JP5351002B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
この発明は、ブラシレスモータ等のモータ制御装置に関するもので、特にモータに給電される電源電流を制限するモータ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a motor control device such as a brushless motor, and more particularly to a motor control device that limits a power supply current supplied to the motor.
モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置においては、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付勢するようになっている。
このような電動パワーステアリング装置のモータとして、ブラシレスモータ等の多相モータが使用される。
ブラシレスモータの出力要求の増大に伴い、ブラシレスモータへの過大な電流供給があった場合、給電経路上での発熱や、スイッチング素子の破壊などの問題を引き起こす可能性がある。
さらに、車両においては、電力が外部より過大に与えられず、一定の電力のみを供給される。そのため、過大な電力を消費するモータ駆動システムにおいては、その電力の大部分を消費することになり、定電圧を供給するバッテリでは、その電力消費はつまり過大な電流を消費することになり、電源系のラインに過電流が生じるため、過大な負荷がかかることとなる。
また、過大な電力消費は、電圧の低下を引き起こし、同一電源から供給される他のシステムにおいて、電力が供給できないことになりかねない。 これを防ぐため、消費電流を制限する必要がある。
In an electric power steering apparatus that applies a steering assist force to a steering system of a vehicle by a motor, the assist force is applied to the steering shaft or the rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. It is supposed to be.
As a motor of such an electric power steering apparatus, a multiphase motor such as a brushless motor is used.
With an increase in the output demand of the brushless motor, when an excessive current is supplied to the brushless motor, there is a possibility of causing problems such as heat generation on the power supply path and destruction of the switching element.
Further, in the vehicle, electric power is not excessively applied from the outside, and only constant electric power is supplied. Therefore, in a motor drive system that consumes excessive power, most of the power is consumed, and in a battery that supplies a constant voltage, the power consumption consumes excessive current. Since an overcurrent is generated in the system line, an excessive load is applied.
In addition, excessive power consumption causes a decrease in voltage, and power may not be supplied to other systems supplied from the same power source. In order to prevent this, it is necessary to limit the current consumption.
電源電流過大によって、電源電流通電部の発熱が問題となる場合は、電源電流の制限が必要となってくる。そのために、電源電流を検出する電源電流検出器を具備し、その検出電流に基づいて電源電流を制限する制御が行われる。しかしながら電源電流検出器を具備することは、その分のコストアップが不可避になってしまい、また搭載する電源電流検出器の精度や、シャント抵抗器をつけた場合などには、電源電流検出器自身の損失も課題となってくる。 In the case where heat generation of the power supply current energizing section becomes a problem due to excessive power supply current, it is necessary to limit the power supply current. For this purpose, a power supply current detector for detecting the power supply current is provided, and control for limiting the power supply current is performed based on the detected current. However, having a power supply current detector inevitably increases the cost, and if the accuracy of the power supply current detector to be installed or a shunt resistor is attached, the power supply current detector itself Loss also becomes an issue.
このような課題を解決するため、電源電圧、モータ回転速度、電動パワーステアリング装置の入出力エネルギー収支から、所定電源電流に相当する操舵補助指令制限値を算出し、算出した操舵補助指令制限値により操舵補助指令値を制限することで、所定電源電流以上の電源電流を引き出さないようにした電動パワーステアリング装置が知られている(特許文献1参照)。
また、電源電圧及びモータ回転角速度に基づき、電源電流最大値に対応するモータ電流値を演算し、モータ電流指令値を演算された電源電流最大値以下に制限することで、電源電流が過電流にならないようにしたモータ制御装置が知られている(特許文献2参照)。
In order to solve such a problem, a steering assist command limit value corresponding to a predetermined power supply current is calculated from the power supply voltage, the motor rotation speed, and the input / output energy balance of the electric power steering device, and the calculated steering assist command limit value is calculated. There is known an electric power steering device that limits a steering assist command value so as not to draw a power supply current that exceeds a predetermined power supply current (see Patent Document 1).
