JP5327503B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのモータ制御装置に関する。ブラシレスモータは、たとえば、電動パワーステアリング装置における操舵補助力の発生源として利用される。

ブラシレスＤＣモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転位置を検出するための位置センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。位置センサとしては、ロータ回転位置（電気角）に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバが用いられる。レゾルバが出力する正弦波信号および余弦波信号は、いずれか一方だけでは２つの回転位置候補を特定できるにすぎないが、それらの両方を用いることで、一つのロータ回転位置を特定することができる。

正弦波信号の信号線および余弦波信号の信号線のうちの一方に断線故障が生じると、ロータ回転位置を一意に特定することができなくなるから、ブラシレスモータの駆動制御を継続できなくなる。
この問題は、特許文献１の先行技術の適用によって緩和される。この先行技術では、レゾルバをメイン角度検出手段として用いる一方で、モータの逆起電力に基づいてモータの回転角度を推定するサブ角度検出手段が備えられている。メイン角度検出手段の故障時には、サブ角度検出手段でモータの回転角度を検出するようにしている。
特開２００３−１６４１８７号公報

しかし、モータの逆起電力に基づいてモータの回転角度を推定するサブ角度検出手段では、レゾルバほど精度の高いロータ位置情報が得られない。そのため、「非常時の緊急避難的なバックアップを担うサブシステムとして、フェイルセーフを確保するのには適している」かもしれないが、位置検出誤差のために、モータを効率良く駆動することができず、十分なトルク出力が得られないおそれがある。

そこで、この発明の目的は、正弦波信号および余弦波信号のいずれか一方に異常が生じたときでも、ロータ回転位置を精度良く求めることができ、これにより、モータ制御性能を向上することができるモータ制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロータ（５０）と、このロータに対向するステータ（５１〜５３）とを備えたモータ（３）を制御するためのモータ制御装置（５）であって、前記ロータの回転位置に対応する正弦波信号および余弦波信号を生成するレゾルバ（１０）と、前記レゾルバが生成する前記正弦波信号および余弦波信号に基づいてロータ回転位置を求める第１回転位置演算手段（２１）と、モータ電流およびモータ電圧（目標値であってもよいし、検出値であってもよい。）に基づいて、ロータの回転情報を推定する回転情報推定手段（２４，２５，２８，２９，３０，４０）と、前記レゾルバが生成する前記正弦波信号および余弦波信号のいずれか一方に異常が生じたときに正常な他方の信号と、前記回転情報推定手段によって推定される回転情報とに基づいて、前記レゾルバ以外のレゾルバの出力信号を用いることなく、ロータ回転位置を求める第２回転位置演算手段（２２）とを含む、モータ制御装置である。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、正弦波信号および余弦波信号の両方が正常なときには、これらの両方を用いて、第１回転位置演算手段により、正確なロータ回転位置を求めることができる。一方、正弦波信号および余弦波信号のうちのいずれか一方に異常が生じたときには、正常な他方の信号を用いて、他のレゾルバの出力信号を用いることなく、第２回転位置演算手段によってロータ回転位置が求められる。正弦波信号および余弦波信号の一方だけではロータ回転位置を求めることができないので、モータ電流およびモータ電圧に基づいてロータの回転情報（たとえば、ロータ回転位置、回転位置領域または回転方向（回転速度））が回転情報推定手段によって求められる。第２回転位置演算手段は、求められた回転情報と前記正常な他方の信号とを用いることで、ロータ回転位置を求める。たとえば、前記正常な他方の信号のみでは不足する情報を、モータ電流およびモータ電圧から推定した回転情報によって補う構成としたり、あるいは、モータ電流およびモータ電圧から推定した回転情報を前記正常な他方の信号を用いて補正する構成としたりすることができる。

このようにして、推定演算だけで求めるよりも精度の高いロータ回転位置を求めることができる。これにより、正弦波信号および余弦波信号のいずれか一方に異常が生じたときでも、ロータの回転位置を精度良く求めることができるから、モータ制御性能を向上することができ、トルク出力の低下を抑制できる。しかも、センサを追加するわけではないので、大幅なコスト増加を招くこともない。

正弦波信号および余弦波信号のいずれに異常が生じているかは、既知の手段によって特定可能である。たとえば、正弦波信号および余弦波信号が伝送される信号線を電源電圧にプルアップまたはグランド電位にプルダウンしておき、正弦波信号または余弦波信号が導出されなくなったときに、当該信号線に電源電圧またはグランド電位が現れるようにしておけばよい。これにより、信号線の電位が電源電圧またはグランド電位に固定されたことに基づいて、正弦波信号または余弦波信号の異常発生を特定できる。

請求項２記載の発明は、前記回転情報推定手段は、前記ロータの回転位置領域を特定する領域特定手段（２５）を含み、前記第２回転位置演算手段は、前記領域特定手段によって特定される回転位置領域に基づいて、ロータ回転位置を求めるものである、請求項１記載のモータ制御装置である。より具体的には、前記回転情報推定手段は、前記モータのインダクタンスを求めるインダクタンス演算手段（２４）を含み、前記領域特定手段は、前記インダクタンス演算手段によって求められるインダクタンスに基づいて、前記ロータの回転位置領域を特定するものであってもよい。

モータのインダクタンス（たとえば、α軸インダクタンス）は、ロータ回転位置に応じて変化する。そこで、モータのインダクタンスから、ロータの回転位置領域を特定することができる。そこで、前記正常な他方の信号と、回転位置領域とを用いることにより、正確なロータ回転位置を求めることができる。
たとえば、二相固定座標系αβにおけるα軸方向のインダクタンスＬ_αは、定数Ｌ₀，Ｌ₁およびロータ回転位置θを用いて、次式によって表すことができる。

Ｌ_α＝Ｌ₀＋Ｌ₁cos２θ
したがって、この式に基づいて、α軸インダクタンスＬ_αから、ロータの回転位置領域を特定することができる。
前記正常な他方の信号から、これに対応する２つの回転位置候補を特定することができるから、領域特定手段により特定される回転位置領域内の回転位置候補を選択することにより、正確なロータ回転位置を得ることができる。

２つの回転位置候補を特定するために、ロータ回転位置に対する正弦波信号値の関係を表す正弦波信号テーブルと、ロータ回転位置に対する余弦波信号値の関係を表す余弦波信号テーブルとを設けておくことが好ましい。
請求項３記載の発明は、前記回転情報推定手段は、ロータ回転方向を推定する回転方向推定手段（２９）を含み、前記第２回転位置演算手段は、前記回転方向推定手段によって推定されるロータ回転方向に基づいて、ロータ回転位置を求めるものである、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、モータ電流およびモータ電圧に基づいてロータ回転方向が推定される。前述のとおり、前記正常な他方の信号（正弦波信号または余弦波信号）から回転位置候補が２つ得られるので、推定された回転方向に基づいて、そのうちの一つを選択することによって、正確なロータ回転位置を得ることができる。これにより、正弦波信号および余弦波信号の一方に異常が生じているときでも、ロータ回転位置を高精度で求めることができる。

