JP4581574B2

JP4581574B2 - モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4581574B2
Application number: JP2004260611A
Authority: JP
Inventors: 浩鈴木
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: DE602005001996D1; EP1634797B1; US20060049784A1; EP1634797A2; US7126304B2; EP1634797A3; JP2006081260A; DE602005001996T2

Description

本発明は、モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、直流電源から供給される直流電圧をＰＷＭインバータにより三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力に変換してブラシレスモータに供給するモータ制御装置がある。
図７に示すように、ＰＷＭインバータは、直列に接続された一対のスイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴ等）５１ａ，５１ｂからなるアーム５２を基本単位として、各相に対応する３つのアーム５２を並列接続することにより構成される。そして、モータ制御装置は、各アームの高位側のスイッチング素子５１ａと低位側のスイッチング素子５１ｂとを所定のタイミングで交互にオン／オフすることにより、ブラシレスモータ５３に三相の駆動電力を供給する。

ところで、こうしたモータ制御装置では、通常、高位側のスイッチング素子５１ａと低位側のスイッチング素子５１ｂとの短絡（アーム短絡）を防止するために、そのオン／オフの切替時には、各スイッチング素子５１ａ，５１ｂが共にオフとなる所謂デッドタイムが設けられている。しかし、このデッドタイムの存在により、電圧指令値とＰＷＭインバータの出力電圧との間に誤差が生じ、これによりトルクリップルや振動、異音の原因となる電流歪みが発生するという問題がある。

特に、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）においては、アシスト力（アシストトルク）の制御目標量である電流指令値と実電流値との偏差に基づくフィードバック制御により駆動源であるモータの制御が実行されるが、低速操舵時、即ちモータの低速回転時には、トルクセンサにノイズがのりやすい。とりわけＰＷＭインバータに大電流が流れる据え切り時は、ノイズが発生しやすく、こうしたノイズにモータの回転が反応することによる影響（回転の不安定化に伴う騒音や振動）は顕著なものとなる。従って、低速回転時のフィードバックゲインは、低く抑えるのが一般的であり、低速回転時には、上記のようなデッドタイムの設定に伴う電流歪みの影響が現れやすい。

そこで、従来、こうしたＥＰＳ用のものを含む多くのモータ制御装置では、こうしたデッドタイムに起因する電流歪みを抑制すべく、その電圧指令値と出力電圧との間の誤差を低減する所謂デッドタイム補償が行われている。

例えば、非特許文献１には、図８に示すように、搬送波である三角波δとの比較により各スイッチング素子５１ａ，５１ｂのオン／オフタイミングを決定するためのＤＵＴＹ指示値αxに、その電流方向に応じて、予め設定されたデッドタイム補償量βを加算又は減算する方法が開示されている。

具体的には、アーム５２に対応するＸ相（Ｘ＝Ｕ，Ｖ，Ｗ、以下同様）の電流方向が、アーム５２からブラシレスモータ５３に向かう方向、即ち「正」（図７中右方向）である場合にはＤＵＴＹ指示値αxにデッドタイム補償量βを加算する。そして、その電流方向が、ブラシレスモータ５３からアーム５２に向かう方向、即ち「負」（図７中左方向）である場合にはＤＵＴＹ指示値αxからデッドタイム補償量βを減算する。これにより、三角波δの周期Ｔ内にＸ相の出力電圧Ｖxが電源電圧Ｖbとなる時間（ｔ３＋ｔ４又はｔ５＋ｔ６）と、デッドタイムを設けない場合（理想電圧波形）のその時間（ｔ１＋ｔ２）とを等しくすることができ、電圧指令値とＰＷＭインバータの出力電圧とを一致させてデッドタイムに起因する電流歪みを抑制することができるようになる。
杉山英彦，「ＡＣサーボモータシステムの理論と設計の実際」，第６版，総合電子出版社，２００２年８月，ｐ．５６−５８

ところが、近年では、マイコンによるソフトウェアサーボが主流となっており、上記のようなデッドタイム補償制御を含むモータ制御、即ちＰＷＭインバータの各スイッチング素子をオン／オフ制御するためのゲートオン／オフ信号の出力（更新）は、モータの回転速度に関わらず、定時割り込みにより所定周期毎に行われる。つまり、モータが高速回転するほど、ゲートオン／オフ信号の一出力（更新）あたりのモータ回転数が増加する、即ちモータ制御が粗くなる傾向がある。

