JP4908096B2 - Control device and actuator control device - Google Patents
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Description
本発明は、制御装置およびアクチュエータの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device and an actuator control device.
この種、駆動系の一部をなすアクチュエータとしては、たとえば、ボール螺子ナットと、ボール螺子ナットに回転自在に螺合される螺子軸とで構成される送り螺子機構である伝達部材と、螺子軸に連結されるロータを有するモータとを備えて構成されているものが知られ、たとえば、被駆動部材が車両におけるバネ上部材あるいはバネ下部材である場合には、駆動系はサスペンション装置とされる。 As this type of actuator that forms part of the drive system, for example, a transmission member that is a feed screw mechanism including a ball screw nut and a screw shaft that is rotatably engaged with the ball screw nut, and a screw shaft For example, when the driven member is an unsprung member or unsprung member in a vehicle, the drive system is a suspension device. .
以下、アクチュエータについて詳しく説明すると、この種、アクチュエータとしては、たとえば、車両のバネ上部材もしくはバネ下部材の一方に連結される筒と、筒内に固定されるボール螺子ナットと、ボール螺子ナットに回転自在に螺合される螺子軸と、螺子軸に連結されるロータを有するとともにバネ上部材もしくはバネ下部材の他方に連結されるモータとを備えて構成され、螺子軸の回転運動を螺子軸と螺子ナットと送り螺子機構によって螺子軸と筒との軸方向の相対移動に変換することで、モータの発生するトルクを上記相対移動の抑制もしくは助勢に利用することが可能なようになっている。 Hereinafter, the actuator will be described in detail. As this type of actuator, for example, a cylinder connected to one of a sprung member or an unsprung member of a vehicle, a ball screw nut fixed in the cylinder, and a ball screw nut A screw shaft that is rotatably screwed and a motor that has a rotor connected to the screw shaft and that is connected to the other of the sprung member or the unsprung member, and is configured to control the rotational movement of the screw shaft. By converting the axial movement of the screw shaft and the cylinder by the screw nut and the feed screw mechanism, the torque generated by the motor can be used for suppressing or assisting the relative movement. .
また、上記アクチュエータの制御装置は、モータをPWM(Pulse Width Modulation)制御して、アクチュエータが発生する荷重(ダンピングフォース)を可変にすることが可能である(たとえば、特許文献1参照)。
ところで、上記アクチュエータにあっては、モータのロータは螺子軸に連結されるとともに、螺子軸は螺子ナットを介して回転自在に筒に連結される構成を採用していることから、ロータの機械的な共振周波数、すなわち、ロータの周方向振動における共振周波数は、下記の式(1)に示したように、ロータの慣性モーメントと、ロータに連結される部材の全体、この場合、主として螺子軸、トーションバーおよび筒の全体、における捩りバネ定数(周方向の捩り剛性)とによって決せられることになる。
他方、モータをPWM制御する制御装置にあっては、モータの電気子の複数の巻線へ印加する電圧指令値に基づいて上記巻線に流れる電流を制御することになるが、巻線へは電源電圧以上の電圧を印加することができない。そのため、巻線へ印加すべき電圧指令値が電源電圧を超える場合には、電圧指令値は飽和状態となって、モータを正常には制御できない状態となる。 On the other hand, in the control device for PWM control of the motor, the current flowing through the winding is controlled based on the voltage command value applied to the plurality of windings of the motor's armature. A voltage higher than the power supply voltage cannot be applied. Therefore, when the voltage command value to be applied to the winding exceeds the power supply voltage, the voltage command value is saturated, and the motor cannot be normally controlled.
そして、このような状態においては、各巻線に流れる電流を制御することが困難であって、巻線に流れる電流が共振する現象が現れる。この巻線に流れる電流が共振する周波数、すなわち、モータの電気的な共振周波数は、下記の式(2)に示したように、アクチュエータのストローク速度に比例するロータの回転速度に応じて変化することになる。
上記式(2)から理解できるように、モータの電気的な共振周波数は、ロータの回転速度の増加に伴って大きくなる性質を持っている。 As can be understood from the above equation (2), the electrical resonance frequency of the motor has a property of increasing as the rotational speed of the rotor increases.
したがって、従来のアクチュエータにあっては、上記したロータの機械的な共振周波数にロータの回転速度に応じて変化する電気的な共振周波数が近付くと発振するような振動モードとなり、結果、モータが発生するトルクのリップルが大きくなり、ストローク速度が安定せず振動的になってしまう。このような現象は、図8に示すように、特に、アクチュエータのストロークを助勢する側には現れずにストロークを抑制する場合にのみ現れ、モータの電気的な共振周波数がロータの回転速度(アクチュエータのストローク速度)の上昇によってロータの機械的な共振周波数の近傍にまで大きくなると上記振動モードが現れることになり、さらにロータの回転速度(アクチュエータのストローク速度)が上昇すると、モータの電気的な共振周波数はロータの機械的な共振周波数を乗り越えて図中右方にシフトしてロータの機械的な共振周波数から遠ざかることとなり、この振動モードは発現しなくなる。 Therefore, in the conventional actuator, a vibration mode that oscillates when the electrical resonance frequency that changes according to the rotational speed of the rotor approaches the mechanical resonance frequency of the rotor described above, resulting in generation of the motor. The torque ripple increases, and the stroke speed becomes unstable and vibrates . As shown in FIG. 8, such a phenomenon does not appear on the side of assisting the stroke of the actuator but appears only when the stroke is suppressed, and the electric resonance frequency of the motor is the rotational speed of the rotor (actuator The above vibration mode appears when the rotor speed increases to near the mechanical resonance frequency of the rotor, and when the rotor rotational speed (actuator stroke speed) increases, the motor's electrical resonance The frequency goes over the mechanical resonance frequency of the rotor and shifts to the right in the figure to move away from the mechanical resonance frequency of the rotor, and this vibration mode does not appear.
そこで、本発明は、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、モータにおけるロータの振動が励起される振動モードの発現を防止することが可能な制御装置およびアクチュエータの制御装置を提供することである。 Therefore, the present invention was devised to improve the above-described problems, and the object of the present invention is to provide a control device capable of preventing the occurrence of a vibration mode in which the vibration of the rotor in the motor is excited. And an actuator control device.
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段における制御装置は、モータによって駆動される被駆動部材とモータのロータとの間に介装される伝達部材を介して被駆動部材にモータの動力を伝達する駆動系におけるモータを制御する制御装置であって、所定の電気角速度を電圧指令値が飽和した状態で慣性モーメントとして作用するロータの周方向振動を励起する電気角速度の領域より小さい電気角速度とし、ロータの電気角速度が上記所定の電気角速度以上となる場合、電圧指令値をゼロとしてモータを制御する。 In order to achieve the above-described object, the control device in the problem solving means of the present invention is configured such that the motor is connected to the driven member via a transmission member interposed between the driven member driven by the motor and the rotor of the motor. A control device for controlling a motor in a drive system for transmitting power, wherein a predetermined electric angular velocity is smaller than an electric angular velocity region that excites a circumferential vibration of a rotor that acts as a moment of inertia when a voltage command value is saturated. and angular velocity, when the electrical angular velocity of the rotor is equal to or more than the predetermined electrical angular speed, to control the motor voltage command value as zero.
