JP5013185B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータのｄｑ座標における二相電流の指令値を定め、この指令値に基づいてモータを制御するためのモータ制御装置に関する。

モータが発生する駆動力を舵取り機構に伝達して操舵補助する電動パワーステアリング装置が知られている。電動パワーステアリング装置は、具体的には、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサによって検出される操舵トルクに基づいてモータを駆動するモータ制御装置とを備えている。
モータには、たとえば、三相ＤＣブラシレスモータが適用される。モータ制御装置は、ロータの電気角に基づいて、ステータの各相に正弦波状に変化する電圧を印加する正弦波駆動を行う。より具体的には、たとえば、モータ制御装置は、トルクセンサによって検出される操舵トルクに基づいて、ｄｑ座標における二相電流の指令値、すなわち、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を設定する。さらに、モータ制御装置は、モータに実際に流れているｄ軸電流値およびｑ軸電流値を検出し、各指令値に対するｄ軸電流値およびｑ軸電流値の偏差を求め、それらの偏差に対応したｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を演算する。そして、モータ制御装置は、ｄ軸電圧指令値およびｑ軸電圧指令値を三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電圧値に変換し、これらの値の電圧をモータの各相に印加する。
ＷＯ２００６／１０９８０９

低中速回転域では、ｄ軸電流指令値を零とする一方で、ｑ軸電流指令値を操舵トルクに応じた値に設定することにより、モータから必要なトルクを発生させることができる。しかし、高速回転域では、モータの逆起電力のために出力（トルク）が不足する。そこで、モータの出力を増加させるために、ｄ軸電流指令値を零以外の有意値とし、界磁を弱める方向に電流を流す弱め磁束制御が行われる。

一方、各相の電圧が正弦波となるようにするためには、各相電圧の振幅を電源電圧Ｅ_dの１／２以下とする必要があり、ｄ軸電圧Ｖ_dおよびｑ軸電圧Ｖ_qに関して、次式（Ｐ１）が成立する必要がある（特許文献１）。
√（Ｖ_d ²＋Ｖ_q ²）≦Ｅ_d√３／２√２ …… (Ｐ１)
したがって、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値によっては、ｄ軸電圧Ｖ_dおよびｑ軸電圧Ｖ_qが前記式（Ｐ１）の条件を満たさず、正弦波駆動ができなくなる。そのため、モータに振動が生じ、この振動が舵取り機構を介してステアリングホイールに伝達され、操舵フィーリングの悪化を招く。

特許文献１の先行技術は、前記式（Ｐ１）の条件が成立するようにｑ軸電圧指令値を制限している。しかし、この先行技術では、ｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値に基づいて設定したｑ軸電圧指令値を事後的に制限するようにしているので、ｑ軸電流ｉ_qが変動的になり、モータが発生するトルクが変動して、やはりモータに振動が生じるおそれがある。すなわち、ｑ軸電圧指令値に制限がかかるほどの高速回転域および高電流値域では、ｑ軸電圧指令値を制限すると、ｑ軸電流ｉ_qが狙い値よりも強制的に小さくされる。一方、ｄ軸電圧には、ｄ軸電流ｉ_dを含む項とともにｑ軸電流ｉ_qを含む項（後記式（７）参照）も含まれているため、ｑ軸電流ｉ_qが少なくなることによって、ｄ軸電流ｉ_d（≦０）が狙い値よりも大きな絶対値をとることになる。そして、ｄ軸電流ｉ_qの絶対値が大きくなることにより、ｑ軸電圧に余裕ができ（後記式（８）参照）、ｑ軸電流ｉ_qを大きくできる要素が発生する。したがって、モータ制御装置は、ｑ軸電流ｉ_qを大きくしようとする。

このように、ｑ軸電圧指令値に制限がかかる状況では、ｄｑ軸上で干渉し合いながらｄ軸電流ｉ_dおよびｑ軸電流ｉ_qが決まる。そして、フィードバックループは、その成り行きで決まったｄ軸電流ｉ_dおよびｑ軸電流ｉ_qをｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値に修正するための電圧指令値を設定することになる。このようにしてｑ軸電流ｉ_qが変動的になり、モータに微振動が生じて、操舵違和感を生じることになる。