そのため、ゲートオン／オフ信号の更新までの間に、上記デッドタイム補償の切替タイミングである電流ゼロクロス点が移動、即ち制御上の切替タイミングと実際の切替タイミングとの間にズレが生じ、本来、デッドタイム補償量βを加算すべきところを減算する、或いは減算すべきところを加算することで、却って電流歪みを助長してしまう場合がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、回転速度に関わらず、精度良くデッドタイムの設定に伴う電流歪みを補償することができるモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、電流指令値と実電流値との偏差に基づくフィードバック制御によりＤＵＴＹ指示値を生成するＤＵＴＹ指示値生成手段と、前記ＤＵＴＹ指示値と搬送波との比較によりゲートオン／オフ信号を出力するＰＷＭ出力手段と、直列接続された一対のスイッチング素子を並列接続してなり各スイッチング素子が前記ゲートオン／オフ信号に基づきオン／オフすることにより直流電源を三相の駆動電力に変換してブラシレスモータに供給するＰＷＭインバータとを備え、前記各スイッチング素子のオン／オフ切替時にはそのアーム短絡を防止するためのデッドタイムが設定されるとともに、前記ゲートオン／オフ信号はモータの回転速度に関わらず所定周期毎に更新されるモータ制御装置であって、各相の電流方向を判定する判定手段と、前記ブラシレスモータの回転角速度を演算する回転角速度演算手段と、前記回転角速度に基づいて、前記ＤＵＴＹ指示値を補正するための補償量を決定する補償量決定手段と、前記電流方向に応じて、前記ＤＵＴＹ指示値に前記補償量を加算又は減算するデッドタイム補償手段と、前記回転角速度に基づいて、前記フィードバック制御のフィードバックゲインを決定するゲイン決定手段とを備え、前記補償量決定手段は、前記回転角速度の絶対値が大となるほどモータ制御が粗くなり、前記補償量を加算又は減算するデッドタイム補償の切替タイミングにズレが発生するので、前記補償量を小とすることで加算又は減算の逆転による影響を小さくし、前記ゲイン決定手段は、前記回転角速度の絶対値が大となるほど前記フィードバック制御の応答性を高めるべく前記フィードバックゲインを大とすること、を要旨とする。

請求項２に記載の発明は、電流指令値と実電流値との偏差に基づくフィードバック制御によりＤＵＴＹ指示値を生成するＤＵＴＹ指示値生成手段と、前記ＤＵＴＹ指示値と搬送波との比較によりゲートオン／オフ信号を出力するＰＷＭ出力手段と、直列接続された一対のスイッチング素子を並列接続してなり各スイッチング素子が前記ゲートオン／オフ信号に基づきオン／オフすることにより直流電源を三相の駆動電力に変換してブラシレスモータに供給するＰＷＭインバータとを備え、前記各スイッチング素子のオン／オフ切替時にはそのアーム短絡を防止するためのデッドタイムが設定されるとともに、前記ゲートオン／オフ信号はモータの回転速度に関わらず所定周期毎に更新されるモータ制御装置であって、各相の電流方向を判定する判定手段と、前記ブラシレスモータの回転角速度を演算する回転角速度演算手段と、前記回転角速度に基づいて、前記ＤＵＴＹ指示値を補正するための補償量を決定する補償量決定手段と、前記電流方向に応じて、前記ＤＵＴＹ指示値に前記補償量を加算又は減算するデッドタイム補償手段と、前記回転角速度に基づいて、前記フィードバック制御のフィードバックゲインを決定するゲイン決定手段とを備え、前記補償量決定手段は、前記回転角速度の絶対値が所定値より大きい場合には、モータ制御が粗くなり、前記補償量を加算又は減算するデッドタイム補償の切替タイミングにズレが発生するので、前記補償量の値を前記回転角速度の絶対値が前記所定値以下である場合の値よりも小とすることで加算又は減算の逆転による影響を小さくし、前記ゲイン決定手段は、前記回転角速度の絶対値が大となるほど前記フィードバック制御の応答性を高めるべく前記フィードバックゲインを大とすること、を要旨とする。