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータの制御装置は、直動部材と回転部材とを有し直動部材の直線運動を回転部材の回転運動に変換する運動変換機構と、回転部材に連結されるロータを有するモータとを備えたアクチュエータの制御装置であって、所定の電気角速度を電圧指令値が飽和した状態で慣性モーメントとして作用するロータの周方向振動を励起する電気角速度の領域より小さい電気角速度とし、ロータの電気角速度が上記所定の電気角速度以上となる場合、電圧指令値をゼロとしてモータを制御することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the actuator control apparatus in the problem solving means of the present invention includes a linear motion member and a rotation member, and a motion conversion mechanism that converts linear motion of the linear motion member into rotational motion of the rotation member; And an actuator control device including a motor having a rotor coupled to a rotating member, and an electric motor that excites a circumferential vibration of the rotor that acts as a moment of inertia when a voltage command value is saturated at a predetermined electrical angular velocity. and less electrical angular velocity than the region of the angular velocity, when the electrical angular velocity of the rotor is equal to or more than the predetermined electrical angular velocity, and controlling the motor voltage command value as zero.
本発明のアクチュエータの制御装置によれば、ロータの電気角速度の上昇によって、モータの電気的な共振周波数がロータの周方向振動における共振周波数に接近して振動モードを発現してしまうまえに、電圧指令値をゼロとして、該振動モードの発現を防止することが可能となる。 According to the actuator control device of the present invention, the increase in the electrical angular velocity of the rotor causes the motor's electrical resonance frequency to approach the resonance frequency in the circumferential vibration of the rotor and develop a vibration mode. It becomes possible to prevent the vibration mode from appearing by setting the command value to zero.
したがって、モータが発生するトルクのリップルが大きくなってモータの速度が安定せずに振動的になってしまう振動モードの発現が防止されることになる。 Therefore, the occurrence of a vibration mode in which the torque ripple generated by the motor becomes large and the motor speed becomes unstable without being stabilized is prevented.
さらに、電気角速度が所定の電気角速度以上となると、電圧指令値をゼロとしてモータを制御するので、ロータの電気角速度の上昇に伴って回転角センサの回転角検出能力の限界および荒くなる演算周期によってモータの制御性の悪化し、モータのトルクリップルが大きくなってしまうような不具合が発現することがなく、アクチュエータに安定的な荷重を発生させることができる。 Furthermore, when the electrical angular velocity is equal to or higher than the predetermined electrical angular velocity, the motor is controlled with the voltage command value set to zero.Therefore, as the electrical angular velocity of the rotor increases, the rotational angle detection capability of the rotational angle sensor is limited and the calculation cycle becomes rough. The controllability of the motor is deteriorated, and there is no problem that the torque ripple of the motor becomes large, and a stable load can be generated in the actuator.
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態における駆動系の一部をなすアクチュエータの概念図である。図2は、アクチュエータの制御装置のシステム図である。図3は、PWM回路を示す図である。図4は、アクチュエータの内部構成を示すブロック線図である。図5は、電圧制限円とd相およびq相の電圧指令値との関係を示す図である。図6は、電圧指令値をゼロに設定するための処理手順の一例を示したフローチャートである。図7は、電気角速度をパラメータとした電圧指令値に乗算すべきゲインのマップである。 The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of an actuator forming a part of a drive system in an embodiment. FIG. 2 is a system diagram of an actuator control apparatus. FIG. 3 is a diagram illustrating the PWM circuit. FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the actuator. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the voltage limit circle and the d-phase and q-phase voltage command values. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure for setting the voltage command value to zero. FIG. 7 is a map of gains to be multiplied by the voltage command value using the electrical angular velocity as a parameter.
一実施の形態におけるアクチュエータは、図1に示すように、回転部材たる螺子軸1と直動部材たるボール螺子ナット2とを有してボール螺子ナット2の直線運動を螺子軸2の回転運動に変換する運動変換機構Hと、螺子軸1に連結されるロータRを有するモータMとを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, the actuator in one embodiment includes a
詳しくは、螺子軸1は、ボール螺子ナット2に回転自在に螺合されるとともに、螺子軸1の図1中上端は、モータMのロータRに連結されている。したがって、螺子軸1とボール螺子ナット2が軸方向の直線相対運動を呈すると、回転部材である螺子軸1が回転運動を呈することになり、この螺子軸1の回転運動がモータMのロータRに伝達されることになり、運動変換機構Hは、この実施の形態の場合、送り螺子機構とされている。ここで、螺子軸1の回転速度を歯車機構等で構成される減速機を介して減速して上記螺子軸1の回転運動をロータRに伝達するようにしてもよい。
Specifically, the
そして、図示しないが、ボール螺子ナット2は被駆動部材に連結され、この場合、被駆動部材は、モータMの駆動によって直動運動されることになる。したがって、本実施の形態においては、モータMの動力を図外の被駆動部材へ伝達する伝達部材は運動変換機構Hとされ、このアクチュエータと図示しない被駆動部材とで駆動系を構成している。
Although not shown, the
なお、上記螺子軸1とボール螺子ナット2が軸方向の直線相対運動を呈するときに、螺子軸1を回転不能として代わりにボール螺子ナット2を回転させるようにする場合には、このボール螺子ナット2の回転運動をモータMのロータRに伝達するようにしてもよい。また、伝達部材である運動変換機構Hは、上記したもの以外にも、ラックアンドピニオンのような機構とされてもよい。
When the
そして、モータMは、この場合、筒状のフレーム10と、フレーム10の内周側に設けた電機子であるステータSと、フレーム10に回転自在に軸支されるロータRとを備え三相ブラシレスモータとして構成され、詳しくは、ステータSは、複数のティースを備えた環状のステータコア11と、各ティースに巻回されたU,V,W相の各相における巻線12とを備えており、他方のロータRは、螺子軸1の一端に連結されるシャフト13と、シャフト13の中間部外周に装着された駆動用磁石14とを備えている。
In this case, the motor M includes a
なお、駆動用磁石14は、駆動用磁石14を所定数の極数を実現できるようにブロック化してシャフト13の外周に接着されるか、環状に形成して分割着磁されてシャフト13の外周に嵌着される。
The