前記ロータ回転方向推定手段は、ロータの回転速度（回転角速度）を推定する回転速度推定手段（２９）を含んでいてもよい。
請求項４記載の発明は、前記回転情報推定手段は、ロータ回転位置を推定する位置推定手段（３０）を含み、前記第２回転位置演算手段は、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択する選択手段（Ｓ２６，Ｓ２７）を含む、請求項１記載のモータ制御装置である。

前述のとおり、前記正常な他方の信号のみを用いることで、ロータ回転位置を２つの回転位置候補に絞り込むことができる。そこで、この発明では、モータ電流およびモータ電圧に基づいて推定された推定ロータ回転位置に近い方の回転位置候補が選択される。こうして、精度の高いロータ回転位置を得ることができる。
請求項５記載の発明は、前記選択手段は、前記正常な他方の信号が正弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が９０度または２７０度の近傍の所定範囲内の値であるとき、および前記正常な他方の信号が余弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が０度または１８０度の近傍の所定範囲内の値であるときに、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記第２回転位置演算手段が直前に演算したロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択するものである、請求項４記載のモータ制御装置である。

正弦波信号は９０度および２７０度で極値をとる。そのため、前記正常な他方の信号が正弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が９０度または２７０度の近傍の所定範囲内の値であるときは、推定されるロータ回転位置と２つの回転位置候補との差がほぼ等しくなり、いずれとも決定し難くなる。また、余弦波信号は０度および１８０度で極値をとる。そのため、前記正常な他方の信号が余弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が０度または１８０度の近傍の所定範囲内の値であるときは、推定されるロータ回転位置と２つの回転位置候補との差がほぼ等しくなり、いずれとも決定し難くなる。そこで、これらの場合には、直前に演算されたロータ回転位置に近いロータ回転位置候補が選択されて、今回のロータ回転位置とされる。こうして、尤もらしいロータ回転位置を求めることができる。なお、第２回転位置演算手段は、繰り返しロータ回転位置を演算するものである。

請求項６記載の発明は、ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
正弦波信号および余弦波信号に基づいてロータ回転位置を求める第１回転位置演算手段と、
モータ電流およびモータ電圧に基づいて、ロータの回転情報を推定する回転情報推定手段と、
前記正弦波信号および余弦波信号のいずれか一方に異常が生じたときに正常な他方の信号と、前記回転情報推定手段によって推定される回転情報とに基づいて、ロータ回転位置を求める第２回転位置演算手段とを含み、
前記回転情報推定手段は、ロータ回転位置を推定する位置推定手段を含み、
前記第２回転位置演算手段は、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択する選択手段を含み、
前記選択手段は、前記正常な他方の信号が正弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が９０度または２７０度の近傍の所定範囲内の値であるとき、および前記正常な他方の信号が余弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が０度または１８０度の近傍の所定範囲内の値であるときに、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記第２回転位置演算手段が直前に演算したロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択するものである、モータ制御装置である。

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、この発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置を適用した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モータ３（電動モータ）と、このモータ３を駆動制御するモータ制御装置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に応じてモータ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。

モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスＤＣモータであり、図２に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、このロータ５０に対向するステータに配置されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３とを備えている。モータ３は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。

モータ制御装置５は、マイクロコンピュータ７と、このマイクロコンピュータ７によって制御され、モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）８と、モータ３の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流センサ９と、モータ３のロータ回転位置を検出するレゾルバ１０とを備えている。レゾルバ１０は、ロータ回転位置に対応する正弦波信号および余弦波信号を生成するものである。正弦波信号は正弦波信号線１０ａを介してマイクロコンピュータ７に供給され、余弦波信号は余弦波信号線１０ｂを介してマイクロコンピュータ７に供給されるようになっている。マイクロコンピュータ７は、所定のサンプリング周期毎に、正弦波信号線１０ａおよび余弦波信号線１０ｂからの信号をサンプリングし、ディジタルデータに変換して取り込むように動作する。

マイクロコンピュータ７は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電流指令値生成部１１と、ＰＩ（比例積分）制御部１２と、指示電圧生成部１３と、γδ／αβ座標変換部１４と、αβ／ＵＶＷ座標変換部１５と、ＰＷＭ制御部１６と、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７と、αβ／γδ座標変換部１８と、偏差演算部１９と、加算部２０と、第１位置演算部２１と、第２位置演算部２２と、切換え部２３と、パラメータ同定部２４と、領域特定部２５と、信号異常検出部２６とが含まれている。

電流指令値生成部１１は、モータ３のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の指令値Ｉ_d ^*と、ｄ軸に直交するｑ軸電流成分の指令値Ｉ_q ^*とを生成する。以下、これらをまとめて言うときには、「電流指令値Ｉ_dq」という。ただし、ｄｑ座標平面はロータ５０の回転方向に沿う平面であり、ｄ軸およびｑ軸は、ロータ５０とともに回転する二相回転座標系（ｄ−ｑ）を規定する（図２参照）。

モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に与えるべき電流（正弦波電流）の振幅を表す電流指令値Ｉ^*を用いると、ｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*およびｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*は、次式(1)(2)のように表される。

したがって、電流指令値生成部１１は、ｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*＝０を生成する一方で、トルクセンサ１によって検出される操舵トルクに応じたｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*を生成する。より具体的には、操舵トルクに対応したｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*を記憶したマップ（テーブル）を用いてｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*が生成されるようになっていてもよい。モータ３が発生するトルクは、モータ電流に対応するから、電流指令値Ｉ_dqは、モータ３から発生させるべきトルクを指令するための「トルク指令値」と言い換えることもできる。

電流センサ９は、モータ３のＵ相電流Ｉ_U、Ｖ相電流Ｉ_VおよびＷ相電流Ｉ_Wを検出する（以下、これらをまとめていうときには「三相検出電流Ｉ_UVW」という）。その検出値は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７に与えられる。
ＵＶＷ／αβ座標変換部１７は、三相検出電流Ｉ_UVWを、二相固定座標系（α−β）上での電流Ｉ_αおよびＩ_β（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_αβ」という。）に座標変換する。二相固定座標系（α−β）とは、ロータ５０の回転中心を原点として、ロータ５０の回転平面内にα軸およびこれに直交するβ軸を定めた固定座標系である（図２参照）。座標変換された二相検出電流Ｉ_αβは、αβ／γδ座標変換部１８に与えられる。

αβ／γδ座標変換部１８は、二相検出電流Ｉ_αβを、推定ロータ回転位置θ^（以下、「推定回転位置θ^」という。）に従う二相回転座標系（γ−δ）上での電流Ｉ_γおよびＩ_δ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_γδ」という。）に座標変換する。二相回転座標系（γ−δ）は、推定回転位置θ^にロータ５０がある場合に、ロータ磁極方向に沿うγ軸と、このγ軸に直交するδ軸とによって規定される回転座標系である（図２参照）。推定回転位置θ^に誤差がなく、実際のロータ回転位置と一致しているとき、二相回転座標系（ｄ−ｑ）と二相回転座標系（γ−δ）とは一致する。推定回転位置θ＾は、第１位置演算部２１または第２位置演算部２２によって演算され、切換え部２３によって選択されたロータ回転位置である。