請求項３に記載の発明は、前記補償量決定手段は、前記回転角速度の絶対値が前記所定値より大きい場合の前記補償量の値をゼロとすること、を要旨とする。
上記各構成によれば、ブラシレスモータの回転角速度の絶対値が大となる場合、即ちモータ制御が粗くなる高速回転時には、ＤＵＴＹ指示値に加算又は減算される補償量の値が小さくなるため、その加算又は減算の切替タイミングにズレが発生した場合であっても、その逆転による影響は小さなものとなる。そして、デッドタイムの設定による電流歪みは、即ちフィードバック制御の追従性向上により抑制することが可能である。特に、請求項３に記載の構成では、回転角速度の絶対値が所定値より大きい場合には、実質的に補償量の加算又は減算によるデッドタイム補償を行わないため、ＤＵＴＹ指示値への補償量の加算又は減算の逆転に伴う電流歪みの発生を排除することができる。また、従来同様に、低速回転時におけるフィードバックゲインを低く設定してノイズの影響による騒音や振動を回避しつつ、デッドタイムの設定による電流歪みは、電流方向に応じた補償量の加算又は減算により抑制することができる。従って、回転速度に関わらず、精度良くデッドタイムの設定に伴う電流歪みを補償することができる。尚、請求項２又は請求項３に記載の構成においては、所定値は、上記補償量の加算又は減算の逆転が発生しうる回転角速度に設定するとよい。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうちの何れか一項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置であることを要旨とする。

本発明によれば、回転速度に関わらず、精度良くデッドタイムの設定に伴う電流歪みを補償することが可能なモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。

以下、本発明を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、ＥＰＳ１は、車両の操舵系にアシスト力を付与する駆動源としてのブラシレスモータ２と、該ブラシレスモータ２を制御するモータ制御装置としてのＥＣＵ３とを備えている。

ステアリングホイール（ステアリング）４は、ステアリングシャフト５を介してラック６に連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト５の回転は、ラックアンドピニオン機構（図示略）にてラック６の往復直線運動に変換され操舵輪８に伝達される。本実施形態のＥＰＳ１は、ブラシレスモータ２がラック６と同軸に配置された所謂ラック型ＥＰＳであり、ブラシレスモータ２が発生するアシストトルクは、ボール送り機構（図示略）を介してラック６に伝達される。そして、ＥＣＵ３は、このブラシレスモータ２が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御するようになっている。

図２に示すように、ＥＣＵ３は、ゲートオン／オフ信号を出力するマイコン１１と、ゲートオン／オフ信号に基づいてブラシレスモータ２に三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給するＰＷＭインバータ１２とを備えている。

本実施形態では、ＥＣＵ３には、操舵トルクτを検出するためのトルクセンサ１４、及び車速センサ１５が接続されており（図１参照）、マイコン１１は、入力された操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて操舵系に付与するアシスト力、即ちブラシレスモータ２が発生するアシストトルクを決定する。また、マイコン１１には、ブラシレスモータ２に通電される電流値を検出するための電流センサ１７，１８、及びブラシレスモータ２の回転角（電気角）θを検出するための回転角センサ１９が接続されており、マイコン１１は、これら各センサの出力信号に基づいてブラシレスモータ２の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、及びその回転角θを検出する。そして、マイコン１１は、この検出された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び回転角θに基づいて、上記決定されたアシストトルクを発生させるべく、ブラシレスモータ２にゲートオン／オフ信号を出力する。

一方、ＰＷＭインバータ１２は、ブラシレスモータ２の各相に対応する複数（２×３個）のパワーＭＯＳＦＥＴ（以下、単にＦＥＴ）により構成されている。具体的には、それぞれＦＥＴ２１ａ，２１ｄの直列回路、ＦＥＴ２１ｂ，２１ｅの直列回路及びＦＥＴ２１ｃ，２１ｆの直列回路からなる３つのアーム２２ｕ，２２ｖ，２２ｗを並列接続することにより構成されている。そして、ＦＥＴ２１ａ，２１ｄの接続点２３ｕはブラシレスモータ２のＵ相コイルに、ＦＥＴ２１ｂ，２１ｅの接続点２３ｖはブラシレスモータ２のＶ相コイルに、ＦＥＴ２１ｃ，２１ｆの接続点２３ｗはブラシレスモータ２のＷ相コイルに接続されている。

そして、マイコン１１の出力するゲートオン／オフ信号が、各ＦＥＴ２１ａ〜２１ｆのゲート端子に印加され、そのゲートオン／オフ信号に応答して各ＦＥＴ２１ａ〜２１ｆがオン／オフすることにより、直流電源２５から供給される直流電圧が各相の駆動電力に変換されてブラシレスモータ２へと供給されるようになっている。

（モータ制御及びデッドタイム補償）
次に、本実施形態におけるモータ制御並びにデッドタイム補償の態様について説明する。

本実施形態では、マイコン１１は、相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ座標系に写像することにより（ｄ／ｑ変換）、同ｄ／ｑ座標系における電流フィードバック制御を実行する。そして、ＰＷＭインバータ１２を構成する各ＦＥＴ２１ａ〜２１ｆのオン／オフタイミングを決定するＤＵＴＹ指示値を生成し、そのＤＵＴＹ指示値に基づいてゲートオン／オフ信号の出力を実行する。