また、このモータMには、ロータRの回転角(電気角)θを検出するために、回転角センサ15が搭載されており、具体的にはたとえば、回転角センサ15は、シャフト13に設けたレゾルバコアとフレーム10に設けられるレゾルバコアに対向するレゾルバステータとを備え、さらに、電気角θから電気角速度ωを得られるようになっている。なお、電気角θから電気角速度ωを演算する演算部を別途設けるのであれば、回転角センサ15としては、他にも、光学式のエンコーダを採用してもよいし、ロータRにセンシング用磁石を設ける場合にはホール素子やMR素子等の磁気センサをフレーム10に設けるとした構成としてもよい。
The motor M is equipped with a
上述のように、このアクチュエータにあっては、駆動源をモータMとしているので、モータMに電気エネルギを与えて駆動する場合には、螺子軸1を回転駆動させて螺子軸1とボール螺子ナット2とを積極的に相対直線運動させる、すなわち、ストロークさせることができ、アクチュエータとしての機能を発揮でき、図外のボール螺子ナット2に連結される被駆動部材を往復動させることができる。
As described above, in this actuator, since the drive source is the motor M, when the motor M is driven by applying electric energy, the
また、モータMは、被駆動部材が外力によって強制的に動かされる場合には、螺子軸1から強制的に回転運動が入力され、誘導起電力や電源からの電力によって巻線12に電流が流れて磁界が形成されて電磁力が発生し、螺子軸1の回転運動を抑制するトルクを発生するので、螺子軸1とボール螺子ナット2の相対直線運動を抑制するように機能する。すなわち、この場合には、モータMが外部から入力される運動エネルギを回生して電気エネルギに変換して得られる電力によって、あるいは、この回生に加えて電源から供給される電力によって、発生するトルクで螺子軸1とボール螺子ナット2の相対直線運動を抑制することができる。
In addition, when the driven member is forcibly moved by an external force, the motor M is forced to receive rotational movement from the
したがって、この駆動系では、モータMをアクチュエータとしてもジェネレータとしても機能させ得るので、上記螺子軸1とボール螺子ナット2の相対直線運動を抑制することもできる。
Therefore, in this drive system, since the motor M can function as both an actuator and a generator, the relative linear motion of the
そして、上記モータMの巻線12に流れる電流を制御するために、具体的には、U,V,W相の巻線12は、制御装置20に接続され、このモータMは、制御装置20によって駆動制御される。
In order to control the current flowing through the winding 12 of the motor M, specifically, the U, V and
この制御装置20は、図2に示すように、基本的には、電気角速度ωおよび図外の被駆動部材の制御を司る図示しない上位の制御装置から入力されるトルク指令に基づいて各電流目標値id*,iq*を演算する電流目標値演算部26と、上記巻線12の三相のうち二相に流れる電流をdq変換してd相電流値およびq相電流値を演算する二相電流演算部21と、各電流目標値id*,iq*と上記d相およびq相の電流値id,iqとに基づいてd相電圧指令値Vdおよびq相電圧指令値Vqを演算する比例積分制御部22と、上記d相電圧指令値Vdおよびq相電圧指令値VqをU,V,Wの各相の電圧指令値Vu,Vv,Vwに変換する三相変換演算部23と、モータMのU,V,Wのうち二相iu,ivに流れる電流値を検出する電流検出器24と、モータ駆動回路としてのPWM回路25とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 2, the
そして、この制御装置20は、電流目標値演算部26によって決定されるd相およびq相の各電流目標値id*,iq*と、二相電流演算部21の演算結果として得られるd相およびq相の電流値id,iqとのそれぞれの偏差εd,εqに基づいてモータMを比例積分制御する。なお、偏差を微分して得られる要素を追加して比例微分積分制御を行うようにしてもよい。
The
ここで、電流目標値演算部26は、上位の車両制御装置から出力されるトルク指令およびロータRの電気角速度ωに基づいてd相およびq相の電流目標値id*,iq*を所定の制御則に則って上記比例積分制御部22に出力するものであるが、この場合、電流目標値演算部26への出力としては、トルク指令としてではなくても、アクチュエータが発生すべき力指令の状態で出力し、電流目標値演算部26でその分の換算を行うようにしてもよい。また、制御装置20の電流目標値演算部26で被駆動部材の制御に必要な信号、たとえば、加速度や速度や変位を取り込み、この電流目標値演算部26で上位の制御装置と同様の演算を行うようにしてもよいことは勿論である。
Here, the current target
なお、上位の制御装置における被駆動部材の制御に必要となるアクチュエータの伸縮量、ストローク速度や伸縮加速度等については、回転角センサ15から得られる電気角θと螺子軸1のピッチ、減速比から演算すればよく、別途センサを設ける必要は無い。
Note that the actuator expansion / contraction amount, stroke speed, expansion / contraction acceleration, and the like necessary for controlling the driven member in the host control device are based on the electrical angle θ obtained from the
そして、この電流目標値演算部26は、基本的には、d相電流目標値を0としてq相電流目標値を演算するようになっているが、ロータの電気角速度ωが大きい場合に、d相電流目標値をマイナスの値に誘導して弱め界磁制御をするようにしてもよいことは無論である。
The current target
また、電流検出器24としては、ホール素子や巻線等を用いた非接触型や、三相の巻線12のいずれか二つに直列介装した抵抗の電圧降下から電流値を得る電流検出器を用いればよい。
The
なお、上記電流検出器24は、U,V,W相のうち二相に流れる電流値を検出すればよく、これは、二相の電流値が分かればロータRの電気角θから後述する下記式(3)を用いてd相およびq相の電流値に変換可能であるからである。
The
さらに、PWM回路25は、図3に示すように、電源Eと、モータMにおける三相各相の巻線12に電流供給を行う6つのスイッチング素子41と、各スイッチング素子41にPWMパルス信号を与えるマルチバイブレータ等の図示しないパルス発生器とを備えて構成されており、このPWM回路25は、比例積分制御部21が出力する各電圧指令値に基づいて所定のPWMデューティ比で上記各相に電流供給を行う。なお、電源Eについては、車両に搭載されるバッテリとしておけばよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
そして、二相電流演算部21は、電気角θを用いて、以下の式(3)に示したように、上記各電流値iv,iuをd相およびq相の電流値id,iqへ変換する演算を行い、この変換されたd相およびq相の電流値id,iqを比例積分制御部22へ出力する。
そして、さらに、d相電圧指令値Vdおよびq相電圧指令値Vqは、上記したようにU,V,Wの各相の電圧指令値に変換する三相変換演算部23に入力され、この三相変換演算部23は、下記式(4)の演算によって、上記d相電圧指令値Vdおよびq相電圧指令値Vqを実際のU,V,W各相の電圧指令値Vu,Vv,Vwへ変換し、この変換された電圧指令値Vu,Vv,VwをPWM回路25に出力する。
さらに、リミッタ28およびリミッタ29が設けられて、リミッタ28は、電流目標値演算部26が演算した各電流目標値id*,iq*の上限を制限し、リミッタ29は、比例積分制御部22が演算したd相電圧指令値Vdおよびq相電圧指令値Vqの上限を制限している。なお、リミッタ28は、後述するd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqが飽和する状況時に比例積分制御部22における偏差εd,εqが増大してしまうことを防止して積分飽和をあらかじめ防止するために設けられており、リミッタ29は、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqが実現不能な値となることを防止するものである。
Furthermore, a
ここで、上記したアクチュエータの内部構成をブロック線図で示すと、図4に示す通り、破線で囲まれた部分がモータMの内部構成を示しており、d相およびq相における電圧に対してモータMがトルクを出力する。他方、一点差線で囲まれた部分はロータRの回転運動がアクチュエータのストロークに変換される機械的部分、すなわち、ロータR、運動変換機構Hの構成を示しており、モータMが出力するトルクの入力に対しアクチュエータはストロークすることとなる。 Here, when the internal configuration of the actuator described above is shown in a block diagram, as shown in FIG. 4, the portion surrounded by a broken line indicates the internal configuration of the motor M, and the voltage in the d phase and q phase is The motor M outputs torque. On the other hand, a portion surrounded by a one-dotted line indicates a mechanical portion in which the rotational motion of the rotor R is converted into the stroke of the actuator, that is, the configuration of the rotor R and the motion conversion mechanism H, and the torque output by the motor M The actuator will stroke in response to this input.