二相検出電流Ｉ_γδは、偏差演算部１９に与えられるようになっている。この偏差演算部１９は、ｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*に対するγ軸電流Ｉ_γの偏差、およびｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*に対するδ軸電流Ｉ_δの偏差を演算する。これらの偏差がＰＩ制御部１２に与えられてそれぞれＰＩ演算処理を受ける。そして、これらの演算結果に応じて、指示電圧生成部１３によって、γ軸指示電圧Ｖ_γ ^*およびδ軸指示電圧Ｖ_δ ^*（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖ_γδ」という。）が生成されて、γδ／αβ座標変換部１４に与えられる。

γδ／αβ座標変換部１４は、γ軸指示電圧Ｖ_γ ^*およびδ軸指示電圧Ｖ_δ ^*を、二相固定座標系（α−β）の指示電圧であるα軸指示電圧Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖ_αβ」という。）に座標変換する。この二相指示電圧Ｖ_αβは、αβ／ＵＶＷ座標変換部１５に与えられる。
αβ／ＵＶＷ座標変換部１５は、α軸指示電圧Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*を三相固定座標系の指示電圧、すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の指示電圧Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*（以下、これらをまとめていうときには「三相指示電圧Ｖ_UVW」という。）に変換する。

ＰＷＭ制御部１６は、三相の指示電圧Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*に応じて制御されたデューティ比の駆動信号を生成して駆動回路８に与える。これにより、モータ３の各相には、該当する相の指示電圧Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*に応じたデューティ比で電圧が印加されることになる。
このような構成によって、舵取り機構２に結合された操作部材としてのステアリングホイール（図示せず）に操舵トルクが加えられると、これがトルクセンサ１によって検出される。そして、その検出された操舵トルクに応じた電流指令値Ｉ_dqが電流指令値生成部１１によって生成される。この電流指令値Ｉ_dqと二相検出電流Ｉ_γδとの偏差が偏差演算部１９によって求められ、この偏差を零に導くようにＰＩ制御部１２によるＰＩ演算が行われる。この演算結果に対応した二相指示電圧Ｖ_γδが指示電圧生成部１３によって生成され、これが、座標変換部１４，１５を経て三相指示電圧Ｖ_UVWに変換される。そして、ＰＷＭ制御部１６の働きによって、その三相指示電圧Ｖ_UVWに応じたデューティ比で駆動回路８が動作することによって、モータ３が駆動され、電流指令値Ｉ_dqに対応したアシストトルクが舵取り機構２に与えられることになる。こうして、操舵トルクに応じて操舵補助を行うことができる。電流センサ９によって検出される三相検出電流Ｉ_UVWは、座標変換部１７，１８を経て、電流指令値Ｉ_dqに対応するように二相回転座標系（γ−δ）で表された二相検出電流Ｉ_γδに変換された後に、偏差演算部１９に与えられる。

回転座標系と固定座標系との間での座標変換のためには、ロータ５０の回転位置を表す位相角（電気角）θが必要である。この位相角を表す推定回転位置θ^が、レゾルバ１０の出力を用いて生成され、γδ／αβ座標変換部１４およびαβ／γδ座標変換部１８に与えられるようになっている。
パラメータ同定部２４は、二相検出電流Ｉ_αβおよび二相指示電圧Ｖ_αβに基づいて、モータパラメータを同定する。この実施形態では、同定されるモータパラメータは、インダクタンスＬを含む。より詳しくは、パラメータ同定部２４は、α軸インダクタンスＬ_α、β軸インダクタンスＬ_β、αβ軸間インダクタンスＬ_αβを同定する。この場合に、パラメータ同定部２４は、たとえば、次式(3)で表されるモータモデルに基づいて、パラメータ（ＲおよびＬ）を同定する。ただし、ｖはモータ３に印加される電圧（この実施形態ではｖ＝Ｖ_αβ）、ｉはモータ電流（この実施形態ではｉ＝Ｉ_αβ）、ｐは微分演算子である。

ｖ＝（Ｒ＋ｐＬ）ｉ …(3)
領域特定部２５は、パラメータ同定部２４によって同定されるパラメータに基づいて、ロータ５０の回転位置領域を推定する。
より具体的に説明すると、α軸インダクタンスＬ_α、β軸インダクタンスＬ_β、およびαβ軸間インダクタンスＬ_αβは、ロータ５０の回転位置θに依存し、次のように表される。

Ｌ_α＝Ｌ₀＋Ｌ₁cos２θ …(4)
Ｌ_β＝Ｌ₀−Ｌ₁cos２θ …(5)
Ｌ_αβ＝Ｌ₁sin２θ …(6)
ただし、Ｌ₀，Ｌ₁はインダクタンスの成分であり、ｄ軸インダクタンスＬ_dおよびｑ軸インダクタンスＬ_qを用いて次のように表される。

Ｌ₀＝（Ｌ_d＋Ｌ_q）／２ …(7)
Ｌ₁＝（Ｌ_d−Ｌ_q）／２ …(8)
したがって、α軸インダクタンスＬ_α、β軸インダクタンスＬ_β、αβ軸間インダクタンスＬ_αβをパラメータ同定部２４で同定すると、これらを用いて、次式(9)に基づいてロータ回転位置θを推定することができる。

こうして推定される回転位置θは、レゾルバ１０で検出されるロータ回転位置ほど正確ではないが、ロータ回転位置がいずれの角度領域にあるかを特定するには充分である。
また、領域特定部２５は、前記式(4)に基づき、α軸インダクタンスＬ_αだけを用いてロータ回転位置の角度領域を求めてもよい。すなわち、前記式(4)の関係を図に表すと、図３のようになる。そこで、たとえば、α軸インダクタンスＬ_αとロータ回転位置θとの対応関係（図３の曲線に対応するもの）を格納したテーブルを用意しておき、パラメータ同定部２４で同定されたα軸インダクタンスＬ_αをそのテーブルに当てはめることによって、ロータの回転位置領域を求めてもよい。

参照信号生成部２７は、パラメータ同定のために二相指示電圧Ｖ_αβに重畳すべき参照信号を生成する。たとえば、参照信号としては、Ｍ系列信号を用いることができる。この参照信号は、加算部２０によって、二相指示電圧Ｖ_αβに重畳されるようになっている。
参照信号生成部２７で生成された参照信号は、γδ／αβ座標変換部１４が生成するα軸指示電圧Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*にそれぞれ重畳される。これにより、モータ３のステータ巻線５１〜５３に参照信号が注入される。一方、パラメータ同定部２４は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７が生成する二相検出電流Ｉ_αβ（モータ３からの応答）と、加算部２０が生成する参照信号が重畳された二相指示電圧Ｖ_αβとに基づいて、モータパラメータを同定する。こうして同定されたモータパラメータを用いて、領域特定部２５によって、ロータの回転位置領域が特定される。