詳述すると、トルクセンサ１４により検出された操舵トルクτ、及び車速センサ１５により検出された車速Ｖは、電流指令値演算部３１に入力され、電流センサ１７，１８により検出された各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、及び回転角センサ１９により検出された回転角θは、ｄ／ｑ変換演算部３２へと入力される。そして、電流指令値演算部３１は、その操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、アシストトルクの制御目標であるｑ軸電流指令値Ｉq*を演算し、ｄ／ｑ変換演算部３２は、入力された回転角θに基づいて、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ／ｑ座標系のｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqに変換する。

電流指令値演算部３１により演算されたｑ軸電流指令値Ｉq*、並びにｄ／ｑ変換演算部３２により演算されたｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqは、それぞれｄ／ｑ各軸に対応するＰＩ制御演算部３３，３４に入力される。尚、本実施形態では、ｄ軸に対応するＰＩ制御演算部３３には、ｄ軸電流指令値Ｉd*としてゼロ（Ｉd*＝０）が入力される。そして、ＰＩ制御演算部３３は、ｄ軸電流指令値Ｉd*とｄ軸電流値Ｉdとの偏差に基づくフィードバック制御（比例・積分制御）によりｄ軸電圧指令値Ｖd*を演算し、同様に、ＰＩ制御演算部３４は、ｑ軸電流指令値Ｉq*とｑ軸電流値Ｉqとの偏差に基づきｑ軸電圧指令値Ｖq*を演算する。

また、本実施形態のマイコン１１は、回転角θに基づきブラシレスモータ２の回転角速度ωを演算する回転角速度演算手段としての回転角速度演算部３５と、その回転角速度ωに基づいてフィードバック制御に用いるフィードバックゲインを決定するゲイン決定手段としてのフィードバックゲイン決定部３６とを備えている。

本実施形態では、フィードバックゲイン決定部３６は、上記フィードバックゲインとしてｄ軸比例ゲインＫdp及びｄ軸積分ゲインＫdi、並びにｑ軸比例ゲインＫqp及びｑ軸積分ゲインＫqiを決定する。具体的には、フィードバックゲイン決定部３６は、回転角速度ωの絶対値と上記各フィードバックゲイン（Ｋdp，Ｋdi，Ｋqp，Ｋqi）とが各々関係付けられたゲインマップ３６ａ〜３６ｄを有しており（図３（ａ）〜（ｄ）参照）、各ゲインマップ３６ａ〜３６ｄにおいて、各フィードバックゲインは、回転角速度ωの絶対値が大となるほど大となるように設定されている。そして、フィードバックゲイン決定部３６は、これら各ゲインマップ３６ａ〜３６ｄに基づいて、回転角速度ωに応じた各フィードバックゲイン、即ちｄ軸比例ゲインＫdp及びｄ軸積分ゲインＫdi、並びにｑ軸比例ゲインＫqp及びｑ軸積分ゲインＫqiを決定する。

つまり、本実施形態では、回転角速度ωの絶対値が大、即ちブラシレスモータ２が高速に回転するほど、フィードバックゲイン決定部３６において、追従性の高い大きな値を有するフィードバックゲインが決定される。そして、各ＰＩ制御演算部３３，３４は、このフィードバックゲイン決定部３６により決定された各フィードバックゲインに基づいて、上記のフィードバック制御を実行する。

各ＰＩ制御演算部３３，３４により演算されたｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*は、回転角θとともにｄ／ｑ逆変換演算部３７に入力され、同ｄ／ｑ逆変換演算部３７は、入力された回転角θに基づきｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相の相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換しＰＷＭ演算部３８に出力する。そして、ＰＷＭ演算部３８は、この各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に基づいて、各相のＤＵＴＹ指示値αu，αv，αwを生成する。即ち、本実施形態では、ｄ／ｑ変換演算部３２、ＰＩ制御演算部３３，３４、ｄ／ｑ逆変換演算部３７、及びＰＷＭ演算部３８によりＤＵＴＹ指示値生成手段が構成されている。

また、本実施形態のマイコン１１は、デッドタイムに起因する電流歪みを補償すべく各相のＤＵＴＹ指示値αu，αv，αwを補正する判定手段及びデッドタイム補償手段としてのデッドタイム補償演算部３９と、その補償量を決定する補償量決定手段としてのデッドタイム補償量決定部４０とを備えている。そして、デッドタイム補償演算部３９により補正された補正後のＤＵＴＹ指示値αu´，αv´，αw´が、ＰＷＭ出力手段としてのＰＷＭ出力部４１に入力されるようになっている。