そこで、この発明の目的は、モータの振動を抑制しつつ、出力の増加を図ることができるモータ制御装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ｄｑ座標上のｄ軸電流およびｑ軸電流を制御することによりモータ（３）を制御するためのモータ制御装置（５）であって、ｑ軸電流指令値を設定するｑ軸電流指令値設定手段（Ｓ２）と、ｑ軸電流の上限値および下限値を設定する上限・下限値設定手段（Ｓ１）と、前記ｑ軸電流指令値設定手段によって設定されるｑ軸電流指令値と、前記上限・下限値設定手段によって設定される上限値および下限値とを比較する比較手段（Ｓ３，Ｓ５）と、この比較手段による比較結果に応じてｑ軸電流指令値に制限を加えるｑ軸電流指令値制限手段（Ｓ４，Ｓ６）と、このｑ軸電流指令値制限手段による制限後のｑ軸電流指令値に基づいて、ｄ軸電流指令値を設定するｄ軸電流指令値設定手段（Ｓ７）とを含む、モータ制御装置である。前記上限・下限値設定手段は、モータの回転角速度に応じた上限値および下限値を設定するものであり、前記上限値を下記（Ａ）式を満たすように定め、前記下限値を下記（Ｂ）式を満たすように定めるものである。

ｉ _{qa_uplim} はｑ軸電流上限値
ｉ _{qa_downlim} はｑ軸電流下限値
Ｒはモータの固定子巻線抵抗
φは界磁による固定子鎖交磁束から計算されるｄｑ座標上の磁束
ωはモータの電気角における回転角速度
Ｌ _ｄ はｄ軸インダクタンス
Ｌ _ｑ はｑ軸インダクタンス
Ｖ _lim は正弦波駆動が可能なｄｑ座標での制限電圧
なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。

この構成によれば、ｑ軸電流指令値と、ｑ軸電流の上限値および下限値とが比較され、この比較結果に応じて、ｑ軸電流指令値に制限が加えられる。そして、この制限が加えられたｑ軸電流指令値に対応するｄ軸電流指令値が設定される。こうして、ｑ軸電流指令値に予め制限が加えられ、それに応じてｄ軸電流指令値が設定されるので、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧が満たすべき条件を確実に満足することができる。しかも、ｑ軸電流指令値を予め制限する構成であるので、電圧指令値を事後的に制限する場合のように、ｑ軸電流が変動的になるおそれもない。これにより、モータに振動が生じることを抑制または防止しつつ、ｄ軸電流による弱め磁束制御を行って、とくに高速回転域における出力の増加を図ることができる。

また、モータの回転角速度に応じた適切な上限値および下限値が設定されるので、モータの回転角速度に応じて、ｑ軸電流指令値を適切に制限することができる。これにより、ｑ軸電流指令値に過大な制限が加えられることを抑制でき、モータの振動が生じない範囲で、その出力をより効果的に増加させることができる。

さらに、前記上限値を上記（Ａ）式を満たすように定め、前記下限値を上記（Ｂ）式を満たすように定めることにより、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧が正弦波駆動のための条件を満たすように予めｑ軸電流指令値に制限が加えられ、この制限されたｑ軸電流指令値に応じてｄ軸電流指令値が設定される。これにより、モータの振動をより確実に抑制または防止できる。

請求項２記載の発明は、前記上限・下限値設定手段が、前記上限値を下記（Ａ１）式に従って定め、前記下限値を下記（Ｂ１）式に従って定めるものである、請求項１記載のモータ制御装置である。

この構成によれば、ｄ軸電圧およびｑ軸電圧が正弦波駆動のための条件を満たす範囲で最大のｑ軸電流指令値が予め求められ、このｑ軸電流指令値に応じてｄ軸電流指令値が設定される。これにより、モータの振動を確実に抑制または防止しつつ、モータの出力を最大限に増加させることができる。

請求項３記載の発明は、前記上限・下限値設定手段が、回転角速度の絶対値が所定値を超える回転角速度域においては、前記上限値を前記（Ａ１）式に従って得られる値よりも小さく定め、前記下限値を前記（Ｂ１）式に従って得られる値よりも大きく定めるものである、請求項２記載のモータ制御装置である。この構成では、高速回転域において、ｑ軸電流指令値に大きな制限をかけるようにしている。これにより、モータ回転速度が過大になることを抑制または防止できるので、たとえば、制御のための変数がオーバーフローするなどといった不都合を効果的に回避できる。

請求項４記載の発明は、前記ｄ軸電流指令値設定手段が、下記（Ｃ）式に従ってｄ軸電流指令値を設定するものである、請求項２または３記載のモータ制御装置である。

ｉ_ｄａ ^＊はｄ軸電流指令値
ｉ_ｑａ ^＊はｑ軸電流指令値
この構成によれば、正弦波駆動が可能な範囲でｄ軸電流指令値を設定することができるので、モータの振動を抑制しつつ、その出力を増加させることができる。