第１位置演算部２１は、レゾルバ１０が出力する正弦波信号および余弦波信号の両方を用いることにより、ロータ５０の回転位置を特定し、その回転位置を表す信号を切換え部２３に供給する。正弦波信号および余弦波信号の一方のみではロータ回転位置の２つの候補が特定できるにすぎないが、これらの両方を用いることによって、ロータ回転位置を一意に特定することができる。

第２位置演算部２２は、レゾルバ１０からの正弦波信号および余弦波信号のうちの一方に異常が生じたときに、正常な他方の信号を用いてロータ回転位置を演算するものである。正弦波信号および余弦波信号の一方のみでは２つの回転位置候補が特定できるに過ぎない。そこで、第２位置演算部２２は、領域特定部２５による処理結果から、２つの回転位置候補のうちのいずれか一方を選択し、選択された回転位置候補を推定回転位置として切換え部２３に与える。

信号異常検出部２６は、正弦波信号および余弦波信号の異常を検出するものである。より具体的には、信号異常検出部２６は、正弦波信号線１０ａおよび余弦波信号線１０ｂの断線故障を検出することができるものである。たとえば、正弦波信号線１０ａおよび余弦波信号線１０ｂをそれぞれプルアップ抵抗を介して電源電位に接続しておく構成をとることができる。この場合、正弦波信号線１０ａが断線すると、この正弦波信号線１０ａにはレゾルバ１０からの正弦波信号が導出されなくなり、代わりに、正弦波信号線１０ａの電位は電源電位に固定される。同様に、余弦波信号線１０ｂが断線すると、この余弦波信号線１０ｂにはレゾルバ１０からの余弦波信号が導出されなくなり、代わりに、余弦波信号線１０ｂの電位は電源電位に固定される。むろん、電源電位にプルアップする代わりに、接地電位にプルダウンする構成とすることもできる。レゾルバ１０が出力する信号異常の検出には、他の公知の方法を適用してもよい。

信号異常検出部２６は、正弦波信号または余弦波信号に異常が生じると、異常が生じた信号を特定する。切換え部２３は、正弦波信号および余弦波信号の両方が正常であれば、第１位置演算部２１が演算する回転位置を選択して出力する。また、切換え部２３は、正弦波信号および余弦波信号のうちの一方に異常が生じると、第２位置演算部２２が演算する推定回転位置を選択して出力する。第２位置演算部２２は、正弦波信号および余弦波信号のうちの一方に異常が生じると、正常な他方の信号と領域特定部２５によって特定される回転位置領域とに基づいて、推定回転位置を演算する。

図４は第２位置演算部２２等がサンプリング周期毎に繰り返し実行する位置推定演算を説明するための図であり、図５はその演算手順を説明するためのフローチャートである。ただし、図４では、正弦波信号が正常で、余弦波信号に異常が生じていて、正常な正弦波信号を用いてロータ回転位置を推定する場合の状況が示されている。以下、この状況を例にとって説明する。

あるサンプリング周期において正弦波信号Ｘｓがサンプリングされると（ステップＳ１）、これを正規化した信号Ｒｓ（＝Ｘｓ／Ａｓ。ただし、Ａｓは信号の振幅。）が求められる（ステップＳ２）。この正規化された正弦波信号Ｒｓから、２つの回転位置候補θ₁，θ₂（図４は信号Ｒｓ＝Ｒsaの場合）が求まる（ステップＳ３）。たとえば、第２位置演算部２２は、正規化された正弦波信号Ｒｓとロータ回転位置とを対応付けたテーブル、および正規化された余弦波信号とロータ回転位置とを対応付けたテーブルを備えており、これらのテーブルを参照して２つの回転位置候補θ₁，θ₂を求めてもよい。正弦波信号に対応するテーブルは、図４に示す正規化正弦波曲線に対応するものである。

正弦波信号が正常である場合には、ロータ回転位置の全領域３６０度（電気角）を、０度〜９０度および１８０度〜２７０度の区間からなるＡ領域と、９０度〜１８０度および２７０度〜３６０度の区間からなるＢ領域との２つの領域に分ける。すると、２つの回転位置候補θ₁，θ₂は、一方がＡ領域に属し、他方がＢ領域に属することになる。そこで、領域特定部２５は、パラメータ同定部２４によって同定されたパラメータ（インダクタンス）に基づいて、ロータ回転位置が属する回転位置領域をＡ領域およびＢ領域のうちのいずれかに特定する（ステップＳ４）。第２位置演算部２２は、２つの回転位置候補θ₁，θ₂のうち、領域特定部２５によって特定されたいずれかの領域に属するものを選択し、それを推定回転位置θ＾として生成する（ステップＳ５）。

このように、この実施形態によれば、レゾルバ１０が発生する正弦波信号および余弦波信号のうちの一方に異常が生じると、このことが信号異常検出部２６によって検出され、異常が生じた信号が特定される。これにより、切換え部２３は、第１位置演算部２１が演算するロータ回転位置を出力する状態から、第２位置演算部２２が演算するロータ回転位置を出力する状態へと切り換わる。すなわち、正弦波信号および余弦波信号の両方が正常なときには、第１位置演算部２１により、それらの両方を用いてロータ回転位置が求められ、これを用いてγδ／αβ座標変換部１４およびαβ／γδ座標変換部１８での座標変換が行われる。その一方で、正弦波信号および余弦波信号のうちのいずれか一方に異常が生じると、正常な他方の信号を用い、さらに、領域特定部２５においてインダクタンスに基づいて特定されたロータ回転位置の角度領域を用いて、ロータ回転位置が求められる。このロータ回転位置は、レゾルバ１０の出力を用いて求められた正確な回転位置である。したがって、この正確なロータ回転位置を用いることで、一方の信号に異常が生じたときでも、γδ／αβ座標変換部１４およびαβ／γδ座標変換部１８での座標変換を正確に行うことができる。このようにして、いずれの場合も正確なロータ回転位置を求めることができるので、モータ３の制御性能が高まり、モータ３から効率的にトルクを発生させることができる。

図６は、この発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。この図６において、前述の図１に示された各部に対応する部分には同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、マイクロコンピュータ７は、パラメータ同定部２４によって同定されたインダクタンスに基づいてロータ回転位置を推定する位置推定部２８と、この位置推定部２８によって推定されたロータ回転位置を時間微分することによりロータ回転速度ω＾を推定する速度推定部２９とを備えている。そして、レゾルバ１０が出力する正弦波信号および余弦波信号の一方に異常が生じたときには、第２位置演算部２２は、正常な他方の信号と、速度推定部２９によって推定されるロータ回転速度とを用いて、ロータ回転位置を推定する。

図７は第２位置演算部２２が所定のサンプリング周期毎に繰り返し実行する位置演算処理を説明するための図であり、図８はその処理手順を説明するためのフローチャートである。ただし、図７では、正弦波信号が正常で、余弦波信号に異常が生じていて、正常な正弦波信号を用いてロータ回転位置を推定する場合の状況が示されている。以下、この状況を例にとって説明する。