詳述すると、デッドタイム補償量決定部４０は、各相のデッドタイム補償量βu，βv，βwと回転角速度ωの絶対値とが各々関連付けられた補償量マップ４０ａ〜４０ｃを有しており（図４（ａ）〜（ｃ）参照）、各補償量マップ４０ａ〜４０ｃにおいて各デッドタイム補償量βu，βv，βwは、回転角速度ωの絶対値が大となるほど小となるように設定されている。そして、デッドタイム補償量決定部４０は、これら各補償量マップ４０ａ〜４０ｃに基づいて、回転角速度ωに応じた各デッドタイム補償量βu，βv，βwを決定する。

つまり、本実施形態では、回転角速度ωの絶対値が大、即ちブラシレスモータ２が高速に回転するほど、デッドタイム補償量決定部４０において、小さな値を有する各デッドタイム補償量βu，βv，βwが決定される。そして、デッドタイム補償演算部３９は、このデッドタイム補償量決定部４０により決定された各デッドタイム補償量βu，βv，βwに基づいて、各相のＤＵＴＹ指示値αu，αv，αwを補正する。

一方、デッドタイム補償演算部３９には、各相のＤＵＴＹ指示値αx（Ｘ＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）及びデッドタイム補償量βxとともに、その相電流値Ｉxが入力されるようになっており、デッドタイム補償演算部３９は、各相電流値Ｉxに基づいて、各相の電流方向を判定する。そして、デッドタイム補償演算部３９は、各相のＤＵＴＹ指示値αxに対し、その電流方向に応じて、上記のデッドタイム補償量βxを加算又は減算することにより、同ＤＵＴＹ指示値αxを補正する。

即ち、図５のフローチャートに示すように、デッドタイム補償演算部３９は、Ｘ相のＤＵＴＹ指示値αxの入力（ステップ１０１）、デッドタイム補償量βxの入力（ステップ１０２）、及びＸ相の相電流値Ｉxの入力がなされると（ステップ１０３）、先ず、その電流方向が「正」であるか否かを判定する（ステップ１０４）。そして、その電流方向が正方向（Ｉx＞０、ステップ１０４：ＹＥＳ）である場合には、そのＤＵＴＹ指示値αxに、上記ステップ１０２において入力されたデッドタイム補償量βxを加算することにより同ＤＵＴＹ指示値αxを補正し、その補正後のＤＵＴＹ指示値αx´をＰＷＭ出力部４１に出力する（αx´＝αx＋βx、ステップ１０５）。

一方、上記ステップ１０４において、Ｘ相の電流方向が正方向ではないと判定した場合（ステップ１０４：ＮＯ）である場合には、マイコン１１は、続いてその電流方向が「負」であるか否かを判定する（ステップ１０６）。そして、その電流方向が負方向（Ｉx＜０、ステップ１０６：ＹＥＳ）である場合には、そのＤＵＴＹ指示値αxから上記ステップ１０２において入力されたデッドタイム補償量βxを減算することにより同ＤＵＴＹ指示値αxを補正し、その補正後のＤＵＴＹ指示値αx´をＰＷＭ出力部４１に出力する（αx´＝αx−βx、ステップ１０７）。

尚、上記ステップ１０６において、Ｘ相の電流方向を「負」ではないと判定した場合（ステップ１０６：ＮＯ）、即ちＸ相の相電流値が「０」である場合には、デッドタイム補償演算部３９は、上記ステップ１０１において入力されたＤＵＴＹ指示値αxを補正しない（αx´＝αx、ステップ１０８）。

このように、デッドタイム補償演算部３９は、各相毎に上記ステップ１０１〜ステップ１０８の処理を実行することにより、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各相のＤＵＴＹ指示値αu，αv，αwを補正し、その補正後のＤＵＴＹ指示値αu´，αv´，αw´をＰＷＭ出力部４１に出力する。そして、ＰＷＭ出力部４１は、デッドタイム補償演算部３９により補正された補正後のＤＵＴＹ指示値αu´，αv´，αw´と搬送波である三角波δとの比較に基づいてゲートオン／オフ信号を生成し（図８参照）、そのゲートオン／オフ信号をＰＷＭインバータ１２へと出力する。

次に、本実施形態のマイコン１１によるモータ制御の処理手順について説明する。
本実施形態では、マイコン１１は、定時割り込みにより所定周期毎（例えば２００μ秒毎）に、図６のフローチャートに示すステップ２０１〜ステップ２１１の各処理を実行する。

