without changing the sensitivity to noise over a wide range. An object of the present invention is to provide a motor control device that compensates and ensures that an actual current follows a current command value, and an electric power steering device with improved steering feeling.

本発明は、電流指令値に基づく電流フィードバック制御でモータを駆動制御すると共に、モータ角度若しくはモータ角速度に基づく逆起電圧補償信号によりモータ逆起電圧の補償を行うモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ逆起電圧を補償する経路にノイズ除去用のLPFが設けられると共に、前記モータ制御のフィードバック経路に、前記モータ逆起電圧と前記逆起電圧補償信号との差である逆起電圧補償誤差を相殺する角度フィードバックフィルタが設けられていることにより達成される。   The present invention relates to a motor control device that controls driving of a motor by current feedback control based on a current command value and compensates for a motor counter electromotive voltage by a counter electromotive voltage compensation signal based on a motor angle or a motor angular velocity. The object is to provide an LPF for noise removal in a path for compensating the motor back electromotive voltage, and in the motor control feedback path, a back electromotive force that is a difference between the motor back electromotive voltage and the back electromotive voltage compensation signal. This is achieved by providing an angle feedback filter that cancels the voltage compensation error.

本発明の上記目的は、前記モータの制御がdq軸ベクトル制御であることにより、或いは前記電流指令値がdq軸電流指令値であり、前記制御部が2相フィードバック式ベクトル制御系であることにより、或いは前記電流指令値がdq軸電流指令値であり、前記制御部が3相フィードバック式ベクトル制御系であることにより、より効果的に達成され、いずれかのモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に搭載することにより、操舵感の良い電動パワーステアリング装置を提供することができる。   The above object of the present invention is that the control of the motor is a dq axis vector control, or the current command value is a dq axis current command value and the control unit is a two-phase feedback vector control system. Alternatively, the current command value is a dq-axis current command value, and the control unit is a three-phase feedback vector control system. By mounting, an electric power steering device with good steering feeling can be provided.

本発明に係るモータ制御装置によれば、モータ駆動時のモータ逆起電圧の補償機能を有するモータ制御装置において、フィードバック経路に、モータ逆起電圧と逆起電圧補償信号との差である逆起電圧補償誤差を相殺する角度フィードバックフィルタを介挿しているので、ノイズに対する感度を変化させずに、遅れなくモータの追従特性を向上することができる。   According to the motor control device of the present invention, in the motor control device having a function of compensating for the motor back electromotive voltage when the motor is driven, a back electromotive force that is a difference between the motor back electromotive voltage and the back electromotive force compensation signal is provided in the feedback path. Since the angle feedback filter that cancels the voltage compensation error is inserted, the follow-up characteristic of the motor can be improved without delay without changing the sensitivity to noise.

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing an outline of an electric power steering device. 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット(ECU)の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the control unit (ECU) of an electric power steering apparatus. モータ制御装置(伝達関数)における逆起電圧の発生の経路を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the path | route of generation | occurrence | production of the back electromotive force voltage in a motor control apparatus (transfer function). 制御フィルタの特性を説明するための周波数応答図である。It is a frequency response figure for demonstrating the characteristic of a control filter. 制御フィルタの特性を説明するための周波数応答図である。It is a frequency response figure for demonstrating the characteristic of a control filter. 本発明を適用可能なベクトル制御系(3相FB)の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the vector control system (3 phase FB) which can apply this invention. 本発明を適用可能なベクトル制御系(2相FB)の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the vector control system (2 phase FB) which can apply this invention. モータ制御装置(伝達関数)における逆起電圧補償の構成例を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the structural example of the back electromotive force compensation in a motor control apparatus (transfer function). LPFを逆起電圧補償に用いた場合のゲイン/位相の周波数特性と本発明の効果を示す周波数特性図である。FIG. 6 is a frequency characteristic diagram showing the gain / phase frequency characteristics and the effect of the present invention when LPF is used for back electromotive force compensation. 本発明の実施形態の一例を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows an example of embodiment of this invention.