あるサンプリング周期において正弦波信号Ｘｓがサンプリングされると（ステップＳ１１）、これを正規化した信号Ｒｓ（＝Ｘｓ／Ａｓ。ただし、Ａｓは信号の振幅。）が求められる（ステップＳ１２）。この正規化された正弦波信号Ｒｓから、２つの回転位置候補θ₁，θ₂（図７は信号Ｒｓ＝Ｒsaの場合）が求まる（ステップＳ１３）。たとえば、第２位置演算部２２は、正規化された正弦波信号Ｒｓとロータ回転位置とを対応付けたテーブル、および正規化された余弦波信号とロータ回転位置とを対応付けたテーブルを備えており、これらのテーブルを参照して２つの回転位置候補θ₁，θ₂を求めてもよい。正弦波信号に対応するテーブルは、図７に示す正規化正弦波曲線に対応するものである。

１サンプリング周期前のロータ回転位置θ_Pが２つの回転位置候補θ₁，θ₂の間の値であるときに、速度推定部２９によって推定されたロータ回転速度ω＾が増加方向（回転位置が増加する方向）であるとする。このとき、第２位置演算部２２は、１サンプリング周期前のロータ回転位置θ_Pよりも大きな回転位置候補θ₂を選択し、これを推定回転位置θ＾とする（ステップＳ１４）。逆に、速度推定部２９によって推定されたロータ回転速度ω＾が減少方向（回転位置が減少する方向）であるとすれば、第２位置演算部２２は、１サンプリング周期前のロータ回転位置θ_P（第２位置演算部２２が求めたロータ回転位置）よりも小さな回転位置候補θ₁を選択し、これを推定回転位置θ＾とする（ステップＳ１４）。このようにして、第２位置演算部２２は、１サンプリング周期前のロータ回転位置θ_Pと、速度推定部２９によって推定されるロータ回転速度ω＾とに基づいて、２つの回転位置候補θ₁，θ₂のいずれかを選択する。これが、第２位置演算部２２の演算結果としての推定回転位置として生成される（ステップＳ１４）。

このように、この実施形態によれば、レゾルバ１０が発生する正弦波信号および余弦波信号のうちの一方に異常が生じると、このことが信号異常検出部２６によって検出され、異常が生じた信号が特定される。これにより、切換え部２３は、第１位置演算部２１が演算するロータ回転位置を出力する状態から、第２位置演算部２２が演算するロータ回転位置を出力する状態へと切り換わる。第２位置演算部２２は、正常な他方の信号を用い、さらに、速度推定部２９によって推定されるロータ回転速度ω＾に基づいて、すなわち、ロータの回転方向に基づいて、２つの回転位置候補θ₁，θ₂のうちのいずれか一方を選択する。こうして求められるロータ回転位置は、レゾルバ１０の出力を用いて求められた正確な回転位置である。したがって、一方の信号に異常が生じたときでも正確なロータ回転位置を求めることができるので、モータ３の制御性能が高まり、モータ３から効率的にトルクを発生させることができる。

図９は、この発明の第３の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。この図９において、前述の図１に示された各部に対応する部分には同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、二相指示電圧Ｖ_αβおよび二相検出電流Ｉ_αβに基づいてロータの回転位置を推定する位置推定部３０が備えられている。そして、第２位置演算部２２は、レゾルバ１０が出力する正弦波信号および余弦波信号のうちの一方に異常が生じると、正常な他方の信号と位置推定部３０によって推定されるロータ回転位置とに基づいて、推定回転位置θ＾を演算する。より具体的には、第２位置演算部２２は、前記正常な他方の信号によって特定される２つの回転位置候補のうち、位置推定部３０によって推定されたロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択し、これを推定回転位置θ＾として出力する。

図１０は、位置推定部３０の構成例を説明するためのブロック図である。位置推定部３０は、信号処理部３１と、ロータ位置推定部３２とを備えている。信号処理部３１は、二相指示電圧Ｖ_αβの高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された電圧フィルタ３３と、二相検出電流Ｉ_αβの高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された電流フィルタ３４とを有している。ロータ位置推定部３２には、信号処理部３１によって信号処理（フィルタリング）された後の二相指示電圧Ｖ_αβおよび二相検出電流Ｉ_αβが与えられるようになっている。ロータ位置推定部３２は、モータ３の数学モデルであるモータモデルに基づき、モータ３の誘起電圧を外乱として推定する外乱オブザーバ３５と、この外乱オブザーバ３５が出力する推定誘起電圧から高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された推定値フィルタ３６と、この推定値フィルタ３６が出力する推定誘起電圧（フィルタリング後の値）に基づいて、ロータの推定回転位置θ_eを生成する推定位置生成部３７とを有している。そして、信号処理部３１の電圧フィルタ３３によってフィルタリングされた二相指示電圧Ｖ_αβと、電流フィルタ３４によってフィルタリングされた二相検出電流Ｉ_αβとが、ロータ位置推定部３２の外乱オブザーバ３５にそれぞれ入力されるようになっている。

図１１は、外乱オブザーバ３５およびこれに関連する構成の一例を説明するためのブロック図である。モータ３の数学モデルであるモータモデルは、たとえば、（Ｒ＋ｐＬ）^-1と表すことができる。ただし、Ｒは電機子巻線抵抗、Ｌはαβ軸インダクタンス、ｐは微分演算子である。モータ３には、二相指示電圧Ｖ_αβと誘起電圧Ｅ_αβ（α軸誘起電圧Ｅ_αおよびβ軸誘起電圧Ｅ_β）とが印加されると考えることができる。

外乱オブザーバ３５は、二相検出電流Ｉ_αβを入力としてモータ電圧を推定する逆モータモデル（モータモデルの逆モデル）３８と、この逆モータモデル３８によって推定されるモータ電圧と二相指示電圧Ｖ_αβとの偏差を求める電圧偏差演算部３９とで構成することができる。電圧偏差演算部３９は、二相指示電圧Ｖ_αβに対する外乱を求めることになるが、図１１から明らかなとおり、この外乱は誘起電圧Ｅ_αβに相当する推定値Ｅ^_αβ（α軸誘起電圧推定値Ｅ^_αおよびβ軸誘起電圧推定値Ｅ^_β（以下、まとめて「推定誘起電圧Ｅ^_αβ」という。）になる。逆モータモデル３８は、たとえば、Ｒ＋ｐＬで表される。

推定値フィルタ３６は、たとえば、ａ／（ｓ＋ａ）で表される低域通過フィルタで構成することができる。ａは、設計パラメータであり、この設計パラメータａにより、推定値フィルタ３６の遮断周波数ω_cが定まる。
誘起電圧Ｅ_αβは、次の(10)式で表すことができる。ただし、Ｋ_Eは誘起電圧定数、θはロータ回転位置、ωはロータ回転速度である。