In addition, the motor current value corresponding to the maximum power supply current value is calculated based on the power supply voltage and the motor rotation angular velocity, and the motor current command value is limited to the calculated power supply current maximum value or less, so that the power supply current becomes overcurrent. There is known a motor control device that does not become necessary (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1の操舵補助指令制限値を求める計算は、操舵補助指令制限値についての2次式を解くことになるため、計算処理時間が大幅にかかる。この処理負荷の
問題解決のために、二次式を解くためにルックアップテーブルを用いているが、この対策でも計算処理時間がかかってしまう。また、この操舵補助指令制限値の算出の際に用いる計算式では、モータ抵抗やトルク定数といったモータ固有のパラメータを多く含んでおり、その中には温度依存のパラメータも含まれている。とくに抵抗値などは温度によって大きく値が変わるため、環境温度が変わるような状況では、制限値の精度が悪化してしまう。
However, since the calculation for obtaining the steering assist command limit value in
また、操舵補助指令制限値での制限とは、モータ電流指令値によって制限をかけているということであり、モータ電流指令制限値を決めてから、モータ電流が制限されるまでの遅れが存在するため、モータ電流制御の応答性や、モータ電流制御時にモータ電流指令値を参照する周期によっては、モータ電流制限が必要な時に、モータ電流の制限が遅れ、所定電源電流より大きな電源電流が流れてしまう場合が生じる可能性がある。
特許文献2も電源電流最大値に対応するモータ電流制限値を演算し、モータ電流指令値に制限をかけていることから、特許文献1と同様に、モータ電流が制限されるまでの遅れが存在し、モータ電流制御の応答性や、モータ電流制御時にモータ電流指令値を参照する周期によっては、モータ電流制限が必要な時に、モータ電流の制限が遅れてしまう可能性がある。
Further, the restriction by the steering assist command limit value means that the limit is applied by the motor current command value, and there is a delay from the determination of the motor current command limit value to the limitation of the motor current. Therefore, depending on the responsiveness of the motor current control and the cycle of referring to the motor current command value during motor current control, when the motor current limit is necessary, the motor current limit is delayed and a power supply current larger than the predetermined power supply current flows. May occur.
Since
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電源電流検出器を具備する必要もなく安価で、しかも制御装置の演算負荷を軽減し、モータ電流制御の応答性も早く、モータに給電される電源電流を制限するモータ制御装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, is inexpensive because it does not require a power source current detector, reduces the calculation load of the control device, and speeds up the response of motor current control. An object of the present invention is to provide a motor control device that limits the power supply current supplied to the motor.
この発明のモータ制御装置は、モータの回転位置を検出して、そのモータ回転位置よりモータ回転速度を演算する回転速度演算手段、モータに通電される電流を検出するモータ電流検出手段、モータに与える電流指令値とモータ電流検出手段で検出したモータ電流とに基づいてモータを駆動するためのモータ電圧指令値を算出するモータ電圧指令値演算手段を備え、バッテリなど一定電力を供給する車両の電動パワーステアリング装置におけるモータ制御装置において、モータに供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段、モータ制御装置の設置周辺の環境温度を検出する環境温度検出手段、環境温度検出手段で検出した環境温度と、電源電圧検出手段で検出した電源電圧と、回転速度演算手段で演算されたモータ回転速度から、モータ電圧指令制限値を算出するモータ電圧指令制限値算出手段、及びモータ電圧指令制限値によって、モータ電圧指令値を制限するモータ電圧指令値制限手段を備えたものである。 The motor control device according to the present invention detects the rotational position of the motor, calculates the rotational speed of the motor from the rotational position of the motor, the motor current detection means detects the current supplied to the motor, and gives the motor Motor power command value calculating means for calculating a motor voltage command value for driving the motor based on the current command value and the motor current detected by the motor current detecting means, and the electric power of the vehicle supplying a constant power such as a battery In the motor control device in the steering device , the power supply voltage detection means for detecting the power supply voltage supplied to the motor, the environmental temperature detection means for detecting the environmental temperature around the installation of the motor control device, the environmental temperature detected by the environmental temperature detection means, From the power supply voltage detected by the power supply voltage detection means and the motor rotation speed calculated by the rotation speed calculation means, the motor Motor voltage command limit value calculating means for calculating a pressure command limit value and the motor voltage command limit value, in which a motor voltage command value limiting means for limiting the motor voltage command value.