なお、図4中、1/sは、ラプラス演算子で記述した積分記号であり、Cμは、ボール螺子ナット2と螺子軸1との間の摩擦やモータMのロータR部分の摩擦によって生じるロータRの回転を抑制する力をモータMの機械角速度から演算するための減衰係数であり、PPは、モータMの電気角速度ωを機械角速度から演算するためのモータMの極対数であり、Ktは、q軸電流からモータMの発生トルクを演算するためのトルク定数であり、Iは、ロータRの慣性モーメントであり、Kは、ロータRに連結される部材全体の捩りバネ定数であり、Lは、d相およびq相の各巻線のインダクタンスであり、Rは、d相およびq相の各巻線のレジスタンスである。
In FIG. 4, 1 / s is an integral symbol described by a Laplace operator, and Cμ is a rotor generated by friction between the
この図4から理解できるように、d相とq相に印加される電圧は、それぞれのインダクタンスLによって他方の相へ干渉し、また、q相はロータRの電気角速度ωによって誘起される誘導起電力の影響を受ける。 As can be understood from FIG. 4, the voltages applied to the d phase and the q phase interfere with the other phase by the respective inductances L, and the q phase is induced by the electrical angular velocity ω of the rotor R. It is affected by electric power.
また、ロータRは、本実施の形態においては、螺子軸1が周方向の捩りに対するバネ要素として機能することから、式(1)で示される共振周波数fmで共振することになる。
Further, in the present embodiment, the rotor R resonates at the resonance frequency fm represented by the expression (1) because the
そして、駆動系における機械部分の共振は、極対数ppを介してdq各相の干渉パスに影響し、また、誘導起電力としてq相に影響する。そうすると、dq座標の電気回路では、機械部分の共振と同じ振動数の波形が生じ、このときの、q相電流iqの位相が機械部分の捩りバネ要素が発生するトルクと同位相であると、振動を励磁して、モータMの制動力が低下し、不安定な振動モードを引き起こし、逆に、q相電流iqの位相が機械部分の捩りバネ要素が発生するトルクと逆位相であると、振動を減衰することになる。 The resonance of the mechanical part in the drive system affects the interference path of each phase of dq via the pole pair number pp, and also affects the q phase as an induced electromotive force. Then, in the electric circuit of the dq coordinate, a waveform having the same frequency as the resonance of the mechanical part is generated, and at this time, the phase of the q-phase current iq is in phase with the torque generated by the torsion spring element of the mechanical part. When the vibration is excited and the braking force of the motor M is reduced to cause an unstable vibration mode, the phase of the q-phase current iq is opposite to the torque generated by the torsion spring element of the mechanical part. Vibration will be attenuated.
次に、図5に示す、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqの合成ベクトルの長さが、dq座標における電源Eの電圧相当である飽和電圧を半径に持つ円(電圧制限円)を超えるようになると、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqの合成ベクトルは電圧制限円で制限され、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqは上記電圧制限円上の略一定値のオフセットされた電圧指令値となる。 Next, a circle having a radius of a saturation voltage corresponding to the voltage of the power supply E in the dq coordinates (the voltage limit circle) in which the combined vector length of the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq shown in FIG. The combined vector of the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq is limited by the voltage limit circle, and the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq are substantially constant on the voltage limit circle. The voltage command value is offset from the value.
そして、図4に示す、アクチュエータの内部構成が線形なシステムであれば、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqがオフセットされても、システムへの入力が変化しただけであり安定性に変化が無いが、アクチュエータの内部構成はdq各相の干渉パスに正弦波同士が乗算される非線形なシステムであるので、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqがオフセットされると、それに応じてdq各相の干渉成分に機械部分の共振周波数fmと同一周波数を持つ成分が大きく現れたり、機械部分の共振周波数fmの二倍の周波数成分が大きく現れたりすることになる。詳しくは、正弦波同士を乗算すると、位相をずらしても必ず正弦波の周波数の2倍の周波数成分が現れること、および、オフセットを加えると基本成分を持つ信号が発生することに起因する。 And if the internal structure of the actuator shown in FIG. 4 is a linear system, even if the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq are offset, only the input to the system is changed and stability is improved. Although there is no change, the internal configuration of the actuator is a non-linear system in which the interference path of each phase of dq is multiplied by sine waves. Therefore, when the voltage command values Vd and Vq of d phase and q phase are offset, Correspondingly, a component having the same frequency as the resonance frequency fm of the mechanical portion appears large in the interference component of each phase of dq, or a frequency component twice as large as the resonance frequency fm of the mechanical portion appears. Specifically, when sine waves are multiplied with each other, a frequency component that is twice the frequency of the sine wave always appears even if the phase is shifted, and when an offset is added, a signal having a basic component is generated.
このため、dq各相の電圧指令値Vd,Vqの合成ベクトルのq軸に対する角度に応じて、dq各相の干渉成分に現れる機械部分の共振周波数fmと同一周波数を持つ成分の増幅度が変化し、モータMの電気的な共振周波数feとロータRの周方向振動における共振周波数fmとが接近すると、互いの振動を励起して発振を引き起こすような振動モードが発現してしまう場合がある。 For this reason, the amplification factor of the component having the same frequency as the resonance frequency fm of the mechanical portion appearing in the interference component of each dq phase changes according to the angle of the combined vector of the voltage command values Vd and Vq of each phase of dq with respect to the q axis. However, when the electrical resonance frequency fe of the motor M and the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R approach each other, a vibration mode that excites each other and causes oscillation may appear.