したがって、推定誘起電圧Ｅ^_αβが求まれば、次の(11)式に従って、推定回転位置θ_eが求まる。この演算が、推定位置生成部３７によって行われるようになっている。

図１２は第２位置演算部２２等がサンプリング周期毎に繰り返し実行する位置演算処理を説明するための図であり、図１３はその処理手順を説明するためのフローチャートである。ただし、図１２および図１３では、正弦波信号が正常で、余弦波信号に異常が生じていて、正常な正弦波信号を用いてロータ回転位置を推定する場合の状況が示されている。以下、この状況を例にとって説明する。

あるサンプリング周期において正弦波信号Ｘｓがサンプリングされると（ステップＳ２１）、これを正規化した信号Ｒｓ（＝Ｘｓ／Ａｓ。ただし、Ａｓは信号の振幅。）が求められる（ステップＳ２２）。この正規化された正弦波信号Ｒｓから、２つの回転位置候補θ₁，θ₂（図１２は信号Ｒｓ＝Ｒsaの場合）が求まる（ステップＳ２３）。たとえば、第２位置演算部２２は、正規化された正弦波信号Ｒｓとロータ回転位置とを対応付けたテーブル、および正規化された余弦波信号とロータ回転位置とを対応付けたテーブルを備えており、これらのテーブルを参照して２つの回転位置候補θ₁，θ₂を求めてもよい。正弦波信号に対応するテーブルは、図１２に示す正規化正弦波曲線に対応するものである。

一方、位置推定部３０により、二相指示電圧Ｖ_αβおよび二相検出電流Ｉ_αβに基づいて、推定回転位置θ_eが求められる（ステップＳ２４）。第２位置演算部２２は、推定回転位置θ_eが９０度の近傍の所定範囲９０−ε≦θ_e≦９０＋ε（εは定数）、または２７０度の近傍の所定範囲２７０−ε≦θ_e≦２７０＋εに属するかどうかを判断する（ステップＳ２５）。推定回転位置θｅが前記所定範囲のいずれにも属さない場合（ステップＳ２５：ＮＯ。図１２(a)参照）には、第２位置演算部２２は、２つの回転位置候補θ₁，θ₂のうち、位置推定部３０によって求められた推定回転位置θ_eに近い方の回転位置候補を選択し、これを推定回転位置θ＾として出力する（ステップＳ２６）。一方、推定回転位置θｅが前記所定範囲のいずれかに属する場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ。図１２(b)参照）には、第２位置演算部２２は、２つの回転位置候補θ₁，θ₂のうち、直前のサンプリング周期において当該第２位置演算部２２が生成したθ＾に近い方の回転位置候補を選択し、これを今回のサンプリング周期における推定回転位置θ＾として出力する（ステップＳ２７）。

このように、この実施形態によれば、レゾルバ１０が発生する正弦波信号および余弦波信号のうちの一方に異常が生じると、このことが信号異常検出部２６によって検出され、異常が生じた信号が特定される。これにより、切換え部２３は、第１位置演算部２１が演算するロータ回転位置を出力する状態から、第２位置演算部２２が演算するロータ回転位置を出力する状態へと切り換わる。第２位置演算部２２は、正常な他方の信号から求まる２つの回転位置候補θ₁，θ₂のうち、位置推定部３０によって求められた推定回転位置θ_eに近い方を選択する。こうして求められるロータ回転位置は、レゾルバ１０の出力を用いて求められた正確な回転位置である。したがって、一方の信号に異常が生じたときでも正確なロータ回転位置を求めることができるので、モータ３の制御性能が高まり、モータ３から効率的にトルクを発生させることができる。

正弦波信号は９０度および２７０度で極値をとる。そのため、推定回転位置θ_eが９０度または２７０度の近傍の値のときには、この推定回転位置θ_eと２つの回転位置候補θ₁，θ₂との差がほぼ等しくなる。そこで、この場合には、直前のサンプリング周期における推定回転位置θ＾に近い方の回転位置候補を選択することにより、尤もらしいロータ回転位置を推定することができる。

正弦波信号に異常があり、余弦波信号が正常であるときには、図１３のステップＳ２５の処理に代えて、第２位置演算部２２は、推定回転位置θ_eが０度の近傍の所定範囲−ε≦θ_e≦＋ε（εは定数）、または１８０度の近傍の所定範囲１８０−ε≦θ_e≦１８０＋εに属するかどうかを判断することになる。余弦波信号は０度および１８０度において極値をとるからである。

図１４は、この発明の第４の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。この図１４において、前述の図９に示された各部に対応する部分には同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、位置推定部３０に加えて、ロータ回転速度を推定する速度推定部４０が備えられている。速度推定部４０は、位置推定部３０によって求められる推定位置に対して時間微分演算を行うことによって、ロータの回転速度ω＾を推定する。第２位置演算部２２は、レゾルバ１０が出力する正弦波信号および余弦波信号の一方に異常が生じたときに、正常な他方の信号を用い、さらに、位置推定部３０によって求められる推定回転位置θ_e、および速度推定部４０によって推定される推定回転速度ω＾に基づいて、正確なロータ回転位置θ＾を推定する。

図１５は、この実施形態における第２位置演算部２２の構成を説明するためのブロック図である。この第２位置演算部２２は、ゼロクロス時間演算部４２と、ゼロクロス回転位置演算部４３と、ロータ回転位置演算部４４と、補正値演算部４５と、位置補正部４６とを含む。
ゼロクロス時間演算部４２は、正常な信号Ｘｓ（正弦波信号または余弦波信号）に基づいて、当該正常な信号Ｘｓが零点を通過する時間（ゼロクロス時間）Ｔｚを求める。ゼロクロス回転位置演算部４３は、ゼロクロス時間演算部４２によって求められたゼロクロス時間Ｔｚにおけるロータ回転位置であるゼロクロス回転位置θｚを演算する。ロータ回転位置演算部４４は、ゼロクロス回転位置演算部４３によって求められたゼロクロス回転位置θｚおよび速度推定部４０によって求められた推定回転速度ω＾に基づいて、ロータ回転位置を演算する。補正値演算部４５は、位置推定部３０によって求められた推定回転位置θ_eを補正するための補正値θ_cを演算する。この補正値θ_cは、ロータ回転位置演算部４４によって求められたロータ回転位置に対する位置推定部３０によって求められた推定回転位置θ_eの偏差である。位置補正部４６は、位置推定部３０によって求められた推定回転位置θ_eを補正値演算部４５によって求められた補正値θ_cで補正して、推定回転位置θ＾を生成する。