即ち、マイコン１１は、先ず、上記各センサの出力信号に基づいて各状態量（相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw、回転角θ、操舵トルクτ、車速Ｖ）を検出し（ステップ２０１）、続いてブラシレスモータ２が発生するアシストトルクの制御目標であるｑ軸電流指令値Ｉq*、並びにｄ軸電流指令値Ｉd*（Ｉd*＝０）を演算する（ステップ２０２）。そして、ｄ／ｑ変換により、上記ステップ２０１において検出された相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉwをｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqに変換する（ステップ２０３）。

次に、マイコン１１は、回転角θを時間で微分する（前回制御時の値と今回の値の差分値を所定周期で除する）ことにより、ブラシレスモータ２の回転角速度ωを演算し（ステップ２０４）、続いてその回転角速度ωに応じたフィードバックゲイン、即ちｄ軸比例ゲインＫdp及びｄ軸積分ゲインＫdi、並びにｑ軸比例ゲインＫqp及びｑ軸積分ゲインＫqiを決定する（ステップ２０５）。そして、このステップ２０５において決定した各フィードバックゲインを用いて、ｄ軸電流指令値Ｉd*とｄ軸電流値Ｉd、並びにｑ軸電流指令値Ｉq*とｑ軸電流値Ｉqとの偏差に基づくフィードバック制御演算（比例・積分制御）を実行することにより、ｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を演算する（ステップ２０６）。

続いて、マイコン１１は、ｄ／ｑ逆変換により、上記ステップ２０６において演算したｄ軸電圧指令値Ｖd*及びｑ軸電圧指令値Ｖq*を三相の相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換する（ステップ２０７）。そして、この相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に基づいて各相のＤＵＴＹ指示値αu，αv，αwを生成する（ＰＷＭ制御演算、ステップ２０８）。

次に、マイコン１１は、上記ステップ２０４において演算された回転角速度ωに基づいて、同回転角速度ωに応じた各相のデッドタイム補償量βu，βv，βwを決定し（ステップ２０９）、そのデッドタイム補償量βu，βv，βwを用いてＤＵＴＹ指示値αu，αv，αwを補正する（デッドタイム補償演算（図５参照）、ステップ２１０）。そして、このステップ２１０において演算された補正後のＤＵＴＹ指示値αu´，αv´，αw´に基づいてゲートオン／オフ信号を生成し、そのゲートオン／オフ信号をＰＷＭインバータ１２に出力する（ＰＷＭ出力、ステップ２１１）。

（作用・効果）
次に、上記のように構成された本実施形態のＥＰＳ１の作用・効果について説明する。
上述のように、マイコンによるソフトウェアサーボでは、ゲートオン／オフ信号の出力（更新）は、定時割り込みにより所定周期毎に行われる。そのため、モータが高速回転するほど、ゲートオン／オフ信号の一出力（更新）あたりのモータ回転数が増加する、即ちモータ制御が粗くなる傾向があり、その結果、オン／オフ信号の更新までの間の電流ゼロクロス点の移動によって、上記デッドタイム補償の切替タイミングにズレが生じてしまう。つまり、本来、ＤＵＴＹ指示値αxにデッドタイム補償量βxを加算すべきところを減算する、或いは減算すべきところを加算してしまい、却って電流歪みを助長する場合がある。

この点を踏まえ、本実施形態のマイコン１１は、ブラシレスモータ２の回転角速度ωを演算する回転角速度演算部３５と、その回転角速度ωに基づいて、フィードバックゲイン（Ｋdp，Ｋdi，Ｋqp，Ｋqi）を決定するフィードバックゲイン決定部３６と、デッドタイム補償量βu，βv，βwを決定するデッドタイム補償量決定部４０とを備える。そして、フィードバックゲイン決定部３６は、回転角速度ωの絶対値が大、即ちブラシレスモータ２が高速に回転するほど、追従性の高い大きな値を有するフィードバックゲイン（Ｋdp，Ｋdi，Ｋqp，Ｋqi）を決定し、デッドタイム補償量決定部４０は、回転角速度ωの絶対値が大となるほど小さな値を有するデッドタイム補償量βu，βv，βwを決定する。