本発明のモータ制御装置は、ノイズに対する感度を変化させずに、モータ駆動時の逆起電圧発生の補償を行う共に、ノイズ補償及びLPFの補償を行う補償誤差相殺用の角度フィルタをフィードバック経路に介挿している。これにより、ノイズに対する感度を変化させずに遅れなく、正確に実モータ電流を電流指令値に追従させることができる
本発明は、ブラシレスモータを駆動制御するベクトル制御系についても適用できるので、先ずベクトル制御系について説明する。
The motor control device of the present invention compensates for the generation of the back electromotive voltage when the motor is driven without changing the sensitivity to noise, and uses an angle filter for compensating error compensation that performs noise compensation and LPF compensation as a feedback path. It is inserted. As a result, the actual motor current can be made to accurately follow the current command value without delay without changing the sensitivity to noise.The present invention can also be applied to a vector control system for driving and controlling a brushless motor. The control system will be described.

図6のベクトル制御系では、d軸電流指令値i及びq軸電流指令値iを演算して補正する電流指令値演算部220が設けられており、電流指令値演算部220には操舵トルクTh、車速Vs、モータ100に連結された回転センサ100Aからモータ角度(回転角度)θ、角速度演算部226で演算されたモータ角速度ωが入力されている。電流指令値演算部220で演算されたd軸電流指令値i及びq軸電流指令値iは2相/3相変換部221に入力され、モータ角度θに同期して3相の電流指令値Iuref,Ivref,Iwrefに変換される。3相の電流指令値Iuref,Ivref,Iwrefは減算部222(222u,222v,222w)に入力され、電流検出回路225Aで検出されたモータ電流Imu,Imv,Imwとの偏差ΔIu,ΔIv,ΔIwが算出される。算出された偏差ΔIu,ΔIv,ΔIwはPI制御部223に入力され、電流制御された3相の電圧制御指令値Vuref,Vvref,VwrefがPWM制御部224に入力され、PWM制御部224で演算された各相dutyに基づいてインバータ225を介してモータ100が駆動される。 The vector control system of FIG. 6, and the current command value calculating section 220 is provided to correct by calculating the d-axis current command value i d and the q-axis current command value i q, steering the current command value calculating section 220 The torque Th, the vehicle speed Vs, the motor angle (rotation angle) θ e , and the motor angular velocity ω calculated by the angular velocity calculation unit 226 are input from the rotation sensor 100 A connected to the motor 100. D-axis current command value i d and the q-axis current command value i q calculated by the current command value calculating unit 220 is input to the 2-phase / 3-phase conversion unit 221, three-phase current in synchronization with the motor angle theta e The command values are converted into Iuref, Ivref, and Iwref. Three-phase current command values Iuref, Ivref, Iwref are input to a subtractor 222 (222u, 222v, 222w), and deviations ΔIu, ΔIv, ΔIw from motor currents Imu, Imv, Imw detected by the current detection circuit 225A are obtained. Calculated. The calculated deviations ΔIu, ΔIv, ΔIw are input to the PI control unit 223, and the current-controlled three-phase voltage control command values Vuref, Vvref, Vwref are input to the PWM control unit 224, and are calculated by the PWM control unit 224. The motor 100 is driven via the inverter 225 based on each phase duty.

なお、図6では、電流検出回路225Aはインバータ225内に設けられているが、モータ100への供給線等でも検出可能である。   In FIG. 6, the current detection circuit 225 </ b> A is provided in the inverter 225, but it can also be detected by a supply line to the motor 100.

また、図7のベクトル制御系では、電流検出回路225Aで検出された3相のモータ電流Imu,Imv,Imwをモータ角度θに同期して2相に変換する3相/2相変換部227が設けられている。電流指令値演算部220で演算され補正されたd軸電流指令値i及びq軸電流指令値iは減算部222(222d、222q)に入力され、減算部222で3相/2相変換部227からの2相の電流Imd,Imqとの偏差Δi,Δiが算出される。偏差Δi,Δiは2相/3相変換部221に入力され、変換された3相の電流指令値Iuref,Ivref,IwrefがPI制御部223に入力され、以降は図4の場合と同様な動作が実行される。 Also, in the vector control system of FIG. 7, the current detection circuit 225A with the detected three-phase motor current Imu, Imv, 3-phase converted to 2-phase in synchronism with the motor angle theta e the Imw / 2 phase converter 227 Is provided. D-axis current command value computed is corrected by the current command value calculating section 220 i d and the q-axis current command value i q is input to the subtraction unit 222 (222d, 222q), 3-phase / 2-phase conversion by the subtraction unit 222 Deviations Δi d and Δi q from the two-phase currents Imd and Imq from the unit 227 are calculated. The deviations Δi d and Δi q are input to the two-phase / three-phase converter 221, and the converted three-phase current command values Iuref, Ivref, Iwref are input to the PI controller 223, and thereafter the same as in FIG. Actions are performed.