請求項５記載の発明は、前記ｄ軸電流指令値設定手段が、下記（Ｃ１）式に従ってｄ軸電流指令値を設定するものである、請求項４記載のモータ制御装置である。

この構成により、正弦波駆動が可能な範囲で、ｄ軸電流指令値の絶対値を可能な限り小さな値に設定することができる。これにより、モータの振動を抑制しつつ、効果的にその出力を増加させることができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ１と、車両の舵取り機構２に操舵補助力を与える電動モータ３と、この電動モータ３を駆動制御するモータ制御装置（ＥＣＵ：電子制御ユニット）５とを備えている。モータ制御装置５は、トルクセンサ１が検出する操舵トルクと車内ＬＡＮ（ＣＡＮバス）を通じて与えられる車速情報とに応じて電動モータ３を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。電動モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスＤＣモータである。

モータ制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭを含むマイクロコンピュータ６と、電動モータ３に流れるＵ相電流ｉ_uaおよびＶ相電流ｉ_vaをそれぞれ検出するモータ電流検出回路７Ｕおよび７Ｖと、電動モータ３に付設されたロータ位置センサとしてのレゾルバ４の出力信号を増幅するレゾルバアンプ８と、電動モータ３に電力を供給するモータドライバ９とを備えている。レゾルバアンプ８は、レゾルバ４とともに信号出力手段を構成しており、レゾルバ４からの信号を処理して、電動モータ３のロータ回転角度θに関する正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを出力する。ロータ回転角度θは、電動モータ３のＵ相電機子巻線の位置を基準とするロータ（界磁）の角度（電気角）である。

マイクロコンピュータ６は、トルクセンサ１の出力信号をＡ／Ｄ変換ポート１１を介してディジタルデータで表された操舵トルクとして取り込み、また、車内ＬＡＮからの車速情報を通信ポート１２を介して取り込む。そして、マイクロコンピュータ６は、操舵トルクおよび車速に基づいて電動モータ３の電流指令値を設定し、さらに、この電流指令値とモータ電流検出回路７Ｕ，７Ｖの出力信号とに基づいて電圧指令値を設定し、この電圧指令値をモータドライバ９に与える。これにより、モータドライバ９から電動モータ３に適切な電圧が印加され、電動モータ３から操舵補助に必要十分なトルクが発生する。

マイクロコンピュータ６は、所定のプログラムを実行することによって実現される複数の機能処理手段を備えている。この複数の機能処理手段には、操舵トルクおよび車速に基づいて目標電流値を演算する目標電流演算部２１が含まれている。この目標電流演算部２１が出力する目標電流値は、加算部２２に入力されるようになっている。この加算部２２には、各種の補償制御を行う補償制御部２３からの補正値が与えられ、この補正値が目標電流値に加算されて、補正後の目標電流値が求められるようになっている。

補償制御部２３は、たとえば、ステアリングホイールの収斂性を向上させるための収斂性補正値を演算する収斂性補正部などを含み、通信ポート１２からの車速および電動モータ３のロータの回転角速度ωに基づいて、目標電流値を補正するための補正値を演算するようになっている。
マイクロコンピュータ６は、電動モータ３のロータの回転角速度ω（電気角における回転角速度）を演算するための角速度演算部２５を備えている。この角速度演算部２５には、レゾルバアンプ８の出力信号をディジタルデータに変換して取り込むＡ／Ｄ変換ポート１３からのデータが与えられている。Ａ／Ｄ変換ポート１３は、所定のサンプリング周期でレゾルバアンプ８の出力信号をサンプリングしてディジタルデータに変換し、ディジタル化された正弦信号sinθおよび余弦信号cosθを生成する。

角速度演算部２５は、たとえば、次式に従って、回転角速度ωを求めるように構成されていてもよい。
ω＝Δθ≒sinΔθ＝sinθ_icosθ_i-1−cosθ_isinθ_i-1
ただし、θ_iは今サンプリング周期でのロータ回転角度、
θ_i-1は前サンプリング周期でのロータ回転角度
Δθ＝θ_i−θ_i-1である。