図１６は、第２位置演算部２２による処理を説明するための図であり、正弦波信号および余弦波信号のうちの正常な一つの信号の波形が示されている。正弦波信号および余弦波信号は前述のとおり所定のサンプリング周期でサンプリングされて、マイクロコンピュータ７に取り込まれる。
正常な信号Ｘｓの今回値Ｘｓ(n)と前回値Ｘｓ(n-1)との積Ｘｓ(n)・Ｘｓ(n-1)が負の値となったとき、今回のサンプリングタイミングＴｓ(n)と前回のサンプリングタイミングＴｓ(n-1)との間で、信号Ｘｓが零点を通過したことが分かる。つまり、ゼロクロス時間演算部４２は、Ｘｓ(n)・Ｘｓ(n-1)＜０となるかどうかを監視しており、Ｘｓ(n)・Ｘｓ(n-1)＜０となるとゼロクロス時間Ｔｚを表す信号を生成する。より具体的には、今回値Ｘｓ(n)と前回値Ｘｓ(n-1)との間の信号の変化が直線的であると仮定することにより、信号Ｘｓが零となる時間、すなわちゼロクロス時間Ｔｚを求めることができる。

これに応答してゼロクロス回転位置演算部４３は、今回値Ｘｓ(n)と前回値Ｘｓ(n-1)との大小関係から、ゼロクロス時間Ｔｚにおけるロータ回転位置であるゼロクロス回転位置θｚを求める。たとえば、正常な信号が正弦波信号であるとすると、Ｘｓ(n)＞Ｘｓ(n-1)であれば、ゼロクロス回転位置θｚは０度であり、Ｘｓ(n)＜Ｘｓ(n-1)であれば、ゼロクロス回転位置θｚは１８０度である。また、正常な信号が余弦波信号であるとすると、Ｘｓ(n)＞Ｘｓ(n-1)であれば、ゼロクロス回転位置θｚは２７０度であり、Ｘｓ(n)＜Ｘｓ(n-1)であれば、ゼロクロス回転位置θｚは９０度である。正常な信号が正弦波信号か余弦波信号かは、信号異常検出部２６（図１４参照）によって特定される。

ロータ回転位置演算部４４は、今回の信号値Ｘｓ(n)に対応するロータ回転位置、すなわち、今回のサンプリングタイミングＴｓ(n)におけるロータ回転位置である今回位置θ(n)を求める。具体的には、サンプリング周期Ｔに基づいて、ゼロクロス時間Ｔｚから今回のサンプリングタイミングＴｓ(n)までの経過時間Ｔａを求める。そして、ロータ回転位置演算部４４は、この経過時間Ｔａと、推定回転速度ω＾を乗じることによって、ゼロクロス時間Ｔｚから今回のサンプリングタイミングＴｓ(n)までのロータ位置変位Δθ（＝Ｔａ・ω＾）を求める。さらに、ロータ回転位置演算部４４は、ゼロクロス回転位置θｚにロータ位置変位Δθを加算することによって、今回位置θ(n)（＝θｚ＋Δθ）を求める。この今回位置θ(n)は、レゾルバ１０の出力から特定したゼロクロス時間Ｔｚに基づいて求められているため、レゾルバ１０の検出精度に匹敵する精度を有する値である。

補正値演算部４５は、今回のサンプリングタイミングＴｓ(n)に対応する推定回転位置θ_e(n)を位置推定部３０から取得する。そして、この推定回転位置θ_e(n)に対する今回位置θ(n)の偏差を補正値θ_c（＝θ(n)−θ_e(n)）として求める。この補正値θ_cが、位置補正部４６において、推定回転位置θ_e(n)に加算される。こうして、補正後の推定回転位置θ＾（＝θ_e(n)＋θ_c）が位置補正部４６から生成される。補正値θ_cは、ゼロクロス時間演算部４２がゼロクロスタイミングを検出するごとに更新される。すなわち、ロータ回転位置が１８０度変化するたびに更新されることになる。

このように、この実施形態によれば、レゾルバ１０が発生する正弦波信号および余弦波信号のうちの一方に異常が生じると、このことが信号異常検出部２６によって検出され、異常が生じた信号が特定される。これにより、切換え部２３は、第１位置演算部２１が演算するロータ回転位置を出力する状態から、第２位置演算部２２が演算するロータ回転位置を出力する状態へと切り換わる。第２位置演算部２２は、正常な他方の信号が零点を通過するたびに、位置推定部３０が生成する推定回転位置θ_eを補正するための補正値θ_cを更新する。この補正値θ_cに基づいて推定回転位置θ_eが補正される。この補正を経て求められる推定回転位置θ＾は、レゾルバ１０の検出精度に匹敵する精度を有する。したがって、一方の信号に異常が生じたときでも正確なロータ回転位置を求めることができるので、モータ３の制御性能が高まり、モータ３から効率的にトルクを発生させることができる。