図6の制御系は、3相のモータ電流Imu,Imv,Imwがフィードバックされる3相フィードバック式ベクトル制御系であり、図7の制御系は、3相のモータ電流Imu,Imv,Imwが2相電流Imd,Imqに変換されてフィードバックされる2相フィードバック式ベクトル制御系である。本発明は、上記3相フィードバック式ベクトル制御系及び2相フィードバック式ベクトル制御系のいずれにも適用できる。   The control system in FIG. 6 is a three-phase feedback vector control system that feeds back three-phase motor currents Imu, Imv, and Imw, and the control system in FIG. 7 has three-phase motor currents Imu, Imv, and Imw of 2. This is a two-phase feedback vector control system which is converted into phase currents Imd and Imq and fed back. The present invention can be applied to both the three-phase feedback vector control system and the two-phase feedback vector control system.

図8は、回転センサ(例えばレゾルバ)で検出されるモータ角度θmに基づいて、逆起電圧EMFを補償する場合の構成例を、図3に対応させて示している。モータ角度θmは微分部130で微分されるが、実際には回転センサ(例えばレゾルバ)にはノイズNrが含まれており、加算部133でノイズNrが加算(混入)されたモータ角度θmrが微分部130に入力される。微分部130で微分されたモータ角速度ωnは、伝達関数が数5で表されるノイズ除去用のローパスフィルタ(LPF)131に入力され、LPF131でノイズNrを除去されたモータ角速度ωn’は、逆起電圧補償定数部132で逆起電圧補償定数Ke’を乗算され、逆起電圧補償信号EMFcとして加算部106に入力される。   FIG. 8 shows a configuration example in the case where the back electromotive force EMF is compensated based on the motor angle θm detected by a rotation sensor (for example, a resolver), corresponding to FIG. Although the motor angle θm is differentiated by the differentiating unit 130, the rotation sensor (for example, the resolver) actually includes noise Nr, and the motor angle θmr to which the noise Nr is added (mixed) by the adding unit 133 is differentiated. Input to the unit 130. The motor angular velocity ωn differentiated by the differentiating unit 130 is input to a low-pass filter (LPF) 131 for noise removal whose transfer function is expressed by Equation 5, and the motor angular velocity ωn ′ from which the noise Nr has been removed by the LPF 131 is the inverse. The back electromotive force compensation constant Ke ′ is multiplied by the back electromotive force compensation constant unit 132 and input to the adder 106 as a back electromotive voltage compensation signal EMFc.

なお、LPF131のωは、カットオフ周波数f(例えば40Hz)に対してω=2πfの関係を有している。 Incidentally, omega L of LPF131 have a relation of ω L = 2πf c relative to the cutoff frequency f c (e.g. 40 Hz).

Figure 2017154548
この逆起電圧補償はモータ角度θm(モータ角速度ωm)に依存しており、ノイズNrの混入がなければLPF131は不要である。しかし、実際には回転センサから混入するノイズNrの影響があり、その影響を除去若しくは低減するLPF131を具備している。フィルタ処理を行わないと、電動パワーステアリング装置では操舵感が悪化してしまうからである。
Figure 2017154548
This back electromotive force compensation depends on the motor angle θm (motor angular velocity ωm), and the LPF 131 is not required unless noise Nr is mixed. However, there is actually an influence of noise Nr mixed from the rotation sensor, and the LPF 131 for removing or reducing the influence is provided. This is because if the filter process is not performed, the steering feeling is deteriorated in the electric power steering apparatus.

このLPF131のフィルタ処理により、モータ回転数の周波数が上がると、モータ逆起電圧EMFに対して位相が遅れ、完全にモータ逆起電圧EMFを相殺できない可能性がある。この相殺誤差が外乱として電流制御系内に混入して、フィードバック制御の役割である実モータ電流Imを電流指令値Irefに追従させることができなくなる。逆起電圧補償が完全であれば、下記数6の関係となるべきである。   If the frequency of the motor rotation speed is increased by the filtering process of the LPF 131, the phase is delayed with respect to the motor counter electromotive voltage EMF, and the motor counter electromotive voltage EMF may not be completely canceled. This cancellation error is mixed into the current control system as a disturbance, and the actual motor current Im, which is the role of feedback control, cannot follow the current command value Iref. If the back electromotive force compensation is complete, the relationship of the following formula 6 should be satisfied.