マイクロコンピュータ６は、さらに、ｄｑ軸電流指令値演算部２６を備えている。このｄｑ軸電流指令値演算部２６は、前述の補正後の目標電流値に基づいて、ｄｑ座標系におけるｄ軸電流指令値ｉ_da ^*およびｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を求める。ｄｑ座標系は、電動モータ３のロータと同期して回転するｄ軸およびｑ軸からなる回転直交座標系である。ｄ軸は、ロータが形成する磁束の方向に沿った軸であり、ｑ軸は、ｄ軸に対してπ／２進んだ位相にある軸である。ただし、この実施形態では、界磁（ロータ）のＳ極からＮ極に向かう方向をｄ軸の正方向にとることにする。

ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、高速回転域（たとえば、８００rpmを超える回転速度域）では、ｄ軸電流指令値ｉ_da ^*≠０に設定して、いわゆる弱め磁束制御を行って出力を増加させる。
ｄｑ軸電流指令値演算部２６によって算出されたｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*は、減算部２７ｑに入力されるようになっている。この減算部２７ｑには、Ｕ相モータ電流検出回路７ＵおよびＶ相モータ電流検出回路７Ｖがそれぞれ検出するＵ相電流ｉ_uaおよびＶ相電流ｉ_vaを三相交流／ｄｑ座標変換して求められるｑ軸電流ｉ_qaが入力されている。Ｕ相モータ電流検出回路７ＵおよびＶ相モータ電流検出回路７Ｖの出力信号は、Ａ／Ｄ変換ポート１４，１５によってディジタルデータに変換されてマイクロコンピュータ６に取り込まれ、電流検波部１６，１７で検波された後、三相交流／ｄｑ座標変換部２８に入力されるようになっている。三相交流／ｄｑ座標変換部２８は、下記（１）式に従って、Ｕ相電流ｉ_uaおよびＶ相電流ｉ_vaをｄｑ座標系の値に変換する。

三相交流／ｄｑ座標変換部２８には、Ａ／Ｄ変換ポート１３からの正弦信号sinθおよび余弦信号cosθが与えられており、これらを用いて前記（１）式に従う演算が行われるようになっている。

三相交流／ｄｑ座標変換部２８は、三相交流／ｄｑ座標変換により得られたｑ軸電流ｉ_qaを減算部２７ｑに与える。したがって、減算部２７ｑからは、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に対するｑ軸電流ｉ_qaの偏差が出力されることになる。
一方、ｄ軸電流指令値ｉ_da ^*は、減算部２７ｄに入力されるようになっている。そして、減算部２７ｄには、三相交流／ｄｑ座標変換部２８において前記（１）式に従い、Ｕ相電流ｉ_uaおよびＶ相電流ｉ_vaを三相交流／ｄｑ座標変換して得られるｄ軸電流ｉ_daが入力されている。これにより、減算部２７ｄは、ｄ軸電流指令値ｉ_da ^*に対するｄ軸電流ｉ_daの偏差を出力することになる。

減算部２７ｄ，２７ｑから出力される偏差は、それぞれｄ軸電流ＰＩ（比例積分）制御部２９ｄおよびｑ軸電流ＰＩ制御部２９ｑに与えられる。ＰＩ制御部２９ｄ，２９ｑは、それぞれ、減算部２７ｄ，２７ｑから入力される偏差に基づいてＰＩ演算を行い、これによりｄ軸電圧指令値Ｖ_da ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖ_qa ^*を求める。
ｄ軸電圧指令値Ｖ_da ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖ_qa ^*は、ｄｑ／三相交流座標変換部３１に入力されるようになっている。このｄｑ／三相交流座標変換部３１にはまた、レゾルバアンプ８からＡ／Ｄ変換ポート１３を介して取り込まれた正弦信号sinθおよび余弦信号cosθが入力されている。ｄｑ／三相交流座標変換部３１は、これらを用い、下記（２）式に従って、ｄ軸電圧指令値Ｖ_da ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖ_qa ^*を三相交流座標系の指令値Ｖ_ua ^*，Ｖ_va ^*，Ｖ_wa ^*に変換する。そして、その得られたＵ相電圧指令値Ｖ_ua ^*、Ｖ相電圧指令値Ｖ_va ^*およびＷ相電圧指令値Ｖ_wa ^*を、三相ＰＷＭ形成部３２に入力する。

なお、Ｗ相電圧指令値Ｖ_wa ^*は、上記（２）式の演算によるのではなく、零からＵ相電圧指令値Ｖ_ua ^*およびＶ相電圧指令値Ｖ_va ^*を減算することにより求めることができる。このようにすれば、ＣＰＵへの負担を軽減できる。むろん、ＣＰＵの演算速度が十分である場合には、上記（２）式に従う演算によってＷ相電圧指令値Ｖ_wa ^*を算出するようにしてもよい。