この発明によれば、モータの出力要求の増大に伴い、モータ駆動時にモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、電源電流検出器を具備することなく安価に、かつ制御装置を構成するマイクロコンピュータの処理負荷を小さくし、モータ電圧指令値を制限して、モータへの過大な電源電流の給電を抑えることができる。
また、モータ電流指令値ではなく、モータ電圧指令値によって制限しているため、急に制限が必要となった場合にも、電流指令値での制限時よりモータ電流制御の応答性が良く、モータへの過大な電源電流の給電を抑えることができる。さらには、モータ電圧飽和状態になることを防げるため、システムの安定性も向上する。
電動パワーステアリング装置においては、モータ給電電流制限により、モータの出力要求の増大による発熱問題に効果がある。また、制御装置を構成するマイクロコンピュータの処理負荷の軽減、モータ電圧を制限することによるシステム安定性確保によって、振動問題に対しても低減・抑制効果がある。
特に、電動パワーステアリング装置においては、その消費電流が過大になることにより、急激にアシスト力が低下することになり、ステアリングフィーリング上、違和感を感じ、急に操舵することができない感覚となる。本願により、これを防ぐことができる。
According to the present invention, even when there is an excessive current supply request to the motor when the motor is driven due to an increase in the output demand of the motor, the control device is configured at low cost without having a power supply current detector. It is possible to reduce the processing load of the microcomputer and limit the motor voltage command value to suppress the supply of excessive power supply current to the motor.
In addition, since it is limited not by the motor current command value but by the motor voltage command value, even when sudden limitation is required, the motor current control response is better than when the current command value is limited. It is possible to suppress the supply of excessive power supply current to the power source. Furthermore, since the motor voltage saturation state can be prevented, the stability of the system is also improved.
In the electric power steering apparatus, the heat supply problem due to the increase in the output demand of the motor is effective by limiting the motor power supply current. In addition, there is an effect of reducing and suppressing the vibration problem by reducing the processing load of the microcomputer constituting the control device and ensuring the system stability by limiting the motor voltage.
In particular, in the electric power steering apparatus, when the consumption current becomes excessive, the assist force is suddenly reduced, and the steering feeling feels uncomfortable and it becomes impossible to steer suddenly. This can be prevented by the present application.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1におけるモータ制御装置を図1〜図4に基づいて説明する。図1は発明の実施の形態1におけるモータ制御装置の構成図、図2はこの発明の実施の形態1における電圧制限マップを説明する図、図3はモータの消費電力とトルク特性の関係を説明する図、図4は発明の実施の形態1におけるモータ電圧指令値を制限する方法を説明する図である。
Hereinafter, a motor control apparatus according to
図1において、駆動源である3相DCブラシレスモータなどのモータ1と、直流電源である車載バッテリなどで構成されて、モータ1に電力を供給する電源2と、モータ1と電源2との電力供給経路の途中に設けられてモータ1に供給する駆動電力を生成する駆動回路としてのPWM(パルス幅変調)インバータ3と、モータ制御信号の出力に応じてPWMインバータ3の作動を制御するマイクロコントローラなどの制御装置(ECU)4で構成されている。
In FIG. 1, a
PWMインバータ3は、直列に接続された一対のスイッチング素子を基本単位(アーム)として各相に対応する3つのアームを並列接続してなる周知のもので、制御装置4から出力するモータ制御信号はPWMインバータ3のスイッチング素子のduty比を規定するものとなっている。
制御装置4には、モータ1のロータの磁極位置を検出するための位置センサ5と、モータ1に通電される各相電流Iu、Iv、Iwを検出するための電流検出回路6と、電源2とPWMインバータ3間の電圧を検出する電源電圧検出回路7とが接続されている。
The
The