(数6)
EMFc−EMF=0
しかしながら、ノイズNrの混入により、上記数6は成立しない。そもそも、電流フィードバック制御の主な役割は電流指令値通りに、遅れなく実電流を流すことである。フィルタ処理による制御では、制御帯域が高いほど追従性を改善することができるが、ノイズに対しても感度が上がってしまい、電動パワーステアリング装置では操舵感が悪化する。
(Equation 6)
EMFc-EMF = 0
However, the above equation 6 does not hold due to the mixing of noise Nr. In the first place, the main role of the current feedback control is to flow an actual current without delay according to the current command value. In the control by the filter process, the followability can be improved as the control band is higher, but the sensitivity to noise is increased, and the steering feeling is deteriorated in the electric power steering apparatus.

図9はLPFを用いて逆起電圧補償を行う場合の周波数特性を示しており、図9(A)はゲインの周波数特性であり、本発明による対策前は、周波数10〜100Hzの領域でゲインが凹状に低下している。また、図9(B)は位相の周波数特性であり、本発明による対策前は、位相の遅れと進みが存在して平坦特性ではなく、逆起電圧EMFを完全に補償することができず、補償相殺誤差が外乱として制御ループに混入し、これが要因で検出電流は電流指令値に追従できない状況となっている。   FIG. 9 shows the frequency characteristics when the back electromotive force compensation is performed using the LPF. FIG. 9A shows the frequency characteristics of the gain. Before the countermeasure according to the present invention, the gain is obtained in the frequency range of 10 to 100 Hz. Is lowered in a concave shape. Further, FIG. 9B shows the frequency characteristics of the phase, and before the countermeasure according to the present invention, there is a phase delay and advance, not the flat characteristics, and the back electromotive force EMF cannot be completely compensated. The compensation cancellation error enters the control loop as a disturbance, and this causes the detected current to not follow the current command value.

その対策のため、本発明では電流追従特性がIm/Iref=1/(T・s+1)となるような角度フィードバック(FB)フィルタ(GANG)200を、モータ制御のフィードバック経路に介挿する。図10はその構成を図8に対応させて示している。 As a countermeasure, in the present invention, an angle feedback (FB) filter (G ANG ) 200 having a current tracking characteristic of Im / Iref = 1 / (T 4 · s + 1) is inserted in a feedback path for motor control. . FIG. 10 shows the configuration corresponding to FIG.

電流指令値Irefから電気系特性部110で出力されるモータ電流Imまでを伝達関数で表わすと、下記数7となる。制御フィルタ(GFF)101の伝達関数は上述した数1であり、制御フィルタ(GFB)102の伝達関数は上述した数2である。 When the current command value Iref to the motor current Im output from the electrical system characteristic unit 110 are expressed by a transfer function, the following Expression 7 is obtained. The transfer function of the control filter (G FF ) 101 is Equation 1 described above, and the transfer function of the control filter (G FB ) 102 is Equation 2 described above.

Figure 2017154548
そして、理想的には数7が上記数3の特性のように、下記数8で表わされれば良い。
Figure 2017154548
Ideally, Equation 7 may be expressed by Equation 8 below as shown in Equation 3 above.

Figure 2017154548
そのためには、数7の分母の()内が0になれば良い。即ち、下記数9が成立すれば良い。
Figure 2017154548
For that purpose, it is sufficient that the value in parentheses in the denominator of Equation 7 is zero. That is, it is sufficient that the following formula 9 is established.

Figure 2017154548
換言すれば、数7の分母の()内を0とする数9が成立するような、角度フィードバックフィルタ(GANG)200をフィードバック経路に介挿すれば良い。
Figure 2017154548
In other words, an angle feedback filter (G ANG ) 200 may be inserted in the feedback path so that Formula 9 in which the value in () of the denominator of Formula 7 is 0 is established.

よって、数9から角度フィードバックフィルタGANGを算出すると、数10となる。 Therefore, when the angle feedback filter G ANG is calculated from Equation 9, Equation 10 is obtained.