そして、巻線12に流れる電流が共振する共振周波数であるモータMの電気的な共振周波数feは、上記の式(2)に示したように、アクチュエータの構造上、電気角速度ωに比例するアクチュエータのストローク速度、すなわち、アクチュエータの伸縮速度に依存して変化する。すなわち、ストローク速度が増加することに伴って、モータMの電気的な共振周波数feも増大することになるので、上記モータMの電気的な共振周波数feとロータRの周方向振動における共振周波数fmとが接近する場合があることは、容易に理解できよう。 The electrical resonance frequency fe of the motor M, which is the resonance frequency at which the current flowing in the winding 12 resonates, is an actuator proportional to the electrical angular velocity ω because of the structure of the actuator, as shown in the above equation (2). Depending on the stroke speed of the actuator, that is, the expansion / contraction speed of the actuator. That is, as the stroke speed increases, the electrical resonance frequency fe of the motor M also increases. Therefore, the electrical resonance frequency fe of the motor M and the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R. It will be easy to understand that the
また、上記振動モードは、上述の通り、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqが飽和する状態でモータMをd相およびq相の電圧指令値Vd,Vq通りに制御しようとすると発現される。逆に、パッシブな状態では、機械部分は共振しても摩擦等による減衰があるので、振動的ではあるが安定な系であり、dq各相の干渉に依存する振動モードも機械部分との連成が無ければ安定であるので、これらを接続しても安定のままとなる。 Further, as described above, the vibration mode appears when the motor M is controlled in accordance with the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq in a state where the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq are saturated. Is done. On the other hand, in the passive state, even if the mechanical part resonates, it is attenuated by friction and the like, so it is a vibrational but stable system, and the vibration mode depending on the interference of each phase of dq is also connected to the mechanical part. Since it is stable if there is no success, it remains stable even if they are connected.
換言すれば、モータMのロータRが強制的に回転させられて、U,V,Wの各相巻線12に誘導起電力のみが生じる状態(パッシブな状態)、すなわち、U,V,Wの各相巻線12の端子間電圧の変化が誘導起電力のみに起因して生じる状態となる場合には、上記振動モードは発現しないのである。 In other words, a state where the rotor R of the motor M is forcibly rotated and only induced electromotive force is generated in the U, V, W phase windings 12 (passive state), that is, U, V, W When the change in the voltage between the terminals of each phase winding 12 is caused only by the induced electromotive force, the vibration mode does not appear.
そこで、本実施の形態においては、上記振動モードの発現を防止するべく、比例積分制御部22と三相変換演算部23との間に、ロータRの電気角速度ωが所定の電気角速度α以上となるとd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqにゼロの値のゲインを乗ずるゲイン乗算部30を介装してある。このゲイン乗算部30は、回転角センサ15が出力する電気角速度ωをモニタしており、電気角速度ωが所定の電気角速度α以上となると、ゲインをゼロに設定して、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqにゼロの値のゲインを乗算し、ゲイン乗算後のd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqを三相変換演算部23に出力する。
Therefore, in the present embodiment, the electrical angular velocity ω of the rotor R is greater than or equal to a predetermined electrical angular velocity α between the proportional-plus-
そして、電気角速度ωが所定の電気角速度α以上である場合、三相変換演算部23は、ゼロの値をとるd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqから電圧指令値Vu,Vv,Vwをゼロとして出力することになり、結果、PWM回路25は、ONデューティとOFFデューティの全体に対するONデューティの割合を示すPWMデューティを50%としてスイッチング素子41を駆動し、巻線12には、ロータRが外力によって強制的に回転させられるときに生じる誘導起電力に起因する電流が流れるのみとなる。詳しくは、PWMデューティを50%とすると、スイッチング素子41の図3中上方側もしくは下方側の三つがON状態となることを意味しており、電源Eのパスを通らなくても、図3中上方側もしくは下方側のラインで各相の巻線12が導通されることになるのでモータMの各相の巻線12を短絡してパッシブな状態に維持することができる。また、実際には、PWM駆動する際にはデッドタイムがあるが、このときは、昇圧チョッパの特性で、電源Eの電圧を乗り越えて、電源Eを経由して電流が回ることになる。
When the electrical angular velocity ω is equal to or higher than the predetermined electrical angular velocity α, the three-phase
なお、PWMデューティが50%というのは、1サイクルあたりのデッドタイムを除いた時間に対するオン時間の割合が50%である場合が含まれる。 The PWM duty of 50% includes the case where the ratio of the on time to the time excluding the dead time per cycle is 50%.
そして、所定の電気角速度αは、この場合、電圧指令値Vd,Vqが飽和した状態でロータRの周方向振動を励起する電気角速度ωの領域、すなわち、振動モードを発現してしまうような電気角速度ωより小さい電気角速度とされ、具体的には、その電気角速度αにおけるモータMの電気的な共振周波数feが少なくともロータRの周方向振動における共振周波数fmより小さくなるように設定される。 In this case, the predetermined electrical angular velocity α is a region of the electrical angular velocity ω that excites the circumferential vibration of the rotor R in a state in which the voltage command values Vd and Vq are saturated, that is, an electrical voltage that causes a vibration mode. The electrical angular velocity is smaller than the angular velocity ω. Specifically, the electrical resonance frequency fe of the motor M at the electrical angular velocity α is set to be lower than at least the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R.
このようにすることで、ロータRの電気角速度ωの上昇によって、モータMの電気的な共振周波数feがロータRの周方向振動における共振周波数fmに接近して振動モードを発現してしまうまえに、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqをゼロとして、該振動モードの発現を防止することが可能となる。 By doing so, before the electrical resonance frequency fe of the motor M approaches the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R due to the increase in the electrical angular velocity ω of the rotor R, a vibration mode is developed. The d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq are set to zero to prevent the vibration mode from appearing.
なお、ゲイン乗算部30は、本実施の形態においては、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqをゼロとするよう構成されているが、三相変換演算部23が演算したU,V,Wの各相の電圧指令値Vu,Vv,Vwをゼロとするよう、三相変換演算部23の後ろに設けるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
したがって、アクチュエータの伸縮時のストローク速度が、ロータRの電気角速度ωが所定の電気角速度α未満となるようなストローク速度である場合、モータMの電気的な共振周波数feは、ロータRの周方向振動における共振周波数fmより小さく、このような状態では、通常通りの制御(電流目標値演算部26が演算した各電流目標値id*,iq*に基く制御)が行われても上記振動モードが発現することはなく、他方、アクチュエータの伸縮時のストローク速度が、ロータRの電気角速度ωが所定の電気角速度α以上となるようなストローク速度に達しても、モータMが発生するトルクのリップルが大きくなってアクチュエータのストローク速度が安定せずに振動的になってしまう振動モードの発現が防止されることになる。 Therefore, when the stroke speed at the time of expansion and contraction of the actuator is such that the electrical angular speed ω of the rotor R is less than the predetermined electrical angular speed α, the electrical resonance frequency fe of the motor M is the circumferential direction of the rotor R. The resonance frequency fm is smaller than the resonance frequency fm in vibration, and in such a state, the vibration mode is maintained even if normal control (control based on the current target values id * and iq * calculated by the current target value calculation unit 26) is performed. On the other hand, even if the stroke speed at the time of expansion / contraction of the actuator reaches a stroke speed at which the electrical angular speed ω of the rotor R is equal to or higher than the predetermined electrical angular speed α, the ripple of torque generated by the motor M is generated. The occurrence of a vibration mode that becomes large and vibrates without stabilizing the stroke speed of the actuator is prevented.