このように構成すれば、ブラシレスモータ２の回転角速度ωの絶対値が大となる場合、即ちモータ制御が粗くなる高速回転時には、ＤＵＴＹ指示値αx（Ｘ＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）に加算又は減算されるデッドタイム補償量βxの値が小さくなるため、その切替タイミングにズレが発生した場合であっても、その逆転による影響は小さなものとなる。そして、このデッドタイム補償量βxの低減による電流歪みは、各フィードバックゲインの増大、即ちフィードバック制御の追従性向上により抑制することが可能である。また、従来同様に、低速回転時におけるフィードバックゲインを低く設定してノイズの影響による騒音や振動を回避しつつ、デッドタイムによる電流歪みは、デッドタイム補償量βxの加算又は減算により抑制することができる。従って、回転速度に関わらず、精度良くデッドタイムの設定に伴う電流歪みを補償することができる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、デッドタイム補償量決定部４０は、回転角速度ωの絶対値が大となるほど小さな値を有するデッドタイム補償量βxを決定することとした。しかし、これに限らず、回転角速度ωの絶対値が予め設定された所定値より大きい場合には、デッドタイム補償量βxの値を回転角速度ωの絶対値が所定値以下である場合の値よりも小とする構成としてもよい。また、その際、回転角速度ωの絶対値が所定値より大きい場合のデッドタイム補償量βxの値をゼロ、即ち、回転角速度ωが所定値より大きい場合には、実質的にデッドタイム補償量βxの加算又は減算によるデッドタイム補償を行わないこととしてもよい。このような構成としても本実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、デッドタイム補償量βxをゼロとすることで、ＤＵＴＹ指示値αxへのデッドタイム補償量βxの加算又は減算の逆転に伴う電流歪みの発生を排除することができる。尚、この場合の所定値としては、実験やシュミュレーション等により求めたデッドタイム補償量βxの加算又は減算の逆転が発生しうる回転角速度ωの値を設定するとよい。

・本実施形態では、フィードバックゲイン決定部３６は、ゲインマップ３６ａ〜３６ｄに基づいて、また、デッドタイム補償量決定部４０は、補償量マップ４０ａ〜４０ｃに基づいて、回転角速度ωに応じたフィードバックゲイン（Ｋdp，Ｋdi，Ｋqp，Ｋqi）、並びにデッドタイム補償量βu，βv，βwを決定することとした。しかし、これに限らず、回転角速度ωの関数を用いて決定する構成としてもよい。また、マップ演算により決定する場合であっても、そのマップ形状は、ゲインマップ３６ａ〜３６ｄ及び補償量マップ４０ａ〜４０ｃに限るものではなく、回転角速度ωの絶対値が大となるに従って、デッドタイム補償量は単調減少、フィードバックゲインは単調増加する構成であればよい。

・更に、比例ゲイン及び積分ゲインは、必ずしも回転角速度ωの絶対値が大となるに従って、「ともに」大とする必要はなく、比例ゲイン又は積分ゲインの何れかのみを大としてもよく、結果的にフィードバック制御の追従性（応答性）が向上するのであれば、場合によっては、他方を小とする構成であってもよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる請求項以外の技術的思想を記載する。
（イ）請求項１〜請求項３のうちの何れか一項に記載のモータ制御装置において、ＤＵＴＹ指示値生成手段は、前記ブラシレスモータに供給される三相の相電流値をｄ／ｑ座標系のｄ軸電流値及びｑ軸電流値に変換するｄ／ｑ変換手段と、該ｄ軸電流値及びｑ軸電流値とｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値との各偏差に基づくフィードバック制御によりｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を演算するフィードバック制御手段と、該ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を三相の相電圧指令値に変換するｄ／ｑ逆変換手段と、該各相電圧指令値に基づいてＤＵＴＹ指示値を演算するＰＷＭ演算手段とを備え、前記ゲイン演算部は、前記フィードバックゲインとして、ｄ軸及びｑ軸に対応する各比例ゲイン及び積分ゲインを演算すること、を特徴とするモータ制御装置。

ＥＰＳの概略構成図。ＥＣＵの概略構成を示すブロック図。（ａ）〜（ｄ）ゲインマップの概略構成図。（ａ）〜（ｃ）補償量マップの概略構成図。デッドタイム補償演算の処理手順を示すフローチャート。モータ制御の処理手順を示すフローチャート。ＰＷＭインバータを構成するアームの概略図。デッドタイム補償の作用を説明する波形図。

符号の説明

１…ＥＰＳ、２，５３…ブラシレスモータ、３…ＥＣＵ、１１…マイコン、１２…ＰＷＭインバータ、１７，１８…電流センサ、１９…回転角センサ、２１ａ〜２１ｆ…ＦＥＴ、２２ｕ，２２ｖ，２２ｗ，５２…アーム、２５…直流電源、３１…電流指令値演算部、３２…ｄ／ｑ変換演算部、３３，３４…ＰＩ制御演算部、３５…回転角速度演算部、３６…フィードバックゲイン決定部、３６ａ〜３６ｄ…ゲインマップ、３７…ｄ／ｑ逆変換演算部、３８…ＰＷＭ演算部、３９…デッドタイム補償演算部、４０…デッドタイム補償量決定部、４１…ＰＷＭ出力部、５１ａ，５１ｂ…スイッチング素子、θ…回転角、ω…回転角速度、Ｉx（Ｉu，Ｉv，Ｉw）…相電流値、Ｉd…ｄ軸電流値、Ｉq…ｑ軸電流値、Ｉd*…ｄ軸電流指令値、Ｉq*…ｑ軸電流指令値、Ｖd*…ｄ軸電圧指令値、Ｖq*…ｑ軸電圧指令値、Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*…相電圧指令値、αx（αu，αv，αw），αx´（αu´，αv´，αw´）…ＤＵＴＹ指示値、β，βx（βu，βv，βw）…デッドタイム補償量。