三相ＰＷＭ形成部３２は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_ua ^*、Ｖ相電圧指令値Ｖ_va ^*およびＷ相電圧指令値Ｖ_wa ^*にそれぞれ対応したＰＷＭ信号Ｓ_u，Ｓ_v，Ｓ_wを作成し、その作成したＰＷＭ信号Ｓ_u，Ｓ_v，Ｓ_wをモータドライバ９に向けて出力する。これにより、モータドライバ９から、電動モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に、それぞれＰＷＭ信号Ｓ_u，Ｓ_v，Ｓ_wに応じた電圧Ｖ_ua，Ｖ_va，Ｖ_waが印加され、電動モータ３から、操舵補助に必要なトルクが発生される。

図２は、ｄｑ軸電流指令値演算部２６の動作を説明するための図であり、モータ回転角速度ωに応じたｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}が示されている。これらの上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}の間でｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*が設定されることによって、電動モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に正弦波電圧を印加する正弦波駆動が可能になる。

弱め磁束制御をしないとき、すなわち、ｄ軸電流指令値ｉ_da ^*＝０とするときには、破線で示す特性Ｌ１⁺，Ｌ１^-に従ってｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*が制限される。特性Ｌ１⁺は、一方向（たとえば右回り方向）へのトルクを発生させるために正のｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を設定するときの上限値を示し、特性Ｌ１^-は他方向（たとえば左回り方向）へのトルクを発生させるために負のｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を設定するときの下限値を示す。この場合、モータ回転角速度ωの絶対値が所定の第１閾値ω１（たとえば、ω１＝８００rpm）以下の低中速回転域においては、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値および下限値はそれぞれ一定値α、−α（ただしαは正の定数）であり、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第１閾値ω１を超える高速回転域においては、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値は、モータ回転角速度ωの増加に伴ってリニアに減少し、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の下限値は、モータ回転角速度ωの絶対値の増加に伴ってリニアに増加する（絶対値が減少する）特性とされる。つまり、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値および下限値の絶対値は、第１閾値ω１以下の中低速回転域において一定値に保持される一方で、第１閾値ω１を超える高速回転域においてモータ回転角速度ωの増加に応じてリニアに減少する特性とされる。

一方、弱め磁束制御をするときには、実線で示す特性Ｌ２⁺，Ｌ２^-に従ってｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*が制限される。特性Ｌ２⁺は、一方向（たとえば右回り方向）へのトルクを発生させるために正のｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を設定するときの上限値を示し、特性Ｌ２^-は他方向（たとえば左回り方向）へのトルクを発生させるために負のｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を設定するときの下限値を示す。この場合、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第１閾値ω１よりも大きな第２閾値ω２（＞ω１。たとえば、ω２＝９００rpm）以下の回転速度域においては、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値および下限値はそれぞれ一定値α，−αである。そして、モータ回転角速度ωの絶対値が前記第２閾値ω２を超える回転速度域においては、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値は、モータ回転角速度ωの増加に伴って非線形に減少し、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の下限値は、モータ回転角速度ωの絶対値の増加に伴って非線形に増加（絶対値が減少）する特性とされる。つまり、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値および下限値の絶対値は、第２閾値ω２以下の回転速度域において一定値に保持される一方で、第２閾値ω２を超える回転速度域においてモータ回転角速度ωの増加に応じて非線形に減少する特性とされる。

ｑ軸電流は、電動モータ３の出力トルクに対応する。したがって、弱め磁束制御を行わないときには、特性Ｌ１⁺，Ｌ１^-から理解されるとおり、モータ回転角速度ωの絶対値が第１閾値ω１を超える高速回転域では、モータ回転角速度ωの絶対値の上昇に応じて、出力トルクが減少していき、或る回転速度ω１０（たとえば、ω１０＝１５００rpm）でトルクを発生することができなくなる。そこで、第１閾値ω１を超える高速回転域において、ｄ軸電流指令値ｉ_da ^*を零以外の有意な値に設定して弱め磁束制御を行うことで、第１閾値ω１を超える高速回転域において、電動モータ３の出力を増加させることができる。

弱め磁束制御を行うときのｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}は下記（３）式で与えられ、その下限値ｉ_{qa_downlim}は下記（４）式で与えられる。ただし、上限値ｉ_{qa_uplim}は正のｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に対して適用され、下限値ｉ_{qa_downlim}は負のｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に対して適用される。