さらに、ロータRの電気角速度ωが大きくなると、回転角センサ15の回転角検出能力の限界および演算周期が荒くなるので、必然的にモータMの制御性が悪くなり、モータMのトルクリップルが大きくなってしまう現象が発現されるようになるが、上記したように、電気角速度ωが所定の電気角速度α以上となると、電圧指令値Vd,Vq(Vu,Vu,Vw)をゼロとしてモータMを制御するので、上記した不具合が発現することがなく、アクチュエータに安定的な荷重を発生させることができる。
Further, when the electrical angular velocity ω of the rotor R increases, the limit of the rotation angle detection capability and the calculation cycle of the
また、アクチュエータをサスペンションとして利用する場合、つまり、駆動系における被駆動部材をバネ下部材として、アクチュエータにおけるモータMをバネ上部材に連結する場合、あるいは、駆動系における被駆動部材をバネ上部材として、アクチュエータにおけるモータMをバネ下部材に連結する場合、振動モードが発現されると、バネ上部材にも振動モードによる振動が伝達されるが、上記の如く設定されれば、振動モードの発現が防止され、バネ上部材へ不快な振動が伝達されてしまうことを回避することができる。 When the actuator is used as a suspension, that is, when the driven member in the drive system is an unsprung member, and the motor M in the actuator is connected to the sprung member, or the driven member in the drive system is the sprung member. When the motor M in the actuator is connected to the unsprung member, when the vibration mode is developed, the vibration in the vibration mode is also transmitted to the sprung member. It is possible to prevent unpleasant vibrations from being transmitted to the sprung member.
なお、上述したように、ロータRの電気角速度ωの増加に伴って増大するモータMの電気的な共振周波数feがロータRの周方向振動における共振周波数fmの近傍となる時に振動モードが発現することから、所定の電気角速度αは、ロータRの周方向振動における共振周波数fmに応じて決することができる。 As described above, the vibration mode appears when the electrical resonance frequency fe of the motor M, which increases as the electrical angular velocity ω of the rotor R increases, is close to the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R. Therefore, the predetermined electrical angular velocity α can be determined according to the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R.
ロータRの周方向振動における共振周波数fmは、この場合、モータMのロータRの慣性モーメントIと上記ロータRに連結されてロータRと図外の被駆動部材との間に介装される螺子軸1の全体の捩りバネ定数Kとから式(1)を利用して、求めることができる。なお、駆動系の伝達部材に上記運動変換機構Hとは異なる構成を採用する場合には、伝達部材の全体の捩りバネ定数(周方向の捩り剛性)を逆算することになる。
In this case, the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R is the screw that is connected between the rotor R and the driven member (not shown) connected to the rotor R and the inertia moment I of the rotor R of the motor M. The total torsion spring constant K of the
さらに、運動変換機構Hにおける回転部材の慣性モーメントがロータRの回転モーメントの値に対して無視できないほど大きい場合には、もっと厳密にアクチュエータの機械的な共振周波数fmを求めるようにしてもよい。すなわち、慣性モーメントIの値にモータMのロータRの慣性モーメント以外にも運動変換機構Hの回転部材の慣性モーメントを加味するようにしてもよい。 Further, when the inertia moment of the rotating member in the motion conversion mechanism H is so large that it cannot be ignored with respect to the value of the rotating moment of the rotor R, the mechanical resonance frequency fm of the actuator may be obtained more strictly. That is, in addition to the inertia moment of the rotor R of the motor M, the inertia moment of the rotating member of the motion conversion mechanism H may be added to the value of the inertia moment I.
他方、所定の電気角速度αにおけるモータMの電気的な共振周波数feに対して、ロータRの周方向振動における共振周波数fmは、fe<fmの関係となるように設定されればよいから、上記した共振周波数fmとモータMの巻線12のレジスタンスRとインダクタンスLから所定の電気角速度αの上限を一義的に求めることが可能である。 On the other hand, the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R may be set so as to satisfy the relationship fe <fm with respect to the electrical resonance frequency fe of the motor M at a predetermined electrical angular velocity α. The upper limit of the predetermined electrical angular velocity α can be uniquely determined from the resonance frequency fm, the resistance R of the winding 12 of the motor M, and the inductance L.
また、アクチュエータのストローク速度とモータMのロータRの回転速度との関係は、運動変換機構Hの直動部材であるボール螺子ナット2と回転部材である螺子軸1の直線相対変位に対する螺子軸1のボール螺子ナット2に対する相対回転数により設定される。そして、ロータRの回転速度とロータRの電気角速度ωとの関係は、極対数によって決せられることになる。
The relationship between the stroke speed of the actuator and the rotational speed of the rotor R of the motor M is such that the
したがって、モータMが所定の電気角速度αで回転しているときのアクチュエータのストローク速度を得ることができる。 Therefore, the stroke speed of the actuator when the motor M is rotating at the predetermined electrical angular speed α can be obtained.
以上のようにして、所定の電気角速度αの上限を求めることができるが、ロータRの周方向振動における共振周波数fmは、本実施の形態の場合、螺子軸1にボール螺子ナット2が螺合する位置は、アクチュエータのストロークの変位に応じて変化することになる。
As described above, the upper limit of the predetermined electrical angular velocity α can be obtained. However, in this embodiment, the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R is screwed with the
そして、螺子軸1の捩りバネ定数は、図1中ボール螺子ナット2が螺子軸1の最下端で螺合しているときに、ボール螺子ナット2とロータRとの間の距離が長くなり、この状態で一番小さな値をとることになる。
The torsion spring constant of the
すなわち、アクチュエータが最伸長状態となったときに、螺子軸1の捩りバネ定数が小さくなることになることから、この状態におけるロータRとバネ上部材もしくはバネ下部材との間に介装される部材全体の捩りバネ定数を基準としてロータRの周方向振動における共振周波数fmを設定し、この共振周波数fmを基準として、所定の電気角速度αの上限を決定するようにしておけば、アクチュエータのストロークの全体渡り、上記振動モードの発現を防止しえることになる。
That is, when the actuator reaches the maximum extension state, the torsion spring constant of the
なお、ボール螺子ナット2を回転部材とした場合にあっても同様で、アクチュエータが最伸長状態となる場合には螺子軸1の捩りバネ定数が一番小さくなるので、上記したところと同様にロータRの周方向振動における共振周波数fmを設定するようにしておくとよい。
The same applies to the case where the
ここで、所定の電気角速度αは、アクチュエータのストローク速度に比例し、また、上記ロータRの周方向振動における共振周波数fmの値によって、その上限が決定されるのが、この所定の電気角速度αの値が大きければ大きいほど、ストローク速度に対する通常制御領域、すなわち、電流目標値演算部26が演算した各電流目標値id*,iq*に基づく制御を行ってストローク速度に対してゲイン乗算部30によってモータMに出力させるトルク指令としてのq相電圧指令値Vqが強制的にゼロとされずに制御できる領域は大きくなる。
Here, the predetermined electrical angular velocity α is proportional to the stroke speed of the actuator, and the upper limit is determined by the value of the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R. Is larger, the normal control region for the stroke speed, that is, the control based on the current target values id * and iq * calculated by the current target
そして、通常制御時のモータMの出力トルクは、モータMのロータRが強制的に回転させられて、U,V,Wの各相巻線12に誘導起電力のみが生じる状態でモータMが出力するトルクよりも大きいので、通常制御時にはアクチュエータ全体として大きな荷重を出力することができる。 The output torque of the motor M during normal control is such that the rotor M of the motor M is forcibly rotated and only the induced electromotive force is generated in the U, V, W phase windings 12. Since the torque is larger than the output torque, a large load can be output as the entire actuator during normal control.