また、制御装置4は、マイクロコントローラに内蔵され、電流検出回路6で検出した相電流Iu、Iv、Iwをディジタル値に変換するためのA/D変換器8と、このA/D変換器8で変換された相電流Iu、Iv、Iwの3相交流座標からd−q座標のd軸電流値Id及びq軸電流値Iqに変換する3相/2相座標変換器9と、位置センサ5からのモータ回転位置よりモータ回転速度を演算する回転速度演算器10を備えている。
Further, the
さらに、制御装置4には、モータ1を駆動するための制御信号の指令値として、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*が入力され、これらのd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*は、3相/2相座標変換器9からの出力であるd軸電流値Id及
びq軸電流値Iqと共に、それぞれ対応する減算器11a、11bに入力される。
これら減算器11a、11bにおいて演算されたd軸電流偏差△Id及びq軸電流偏差△Iqは、それぞれ対応するPI制御部12a、12bに入力される。そしてPI制御部12a、12bにおいて、d軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*に実電流であるd軸電流値Id及びq軸電流値Iqを追従させるためのフィードバック制御が行われる。
Further, a d-axis current command value Id * and a q-axis current command value Iq * are input to the
The d-axis current deviation ΔId and q-axis current deviation ΔIq calculated in the
具体的には、PI制御部12a、12bは、入力されたd軸電流偏差△Id及びq軸電流偏差△Iqに所定のPIゲインを乗ずることにより、モータ1を駆動するためのd軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*を演算するモータ電圧指令値演算手段として機能する。
一方、モータ1に給電される電源電流を制限するためのモータ電圧指令制限値を算出するモータ電圧指令制限値算出器13は、電源電圧検出回路7で検出した電源電圧と、回転速度演算器10で演算されたモータ回転速度と、3相/2相座標変換器9からの出力であるモータ電流のd軸電流値Id及びq軸電流値Iqを入力して、モータ電圧指令値の制限値Vlimitを算出する。このモータ電圧指令制限値Vlimitは後述するようにマップ処理によって決定するが、演算で求めても良い。
Specifically, the
On the other hand, the motor voltage command
モータ電圧指令値制限器14は、PI制御部12a、12bから入力されたモータ電圧指令値(d軸電圧指令値Vd*及びq軸電圧指令値Vq*)を、モータ電圧指令制限値算出器13からのモータ電圧指令制限値Vlimit以下に制限するものである。
モータ電圧指令値制限器14によって制限されたd軸電圧指令値Vd**及びq軸電圧指令値Vq**のモータ電圧指令値は、位置センサ5からの回転角と共に2相/3相座標変換器15に入力され、この2相/3相座標変換器15において三相の電圧指令値に変換される。
The motor voltage
The motor voltage command values of the d-axis voltage command value Vd ** and the q-axis voltage command value Vq ** restricted by the motor voltage
2相/3相座標変換器15からの各相電圧指令値はPWM制御器16に入力され、PWM制御器16は各相電圧指令値に応じたモータ制御信号を生成し、このモータ制御信号によりPWMインバータ3を駆動してモータ1への駆動電力の供給を制御する構成となっている。
制御装置4の構成のうち、A/D変換器8以外の構成は、マイクロコントローラにソフトウェアとして実現されるものである。
Each phase voltage command value from the two-phase / three-phase coordinate
Of the configuration of the
次に、この発明の実施の形態1におけるモータ制御の流れを基に説明する。
モータ1の各相電流であるU相電流IuとV相電流IvとW相電流Iwは、電流検出回路6で検出されて所定の電流に変換され、マイクロコントローラの制御装置4に入力される。制御装置4に入力された各相電流は、A/D変換器8で離散化されて、ソフトウェアの処理に引き渡される。
Next, a description will be given based on the flow of motor control in the first embodiment of the present invention.
The U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the W-phase current Iw, which are the respective phase currents of the
次に、マイクロコントローラの制御装置4に実装されたプログラムの動作について説明する。本プログラムは、所定の一定周期で呼び出されるものとする。また、モータのd軸電流指令値Id*及びq軸電流指令値Iq*は、別途与えられているものとする。
まず、位置センサ5よりモータ位置を検出されたモータ角度を所定時間毎に、モータ回転速度演算器10にて、前回に検出されたモータ角度との差分演算を実施することにより、モータ回転速度を算出する。
Next, the operation of the program installed in the
First, the motor
次に、A/D変換器8でデジタル変換されたU相電流IuとV相電流IvとW相電流Iw、および位置センサ5で検出されたモータ位置(角度)は3相/2相座標変換器9に入力され、この3相/2相座標変換器9により、相電流Iu、Iv、Iwの3相交流座標からd軸とq軸の2軸からなる座標へ変換され、検出されたd軸電流Idとq軸電流Iqと
なる。
検出されたd軸電流Idとq軸電流Iqはそれぞれ減算器11a及び11bに入力され、減算器11a及び11bにおいて、d軸電流Idとd軸電流指令値Id*との偏差、およびq軸電流Iqとq軸電流指令値Iq*との偏差をそれぞれ求め、その偏差からd軸、q軸それぞれのPI制御器12a、12bによりd軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*が算出される。