また、弱め磁束制御のためのｄ軸電流指令値ｉ_da ^*は、下記（５）式で与えられる。

図３は、弱め磁束制御を行うときのｄｑ軸電流指令値演算部２６の動作を説明するためのフローチャートである。ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、図２の特性Ｌ２⁺，Ｌ２^-に従って、モータ回転角速度ωに対応する上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}を設定する（ステップＳ１）。さらに、ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、車速および操舵速度等に基づいてｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を設定する（ステップＳ２）。

次に、ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*と上限値ｉ_{qa_uplim}とを比較する（ステップＳ３）。もしも、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*が上限値ｉ_{qa_uplim}よりも大きければ（ステップＳ３：ＹＥＳ）、このｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に制限が加えられる。すなわち、その後の制御に用いるためのｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*として上限値ｉ_{qa_uplim}が代入される（ステップＳ４）。

一方、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*が上限値ｉ_{qa_uplim}以下であれば（ステップＳ３：ＮＯ）、次に、ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*と下限値ｉ_{qa_downlim}とを比較する（ステップＳ５）。もしも、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*が下限値ｉ_{qa_downlim}未満であれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、このｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に制限が加えられる。すなわち、その後の制御に用いるためのｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*として下限値ｉ_{qa_downlim}が代入される（ステップＳ６）。

ステップＳ２で設定されたｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*が、上限値ｉ_{qa_uplim}以下（ステップＳ３：ＮＯ）で、かつ、下限値ｉ_{qa_downlim}以上（ステップＳ５：ＮＯ）の値であれば、そのｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*がそのまま用いられる。
こうして、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に必要に応じた制限を加えた後、ｄｑ軸電流指令値演算部２６は、前記（５）式に従って、ｄ軸電流指令値ｉ_da ^*を設定する。

こうして求められたｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*およびｄ軸電流指令値ｉ_da ^*に基づいて、減算部２７ｄ，２７ｑにおいて電流偏差が求められ、さらにそれらの電流偏差に基づいて、電流ＰＩ制御部２９ｄ，２９ｑによるＰＩ制御が行われる。これにより、ｄ軸電圧指令値Ｖ_da ^*およびｑ軸電圧指令値Ｖ_qa ^*が求められて、ｄｑ／三相交流座標変換部３１に与えられることになる。

図４は、正弦波駆動のためにｄ軸電圧指令値Ｖ_da ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_qa ^*とに課される条件を示す図である。電動モータ３の各相の電圧が正弦波となるようにするためには、各相電圧の振幅を電源電圧Ｅ_d（バッテリ電圧）の１／２以下とする必要があり、ｄ軸電圧Ｖ_dおよびｑ軸電圧Ｖ_qに関して、次の（６）式が成立する必要がある（特許文献１）。
√（Ｖ_d ²＋Ｖ_q ²）≦Ｅ_d√３／２√２＝Ｖ_lim …… （６）
一方、定常状態でのｑ軸電圧Ｖ_qおよびｄ軸電圧Ｖ_dは、次のように、表される。

これらを前記（６）式に代入すると、次の（９）式が得られる。

弱め磁束制御をしないとき、すなわち、ｄ軸電流指令値ｉ_da ^*＝０で前記（９）式が満たされる条件は、次の（１０）式である。

これを変形すると、弱め磁束制御をしないときに正弦波駆動を行うための条件は、次の（１１）式で与えられることがわかる。

一方、ｉ_da ^*＝０では前記（１０）式を満たさないとき、すなわち、下記（１２）式の条件のときには、ｄ軸電流指令値ｉ_da ^*≠０とすることにより前記（９）式を満たす必要がある。

そこで、前記（９）式をｉ_da ^*について解くと、下記（１３）式を得る。

ｄ軸電流の絶対値が大きくなるほどモータ効率が低下するので、前記（１３）式の条件を満たす絶対値が最小の値をｄ軸指令電流値ｉ_da ^*とすればよい。
Ａ＞０は自明であり、前記（１２）式よりＣ＞０であるので、次の（１４）式および（１５）式のとおりとなる。