このアクチュエータの発生荷重の観点からすれば、所定の電気角速度αは、可能な限り大きく設定することが望ましい。しかしながら、所定の電気角速度αを大きく設定すると言うことは、ロータRの周方向振動における共振周波数fmを大きく設定することが必要となる。 From the viewpoint of the load generated by the actuator, it is desirable to set the predetermined electrical angular velocity α as large as possible. However, setting the predetermined electrical angular velocity α to be large requires setting the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R to be large.
そして、上記したロータRの周方向振動における共振周波数fmを大きく設定するには、ロータRとバネ上部材もしくはバネ下部材との間に介装される部材の全体、この場合、ロータRに対して周方向のバネ要素として機能する螺子軸1の捩りバネ定数(周方向の捩り剛性)Kを大きく設定しなければならない。
In order to increase the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R described above, the entire member interposed between the rotor R and the sprung member or the unsprung member, in this case, the rotor R Thus, the torsion spring constant (circumferential torsional rigidity) K of the
アクチュエータは、ロータRや螺子軸1といった回転する多くの部材を備えており、その慣性質量も大きく高周波振動の入力に対して慣性モーメントが大きくなること、および、フリクションの影響もあって、バネ下部材側の振動をバネ上部材に伝達しやすくなるという特性があり、ロータRとバネ上部材もしくはバネ下部材との間に介装される部材の全体の捩りバネ定数を大きく設定しすぎると、上記振動を伝達しやすい特性によって車両における乗心地を却って阻害してしまうことになる。
The actuator is provided with many rotating members such as the rotor R and the
なお、上記した所定のストローク速度は、たとえば、アクチュエータを車両のバネ上部材とバネ下部材との間に介装して、アクチュエータでバネ上部材の姿勢制御や振動を抑制するサスペンションとして使用する場合には、所定の電気角速度αとなるときのアクチュエータのストローク速度を、具体的には、1m/sに設定すると、車両の乗心地を重視すべきストローク速度の領域では、上記振動モードの発現を防止することができるとともに、ロータRとバネ上部材もしくはバネ下部材との間に介装される部材の全体、この場合、ロータRに対して周方向のバネ要素として機能する螺子軸1の全体における捩りバネ定数(周方向の捩り剛性)を必要以上に大きく設定しなければならない事態を回避できる。
The above-mentioned predetermined stroke speed is used when, for example, an actuator is interposed between a sprung member and an unsprung member of a vehicle and used as a suspension for controlling the posture of the sprung member and suppressing vibration by the actuator. If the stroke speed of the actuator at a predetermined electrical angular velocity α is specifically set to 1 m / s, the vibration mode is manifested in the stroke speed region where the ride comfort of the vehicle should be emphasized. And the entire member interposed between the rotor R and the sprung or unsprung member, in this case, the
また、上述のようにアクチュエータをサスペンションとして利用する場合、ロータRとバネ上部材もしくはバネ下部材との間に介装される部材の全体の捩りバネ定数を大きく設定しすぎると、上記振動を伝達しやすい特性によって車両における乗心地を却って阻害してしまうことになるが、上記したように、所定の電気角速度αとなるストローク速度を1m/s程度に設定しておくことによって、バネ要素として機能するロータRとバネ上部材もしくはバネ下部材との間に介装される部材の全体の捩りバネ定数を必要以上に大きく設定しなければならない事態を回避できることから、車両における乗心地の向上と振動モードの発現を防止することの両方を高度に満足させることが可能となる。 Further, when the actuator is used as a suspension as described above, if the overall torsion spring constant of the member interposed between the rotor R and the sprung member or the unsprung member is set too large, the vibration is transmitted. However, as described above, it functions as a spring element by setting the stroke speed at which the predetermined electrical angular speed α is set to about 1 m / s, as described above. Since it is possible to avoid a situation where the torsion spring constant of the entire member interposed between the rotor R and the sprung member or the unsprung member must be set larger than necessary, it is possible to improve riding comfort and vibration in the vehicle. It is possible to highly satisfy both of the prevention of mode expression.
なお、運動変換機構Hの直動部材を螺子軸1とし、回転部材をボール螺子ナット2とする場合には、螺子軸1を直接にバネ上部材あるいはバネ下部材に連結するようにしておけばよいので、ロータRとバネ上部材あるいはバネ下部材との間に介装されてバネ要素として機能するのは主として螺子軸1ということになる。
When the linear motion member of the motion conversion mechanism H is the
つづき、制御装置20の具体的な構成について説明すると、上記した制御装置20のPWM回路25以外の各部は、ハードウェア構成としては、具体的にはたとえば、電流検出器24、回転角センサ15が出力する各信号を増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と、CPU(Central Prossesing Unit)、ROM(Read Only Memory)等の記憶装置、RAM(Random Access Memory)、水晶発振子及びこれらを連絡するバスラインとを備えた図示しない周知のコンピュータシステムとされればよく、また、PWM回路25に電圧指令値Vu,Vv,Vwを出力することができるようになっていればよい。なお、このハードウェアとして制御装置20のPWM回路25以外の各部は、この駆動系が搭載される機器のコントローラに統合されてもよい。
Next, the specific configuration of the
そして、この場合、上記電流目標値演算部26におけるd相およびq相における電流目標値id*,iq*の演算のための通常制御を行うための処理手順と上述した所定の電気角速度α以上となる場合のd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqをゼロに設定するための処理手順は、プログラムとしてROMや他の記憶装置に予め格納されている。
In this case, the processing procedure for performing normal control for calculating the current target values id * and iq * in the d phase and the q phase in the current target
以下、制御装置20における所定の電気角速度α以上となる場合のd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqをゼロに設定するための処理手順を図6に示したフローチャートに即して具体的に説明する。
Hereinafter, the processing procedure for setting the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq to zero when the
ステップF1では、制御装置20は、ロータRの電気角速度ωを読み込んで、この電気角速度ωが所定の電気角速度α以上であるか否かを判断する。
In step F1, the
そして、電気角速度ωが所定の電気角速度α未満である場合、本処理手順を終了し、他方、電気角速度ωが所定の電気角速度α以上である場合、ステップF2へ移行する。 Then, when the electrical angular velocity ω is less than the predetermined electrical angular velocity α, the present processing procedure is terminated. On the other hand, when the electrical angular velocity ω is equal to or higher than the predetermined electrical angular velocity α, the process proceeds to Step F2.