Figure 2017154548
数10で決定された角度フィードバックフィルタ(GANG)を電流指令値Irefに適用すると、電流値Imは下記数11で表わされ、数11にGFFの伝達関数(数1)及びGFBの伝達関数(数2)を代入すると数12となり、数12の時定数Tの調整により所望の特性を得ることができる。
Figure 2017154548
When the angle feedback filter determined by the number 10 (G ANG) to apply to the current command value Iref, the current value Im is represented by the following Expression 11, the number 11 in the transmission of G FF function (Equation 1) and G FB the number 12 becomes substituting the transfer function (equation 2), it is possible to obtain desired characteristics by adjusting the constant T 4 when the number 12.

Figure 2017154548
Figure 2017154548

Figure 2017154548
図9は、操舵時に、検出電流が電流指令値に追従しない問題におけるメカニズムをボード線図で比較しており、対策前では逆起電圧補償ロジックにはLPF(40Hz)があり、逆起電圧を完全に補償できない。この相殺誤差が外乱として制御ループに混入し、これが要因となって検出電流が電流指令値に追従できない。しかし、上述したモータ逆起電圧と逆起電圧補償信号との差である逆起電圧補償誤差を相殺する角度フィードバックフィルタ200(GANG)を設けることにより、対策前の特性が改善されていることが分かる。即ち、ゲイン特性も位相特性も平坦な特性となっている。
Figure 2017154548
FIG. 9 compares the mechanism of the problem that the detected current does not follow the current command value during steering with a Bode diagram. Before the countermeasure, the back electromotive voltage compensation logic has LPF (40 Hz), and the back electromotive voltage is Cannot fully compensate. This cancellation error enters the control loop as a disturbance, and this causes the detected current to not follow the current command value. However, by providing the angle feedback filter 200 (G ANG ) that cancels the back electromotive force compensation error, which is the difference between the motor back electromotive voltage and the back electromotive force compensation signal, the characteristics before countermeasures are improved. I understand. That is, the gain characteristic and the phase characteristic are flat.

1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
20、100 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
31、220 電流指令値演算部
34、223 PI制御部
35、224 PWM制御部
36、225 インバータ
101,102 制御フィルタ
110 電気系特性部
120 機械系特性部
131 ローパスフィルタ(LPF)
200 角度フィードバック(FB)フィルタ
221 2相/3相変換部
227 3相/2相変換部
1 Handle 2 Column shaft (steering shaft, handle shaft)
10 Torque sensor 12 Vehicle speed sensor 20, 100 Motor 30 Control unit (ECU)
31, 220 Current command value calculation unit 34, 223 PI control unit 35, 224 PWM control unit 36, 225 Inverter 101, 102 Control filter 110 Electrical system characteristic unit 120 Mechanical system characteristic unit 131 Low pass filter (LPF)
200 Angle Feedback (FB) Filter 221 2 Phase / 3 Phase Converter 227 3 Phase / 2 Phase Converter

Claims (5)

電流指令値に基づく電流フィードバック制御でモータを駆動制御すると共に、モータ角度若しくはモータ角速度に基づく逆起電圧補償信号によりモータ逆起電圧の補償を行うモータ制御装置において、
前記モータ逆起電圧を補償する経路にノイズ除去用のLPFが設けられると共に、前記モータ制御のフィードバック経路に、前記モータ逆起電圧と前記逆起電圧補償信号との差である逆起電圧補償誤差を相殺する角度フィードバックフィルタが設けられていることを特徴とするモータ制御装置。
In the motor control device that performs drive control of the motor by current feedback control based on the current command value and compensates for the motor back electromotive force by the back electromotive force compensation signal based on the motor angle or the motor angular speed,
An LPF for noise removal is provided in a path for compensating the motor back electromotive voltage, and a back electromotive voltage compensation error which is a difference between the motor back electromotive voltage and the back electromotive voltage compensation signal is provided in the feedback path of the motor control. An angle feedback filter that cancels out the noise is provided.
前記モータの制御がdq軸ベクトル制御である請求項1に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1, wherein the control of the motor is dq axis vector control. 前記電流指令値がdq軸電流指令値であり、前記制御部が2相フィードバック式ベクトル制御系である請求項2に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 2, wherein the current command value is a dq-axis current command value, and the control unit is a two-phase feedback vector control system. 前記電流指令値がdq軸電流指令値であり、前記制御部が3相フィードバック式ベクトル制御系である請求項2に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 2, wherein the current command value is a dq-axis current command value, and the control unit is a three-phase feedback vector control system. 請求項1乃至4のいずれかに記載のモータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置。
An electric power steering device equipped with the motor control device according to claim 1.
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