前記（１５）式のときは、ｄ軸指令電流値ｉ_da ^*が正値となり、ｄ軸の界磁を強める方向に電流を流すことになるので、Ｂ＜０のときは、ｉ_da ^*＝０とする。

ここで、Ｂ²−ＡＣ≧０を満たさなければ、前記（１４）式の値が虚数となり、この（１４）式を満たすｉ_da ^*が存在しない。つまり、どのようなｑ軸電流指令値ｉ_da ^*を設定しても、図４の円で示される制限電圧範囲内に収まらない。そこで、Ｂ²−ＡＣ≧０をｉ_qa ^*について解くと、下記（１６）式が得られ、これが、制限電圧範囲内とするために、すなわち、正弦波駆動を行うために、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に課される条件となる。

したがって、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を予め前記（１６）式の範囲に制限し（図３のステップＳ３〜Ｓ６）、その後に、前記（１５）式によりｄ軸電流指令値ｉ_da ^*を求めればよい（図３のステップＳ７）。これにより、制限電圧範囲内で最大の出力を得ることができる。すなわち、高速回転域においても、振動を生じさせることなく、出力の増加を図ることができる。これにより、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上することができる。

しかも、ｑ軸電圧指令値に事後的に制限をかける特許文献１の先行技術とは異なり、予めｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を制限し、このｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に対応したｄ軸電流指令値ｉ_da ^*を設定する構成であるので、ｑ軸電流が変動的になることもない。
図５は、この発明の第２の実施形態を説明するための図であり、前述の図１の構成におけるｄｑ軸電流指令値演算部２６が設定するｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}が示されている。

この実施形態では、モータ回転角速度ωの絶対値が所定の第３閾値ω３（＞ω２。たとえば、ω３＝３５００rpm）を超える回転速度域においては、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に対して、前記（１６）式による制限よりもさらに大きな制限をかける特性Ｌ３⁺，Ｌ３^-が適用される。すなわち、モータ回転角速度絶対値｜ω｜が第３閾値ω３を超える範囲では、前記（１６）式の場合よりも上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}の絶対値が小さく設定されるように、モータ回転角速度絶対値｜ω｜の増加に伴って、前記（１６）式の場合よりも大きな変化率で上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}の絶対値がリニアに減少する。そして、上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}は、それぞれ、第４閾値ω４，−ω４（＞ω３。たとえば、ω４＝４０００rpm）で零となっている。

このような構成とすることによって、モータ回転角速度ωが異常に大きな値となることを防止できるので、マイクロコンピュータ６が実行するソフトウェアの変数がオーバーフローしたりすることがなく、安定な制御が可能になる。
図６は、この発明の第３の実施形態を説明するための図であり、前述の図１の構成におけるｄｑ軸電流指令値演算部２６が設定するｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}が示されている。

この実施形態では、図２の特性Ｌ２⁺の曲線に内接する線分（原点Ｏ側から接する線分）で構成された折れ線特性Ｌ２Ａ⁺に従ってｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}が定められている。図示は省略するが、同様に、特性Ｌ２^-の曲線に内接する線分（原点Ｏ側から接する線分）で構成された折れ線特性Ｌ２Ａ^-に従ってｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の下限値ｉ_{qa_downlim}が定められるようになっている。より具体的には、折れ線特性Ｌ２Ａ⁺，Ｌ２Ａ^-を形成する複数の頂点４０の値がマイクロコンピュータ６に備えられたメモリ（図示せず）に記憶されており、頂点４０の間の線分４１上の値は線形補間によって求められる。このような構成とすることにより、前記（１６）式の制限範囲内にｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*を制限するための演算負荷を軽減することができる。

以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、弱め磁束制御を行うときのｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}は、図２の特性Ｌ１⁺と特性Ｌ２⁺との間の値に定めればよく、同じく弱め磁束制御を行うときのｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の下限値ｉ_{qa_downlim}は、図２の特性Ｌ１^-と特性Ｌ２^-との間の値に定めればよい。したがって、たとえば、図２に二点鎖線で示す特性Ｌ４⁺，Ｌ４^-のように特性Ｌ２⁺，Ｌ２^-のよりも絶対値が低めの上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}が設定される特性にしてもよい。このような特性Ｌ４⁺，Ｌ４^-は、たとえば、モータドライバ９などの回路素子の特性のばらつき（製造ばらつき、温度変化、経年変化など）や、入力電圧（バッテリ電圧）の変動を考慮して、これらのばらつきや変動によらずに、特性Ｌ１⁺，Ｌ２⁺間に上限値ｉ_{qa_uplim}が収まり、特性Ｌ１^-，Ｌ２^-間に下限値ｉ_{qa_downlim}が収まるように定めてもよい。この場合、特性Ｌ４⁺，Ｌ４^-は、下記（１７）式および（１８）式に示すように、前記（３）式および（４）式の右辺に定数Ｋ（０＜Ｋ＜１）を乗じて設定してもよい。