つづき、ステップF2では、電気角速度ωをパラメータとしたd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqに乗算すべきゲインのマップから、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqに乗算すべきゲインを設定する。このゲインの設定は、上述したゲイン乗算部30によって行われることになる。
Subsequently, in step F2, the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq should be multiplied from the map of gains to be multiplied with the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq using the electrical angular velocity ω as a parameter. Set the gain. This gain setting is performed by the
なお、上記マップは、具体的には、図7に示すように、ゲインは、電気角速度ωをパラメータとして、1からゼロまで変化するようになっており、ロータRの電気角速度ωが所定の電気角速度αをとる場合には、上記ゲインはゼロをとるようになっているが、ロータの電気角速度ωが所定の電気角速度αより小さい或る電気角速度β以上となると電気角速度ωの増加に対してゲインが減少するようになっている。 In the map, specifically, as shown in FIG. 7, the gain changes from 1 to zero with the electrical angular velocity ω as a parameter, and the electrical angular velocity ω of the rotor R is a predetermined electrical speed. When the angular velocity α is set, the gain is set to zero. However, when the electrical angular velocity ω of the rotor is equal to or higher than a certain electrical angular velocity β smaller than the predetermined electrical angular velocity α, the increase in the electrical angular velocity ω is increased. The gain decreases.
詳しくは、ゲインは、電気角速度ωが或る電気角速度βとなるまでは、1の値をとり、電気角速度βから所定の電気角速度αまでは、電気角速度ωの増加に伴って減少して、電気角速度ωが所定の電気角速度αになるとゼロとなる。 Specifically, the gain takes a value of 1 until the electrical angular velocity ω reaches a certain electrical angular velocity β, and decreases from the electrical angular velocity β to a predetermined electrical angular velocity α as the electrical angular velocity ω increases. It becomes zero when the electrical angular velocity ω reaches a predetermined electrical angular velocity α.
そして、電気角速度ωと上記マップからゲインが選択されると、ステップF3に移行して、選択されたゲインをd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqにそれぞれ乗算して、最終的なd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqを演算する。 When a gain is selected from the electrical angular velocity ω and the map, the process proceeds to step F3, where the selected gain is multiplied by the d-phase and q-phase voltage command values Vd and Vq, respectively, and the final d The phase and q-phase voltage command values Vd and Vq are calculated.
したがって、この制御装置20によれば、ロータRの電気角速度ωが電気角速度β以上であって所定の電気角速度α未満では、電気角速度ωの上昇に伴ってゲインが減少し、通常出力されるべきd相およびq相の電圧指令値Vd,Vqは減少し、徐々に、通常制御(電流目標値演算部26が演算した各電流目標値id*,iq*に基づく制御)がフェードアウトしていくことになる。なお、電気角速度βは、電気角速度αより小さい値であればよいが、d相およびq相の電圧指令値Vd,Vqの電気角速度ωに対する変動が大きすぎて上記フェードアウトの効果が失われない程度に電気角速度αよりある程度の差をもって設定されるとよい。
Therefore, according to this
さらに、ロータRの電気角速度ωが上昇して所定の電気角速度α以上となると、ゲインがゼロとなり、モータMの電気的な共振周波数feがロータRの周方向振動における共振周波数fmに接近して振動モードを発現してしまう前に、モータMをU,V,Wの各相巻線12の端子間電圧の変化が誘導起電力のみに起因して生じる状態に制御することになる。 Further, when the electrical angular velocity ω of the rotor R increases and becomes equal to or higher than the predetermined electrical angular velocity α, the gain becomes zero, and the electrical resonance frequency fe of the motor M approaches the resonance frequency fm in the circumferential vibration of the rotor R. Before the vibration mode is manifested, the motor M is controlled so that the change in the voltage between the terminals of the U, V and W phase windings 12 is caused only by the induced electromotive force.
このように、本実施の形態における制御装置20にあっては、通常制御を突然に打ち切って、モータMをU,V,Wの各相巻線12の端子間電圧の変化が誘導起電力のみに起因して生じる状態に制御するようにすることがなく、通常制御をフェードアウトさせているので、通常制御打ち切り時にモータMの発生するトルクの変動が大きくなってしまうことがなく、アクチュエータの発生荷重に大きな変動が生じてしまうことが防止される。
As described above, in the
すなわち、本制御装置20にあっては、通常制御打ち切り時にあっても、アクチュエータの発生荷重に大きな変動を生じさせないので、ストローク速度の変化を急激なものとすることがなく、アクチュエータがサスペンションとして利用される場合にあっては、車両搭乗者に違和感や不快感を与えることがなく、車両における乗り心地をより一層向上させることができる。
That is, in the
また、被駆動部材は、モータMによって駆動されるものであればよく、たとえば、電気自動車における車輪や、電動パワーステアリングにおける車輪とされてもよい。そして、被駆動部材が電気自動車における車輪である場合、伝達部材をモータMのロータRと車輪とを接続するシャフトとすればよく、駆動系が電動パワーステアリングである場合、伝達部材をラックアンドピニオンか、あるいは、ロータRに連結されるボール螺子ナットと、車輪側に接続される螺子軸とで構成すればよい。 The driven member may be any member that is driven by the motor M, and may be, for example, a wheel in an electric vehicle or a wheel in electric power steering. When the driven member is a wheel in an electric vehicle, the transmission member may be a shaft connecting the rotor R of the motor M and the wheel. When the drive system is an electric power steering, the transmission member is a rack and pinion. Alternatively, a ball screw nut connected to the rotor R and a screw shaft connected to the wheel side may be used.
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
1 回転部材たる螺子軸
2 直動部材たるボール螺子ナット
10 フレーム
11 ステータコア
12 巻線
13 シャフト
14 駆動用磁石
15 回転角センサ
20 制御装置
21 二相電流演算部
22 比例積分制御部
23 三相変換演算部
24 電流検出器
25 PWM回路
26 電流目標値演算部
27,28,29 リミッタ
30 ゲイン乗算部
E 電源
H 運動変換機構
M モータ
R ロータ
S ステータ
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