以上、この発明の４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、前述の第１の実施形態では、パラメータ同定部２４でインダクタンスを求め、これに基づいて回転位置領域を特定するようにしているが、第３の実施形態や第４の実施形態のように誘起電圧を用いてロータ回転位置を求めることとし、その求められたロータ回転位置から回転位置領域を特定する構成としてもよい。また、第２の実施形態では、モータパラメータを同定し、このモータパラメータからロータの回転位置を推定する構成としているが、第３および第４の実施形態のように、誘起電圧に基づいてロータ回転位置を推定する構成としてもよい。ロータ回転位置の推定には、さらに別の手法を用いることもできる。たとえば、正弦波状のセンシング信号を加算部２０に供給して、モータ３のステータに当該センシング信号を注入し、定速回転する高周波回転電圧ベクトルを形成するとともに、これに対するモータ電流の応答を電流センサ９の出力信号から得て、電流ピークに基づいてロータの回転位置を推定するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置の駆動源としてのモータ３に本発明が適用された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以外の用途のモータの制御に対しても適用が可能である。
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。
この明細書および図面の記載からは、次のような特徴が抽出され得る。
Ａ１．ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
正弦波信号および余弦波信号に基づいてロータ回転位置を求める第１回転位置演算手段と、
モータ電流およびモータ電圧に基づいて、ロータの回転情報を推定する回転情報推定手段と、
前記正弦波信号および余弦波信号のいずれか一方に異常が生じたときに正常な他方の信号と、前記回転情報推定手段によって推定される回転情報とに基づいて、ロータ回転位置を求める第２回転位置演算手段とを含む、モータ制御装置。
Ａ２．前記回転情報推定手段は、前記ロータの回転位置領域を特定する領域特定手段を含み、
前記第２回転位置演算手段は、前記領域特定手段によって特定される回転位置領域に基づいて、ロータ回転位置を求めるものである、Ａ１項に記載のモータ制御装置。
Ａ３．前記回転情報推定手段は、ロータ回転方向を推定する回転方向推定手段を含み、
前記第２回転位置演算手段は、前記回転方向推定手段によって推定されるロータ回転方向に基づいて、ロータ回転位置を求めるものである、Ａ１項に記載のモータ制御装置。
Ａ４．前記回転情報推定手段は、ロータ回転位置を推定する位置推定手段を含み、
前記第２回転位置演算手段は、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択する選択手段を含む、Ａ１項に記載のモータ制御装置。
Ａ５．前記選択手段は、前記正常な他方の信号が正弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が９０度または２７０度の近傍の所定範囲内の値であるとき、および前記正常な他方の信号が余弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が０度または１８０度の近傍の所定範囲内の値であるときに、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記第２回転位置演算手段が直前に演算したロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択するものである、Ａ４項に記載のモータ制御装置。
Ａ６．前記回転情報推定手段は、
ロータ回転位置を推定する位置推定手段と、
ロータ回転速度を推定する回転速度推定手段とを含み、
前記第２回転位置演算手段は、
所定のサンプリング周期毎にサンプリングされる前記正常な他方の信号の今回値と前回値とに基づいて、前記正常な他方の信号が零点を通過するゼロクロス時間を求めるゼロクロス時間演算手段と、
このゼロクロス時間演算手段によって演算されるゼロクロス時間におけるロータ回転位置であるゼロクロス回転位置を求めるゼロクロス回転位置演算手段と、
このゼロクロス回転位置演算手段によって求められるゼロクロス回転位置、および前記回転速度推定手段によって推定されるロータ回転速度に基づいて、前記正常な他方の信号の今回値に対応するロータ回転位置である今回位置を求める今回位置演算手段と、
前記位置推定手段によって推定されたロータ回転位置と前記今回位置演算手段によって演算された今回位置との差を補正値として求める補正値演算手段と、
前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置を前記補正値演算手段によって求められた補正値によって補正する補正手段とを含む、Ａ１項に記載のモータ制御装置。
このＡ６項の構成によれば、前記正常な他方の信号（正弦波信号または余弦波信号）が零点を通過するゼロクロス時間が求められる。このゼロクロス時間におけるロータ回転位置は、たとえば、ゼロクロス時間の前後で前記正常な信号が正値から負値に変化したか、それとも負値から正値に変化したかを調べることによって、特定することができる。こうして、ゼロクロス時間におけるロータ回転位置（ゼロクロス回転位置）が求まると、モータ電流およびモータ電圧に基づいて推定されたロータ回転速度を用いて、今サンプリング周期の信号値（正常な信号の値）に対応するロータ回転位置（今回位置）が求められる。この今回位置は、余弦波信号および正弦波信号の両方が正常であるときに、これらによって特定されるべきロータ回転位置に等しい。そこで、この今回位置と、位置推定手段によって推定されたロータ回転位置との差が求められ、これが補正値とされる。この補正値を用いて、推定されたロータ回転位置を補正することによって、より正確なロータ回転位置を推定することができる。
つまり、この構成では、正弦波信号または余弦波信号に異常が生じると、正常な方の信号を用いて推定ロータ回転位置を補正するための補正値が求められ、この補正値を用いて推定ロータ回転位置が補正されるようになっている。こうして、正弦波信号または余弦波信号に異常が生じたときでも、精度の高いロータ回転位置を得ることができる。
補正値は、正弦波信号および余弦波信号のうち正常な方が零点を通過するたび（すなわち、ゼロクロス時間演算手段によってゼロクロス時間が求められるたび）に更新することが好ましい。これにより、モータの駆動状況に追従した補正値を求めることができる。こうして、推定ロータ回転位置の補正を適切に行うことができ、正弦波信号または余弦波信号に異常が生じたときでも、優れたモータ制御性能を維持することができる。

この発明の第１の実施形態に係るモータ制御装置を適用した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。 モータの構成を説明するための図解図である。 インダクタンスとロータ回転位置との関係を表す図である。 図１の構成における位置推定演算を説明するための図である。 前記位置推定演算の手順を説明するためのフローチャートである。 この発明の第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 図６の構成における位置推定演算を説明するための図である。 前記位置推定演算の手順を説明するためのフローチャートである。 この発明の第３の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 位置推定部の構成例を説明するためのブロック図である。 外乱オブザーバおよびこれに関連する構成の一例を説明するためのブロック図である。 図９の構成における位置推定演算を説明するための図である。 前記位置推定演算の手順を説明するためのフローチャートである。 この発明の第４の実施形態に係るモータ制御装置の構成を説明するためのブロック図である。 図１４の構成における第２位置演算部の構成を説明するためのブロック図である。 図１５の第２位置演算部による処理を説明するための図である

符号の説明

５…モータ制御装置、７…マイクロコンピュータ、５０…ロータ、５１〜５３…ステータ巻線

Claims (6)

1. ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
   前記ロータの回転位置に対応する正弦波信号および余弦波信号を生成するレゾルバと、
   前記レゾルバが生成する前記正弦波信号および余弦波信号に基づいてロータ回転位置を求める第１回転位置演算手段と、
   モータ電流およびモータ電圧に基づいて、ロータの回転情報を推定する回転情報推定手段と、
   前記レゾルバが生成する前記正弦波信号および余弦波信号のいずれか一方に異常が生じたときに正常な他方の信号と、前記回転情報推定手段によって推定される回転情報とに基づいて、前記レゾルバ以外のレゾルバの出力信号を用いることなく、ロータ回転位置を求める第２回転位置演算手段とを含む、モータ制御装置。
2. 前記回転情報推定手段は、前記ロータの回転位置領域を特定する領域特定手段を含み、
   前記第２回転位置演算手段は、前記領域特定手段によって特定される回転位置領域に基づいて、ロータ回転位置を求めるものである、請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記回転情報推定手段は、ロータ回転方向を推定する回転方向推定手段を含み、
   前記第２回転位置演算手段は、前記回転方向推定手段によって推定されるロータ回転方向に基づいて、ロータ回転位置を求めるものである、請求項１記載のモータ制御装置。
4. 前記回転情報推定手段は、ロータ回転位置を推定する位置推定手段を含み、
   前記第２回転位置演算手段は、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択する選択手段を含む、請求項１記載のモータ制御装置。
5. 前記選択手段は、前記正常な他方の信号が正弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が９０度または２７０度の近傍の所定範囲内の値であるとき、および前記正常な他方の信号が余弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が０度または１８０度の近傍の所定範囲内の値であるときに、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記第２回転位置演算手段が直前に演算したロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択するものである、請求項４記載のモータ制御装置。
6. ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
   正弦波信号および余弦波信号に基づいてロータ回転位置を求める第１回転位置演算手段と、
   モータ電流およびモータ電圧に基づいて、ロータの回転情報を推定する回転情報推定手段と、
   前記正弦波信号および余弦波信号のいずれか一方に異常が生じたときに正常な他方の信号と、前記回転情報推定手段によって推定される回転情報とに基づいて、ロータ回転位置を求める第２回転位置演算手段とを含み、
   前記回転情報推定手段は、ロータ回転位置を推定する位置推定手段を含み、
   前記第２回転位置演算手段は、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択する選択手段を含み、
   前記選択手段は、前記正常な他方の信号が正弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が９０度または２７０度の近傍の所定範囲内の値であるとき、および前記正常な他方の信号が余弦波信号であり前記位置推定手段によって推定されるロータ回転位置が０度または１８０度の近傍の所定範囲内の値であるときに、前記正常な他方の信号に対応する２つの回転位置候補から、前記第２回転位置演算手段が直前に演算したロータ回転位置に近い方の回転位置候補を選択するものである、モータ制御装置。

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