また、図１に二点鎖線で示すように、電流ＰＩ制御部２９ｄ，２９ｑとｄｑ／三相交流座標変換部３１との間に制限処理部３０を設け、特許文献１の場合と同様にして、ｑ軸電圧指令値Ｖ_qa ^*に制限をかけるようにしてもよい。前述のとおり、ｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*に予め制限をかけるようにしているので、ｑ軸電圧指令値Ｖ_qa ^*およびｄ軸電圧指令値Ｖ_da ^*がｄｑ座標での制限電圧Ｖ_limを超える値に設定されることはほとんどないが、制限処理部３０を設けておくことにより、より確実に正弦波駆動を行うことができる。

さらに、前述の実施形態では、この発明が電動パワーステアリング装置に適用される例について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置の駆動源としてのモータの制御に限らず、他の任意の用途のモータの制御にも容易に拡張して適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 ｄｑ軸電流指令値演算部の動作を説明するための図であり、モータ回転角速度に応じたｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}が示されている。 弱め磁束制御を行うときのｄｑ軸電流指令値演算部の動作を説明するためのフローチャートである。 正弦波駆動のためにｄ軸電圧指令値Ｖ_da ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_qa ^*とに課される条件を示す図である。 この発明の第２の実施形態を説明するための図であり、ｄｑ軸電流指令値演算部が設定するｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}を示す。 この発明の第３の実施形態を説明するための図であり、ｄｑ軸電流指令値演算部が設定するｑ軸電流指令値ｉ_qa ^*の上限値ｉ_{qa_uplim}および下限値ｉ_{qa_downlim}を示す。

符号の説明

３…電動モータ、４…レゾルバ、５…モータ制御装置、６…マイクロコンピュータ

Claims (5)

1. ｄｑ座標上のｄ軸電流およびｑ軸電流を制御することによりモータを制御するためのモータ制御装置であって、
   ｑ軸電流指令値を設定するｑ軸電流指令値設定手段と、
   ｑ軸電流の上限値および下限値を設定する上限・下限値設定手段と、
   前記ｑ軸電流指令値設定手段によって設定されるｑ軸電流指令値と、前記上限・下限値設定手段によって設定される上限値および下限値とを比較する比較手段と、
   この比較手段による比較結果に応じてｑ軸電流指令値に制限を加えるｑ軸電流指令値制限手段と、
   このｑ軸電流指令値制限手段による制限後のｑ軸電流指令値に基づいて、ｄ軸電流指令値を設定するｄ軸電流指令値設定手段とを含み、
   前記上限・下限値設定手段が、モータの回転角速度に応じた上限値および下限値を設定するものであり、前記上限値を下記（Ａ）式を満たすように定め、前記下限値を下記（Ｂ）式を満たすように定めるものである、モータ制御装置。
   

   

   ｉ _{qa_uplim} はｑ軸電流上限値
   ｉ _{qa_downlim} はｑ軸電流下限値
   Ｒはモータの固定子巻線抵抗
   φは界磁による固定子鎖交磁束から計算されるｄｑ座標上の磁束
   ωはモータの電気角における回転角速度
   Ｌ _ｄ はｄ軸インダクタンス
   Ｌ _ｑ はｑ軸インダクタンス
   Ｖ _lim は正弦波駆動が可能なｄｑ座標での制限電圧
2. 前記上限・下限値設定手段が、前記上限値を下記（Ａ１）式に従って定め、前記下限値を下記（Ｂ１）式に従って定めるものである、請求項１記載のモータ制御装置。
   

   
3. 前記上限・下限値設定手段が、回転角速度の絶対値が所定値を超える回転角速度域においては、前記上限値を前記（Ａ１）式に従って得られる値よりも小さく定め、前記下限値を前記（Ｂ１）式に従って得られる値よりも大きく定めるものである、請求項２記載のモータ制御装置。
4. 前記ｄ軸電流指令値設定手段が、下記（Ｃ）式に従ってｄ軸電流指令値を設定するものである、請求項２または３記載のモータ制御装置。
   

   

   ｉ_ｄａ ^＊はｄ軸電流指令値
   ｉ_ｑａ ^＊はｑ軸電流指令値
5. 前記ｄ軸電流指令値設定手段が、下記（Ｃ１）式に従ってｄ軸電流指令値を設定するものである、請求項４記載のモータ制御装置。
   

   

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