Claims

電流指令値と実電流値との偏差に基づくフィードバック制御によりＤＵＴＹ指示値を生成するＤＵＴＹ指示値生成手段と、前記ＤＵＴＹ指示値と搬送波との比較によりゲートオン／オフ信号を出力するＰＷＭ出力手段と、直列接続された一対のスイッチング素子を並列接続してなり各スイッチング素子が前記ゲートオン／オフ信号に基づきオン／オフすることにより直流電源を三相の駆動電力に変換してブラシレスモータに供給するＰＷＭインバータとを備え、前記各スイッチング素子のオン／オフ切替時にはそのアーム短絡を防止するためのデッドタイムが設定されるとともに、前記ゲートオン／オフ信号はモータの回転速度に関わらず所定周期毎に更新されるモータ制御装置であって、
各相の電流方向を判定する判定手段と、
前記ブラシレスモータの回転角速度を演算する回転角速度演算手段と、
前記回転角速度に基づいて、前記ＤＵＴＹ指示値を補正するための補償量を決定する補償量決定手段と、
前記電流方向に応じて、前記ＤＵＴＹ指示値に前記補償量を加算又は減算するデッドタイム補償手段と、
前記回転角速度に基づいて、前記フィードバック制御のフィードバックゲインを決定するゲイン決定手段とを備え、
前記補償量決定手段は、前記回転角速度の絶対値が大となるほどモータ制御が粗くなり、前記補償量を加算又は減算するデッドタイム補償の切替タイミングにズレが発生するので、前記補償量を小とすることで加算又は減算の逆転による影響を小さくし、前記ゲイン決定手段は、前記回転角速度の絶対値が大となるほど前記フィードバック制御の応答性を高めるべく前記フィードバックゲインを大とすること、を特徴とするモータ制御装置。
電流指令値と実電流値との偏差に基づくフィードバック制御によりＤＵＴＹ指示値を生成するＤＵＴＹ指示値生成手段と、前記ＤＵＴＹ指示値と搬送波との比較によりゲートオン／オフ信号を出力するＰＷＭ出力手段と、直列接続された一対のスイッチング素子を並列接続してなり各スイッチング素子が前記ゲートオン／オフ信号に基づきオン／オフすることにより直流電源を三相の駆動電力に変換してブラシレスモータに供給するＰＷＭインバータとを備え、前記各スイッチング素子のオン／オフ切替時にはそのアーム短絡を防止するためのデッドタイムが設定されるとともに、前記ゲートオン／オフ信号はモータの回転速度に関わらず所定周期毎に更新されるモータ制御装置であって、
各相の電流方向を判定する判定手段と、
前記ブラシレスモータの回転角速度を演算する回転角速度演算手段と、
前記回転角速度に基づいて、前記ＤＵＴＹ指示値を補正するための補償量を決定する補償量決定手段と、
前記電流方向に応じて、前記ＤＵＴＹ指示値に前記補償量を加算又は減算するデッドタイム補償手段と、
前記回転角速度に基づいて、前記フィードバック制御のフィードバックゲインを決定するゲイン決定手段とを備え、
前記補償量決定手段は、前記回転角速度の絶対値が所定値より大きい場合には、モータ制御が粗くなり、前記補償量を加算又は減算するデッドタイム補償の切替タイミングにズレが発生するので、前記補償量の値を前記回転角速度の絶対値が前記所定値以下である場合の値よりも小とすることで加算又は減算の逆転による影響を小さくし、前記ゲイン決定手段は、前記回転角速度の絶対値が大となるほど前記フィードバック制御の応答性を高めるべく前記フィードバックゲインを大とすること、を特徴とするモータ制御装置。
請求項２に記載のモータ制御装置において、
前記補償量決定手段は、前記回転角速度の絶対値が前記所定値より大きい場合の前記補償量の値をゼロとすること、を特徴とするモータ制御装置。
請求項１〜請求項３のうちの何れか一項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。