Next, the U-phase current Iu, V-phase current Iv and W-phase current Iw digitally converted by the A /
The detected d-axis current Id and q-axis current Iq are respectively input to the
ここでモータ電圧指令制限値算出部13にて、電源電圧検出回路7で検出された電源2とPWMインバータ3の間の電源電圧と、回転速度演算器10で算出されたモータ回転速度から、モータ電圧指令値として許容できる最大値を算出する。モータ電圧指令制限値算出部13は、例えば図2に示すように、あらかじめ制御対象のモータにおいて、モータ回転速度と電源電圧に対して、モータ電圧指令制限値を決めておき、マップにしておくことで、モータ電圧指令値として最大許容値であるモータ電圧指令制限値Vlimitを決める。
モータ電圧指令制限値算出部13は、上記のようにマップを用いて、モータ電圧指令制限値の算出を行っているが、これは、マップによって演算負荷が減り処理が早くなるメリットがあるためである。しかし、マップ処理ではなく、演算によってモータ電圧指令制限値を求める場合も可能で、その場合、演算負荷に注意が必要ではあるが、従来法の電流制限を行う方法に比べ、モータ電圧での制限となるため、応答性は従来法より改善される。
Here, the motor voltage command limit
The motor voltage command limit
ここで簡単に、演算によってモータ電圧指令制限値を求める場合について説明する。
下記の電力の釣り合いの式からモータ電圧指令制限値を求める。
Pin = Pout + Ploss
Vin×Iin=Kt×Iq×ω + R×Im2
Vin =(K×Iq×ω + R×Im2)/Iin
IinにImaxを代入することでVmaxが求まる。このVmaxをモータ電圧指令制限値
Vlimitとする。
ここで、Pin :電源(バッテリ)からの入力電力
Pout :モータへの出力電力
Ploss :モータの損失
Vin :電源電圧(バッテリ電圧)
Iin :電源(バッテリ)からの入力電流
Kt :トルク定数
Iq :q軸検出電流
Im モータ電流 sqrt(Iq2+Id2)
ω :モータ回転角速度
R :モータ抵抗
Here, a case where the motor voltage command limit value is obtained by calculation will be briefly described.
The motor voltage command limit value is obtained from the following power balance equation.
Pin = Pout + Ploss
Vin × Iin = Kt × Iq × ω + R × Im 2
Vin = (K × Iq × ω + R × Im 2 ) / Iin
Vmax is obtained by substituting Imax for Iin. This Vmax is set as a motor voltage command limit value Vlimit.
Where Pin: Input power from the power supply (battery)
Pout: Output power to the motor
Ploss: Motor loss
Vin: Power supply voltage (battery voltage)
Iin: Input current from the power supply (battery)
Kt: Torque constant
Iq: q-axis detection current
Im motor current sqrt (Iq 2 + Id 2 )
ω: angular velocity of motor rotation
R: Motor resistance
ブラシレスモータ1の消費電力は、図3に示すように、横軸をモータ回転速度とすると、山型のような曲線の特性で表される。図3において消費電力を示す曲線がピークを迎えているポイントは速度―トルク曲線と比較するとわかるように、モータの定格回転数付近となる。定格回転数付近において消費電力が一番大きく、それ以降はモータ電圧に飽和が起き、回転速度が上がるに従って、トルク出力が低下していくため、消費電力も落ちていく。
As shown in FIG. 3, the power consumption of the
ブラシレスモータ1の消費電力が図3のようになるということから、消費電力のピーク付近で、モータ電圧指令値を制限することで、消費電力を制限することが可能となる。つまり、効率が低下している消費電力ピーク時は、電源2からの給電電力が大きくなっているため、モータ電圧指令値を制限することで、電源2からの過大な給電電力状態になることを防ぐことができる。
高トルク出力時程、消費電力が大きくなるため、最大トルク出力時の消費電力がピーク
となる点を基にモータ電圧指令値に対する制限を設定しておけば、トルク出力が、どの状態においても電源からの過大な給電電力状態になることがなくなる。
Since the power consumption of the
Since the power consumption increases at the time of high torque output, if the limit on the motor voltage command value is set based on the point at which the power consumption at the maximum torque output peaks, the torque output is It will not be an excessive power supply state from.
つまり、対象とするブラシレスモータ駆動システムを、モータ使用条件も含め、あらかじめ定めておけば、図3に示すような消費電力の特性は、システム固有に決まるため、入力を、モータ回転速度と電源電圧、出力をモータ電圧指令制限値として作成した図2に示すようなマップは、モータ回転速度に応じて、モータの出力を制限するため、ブラシレスモータへの過大な電流供給が起こらないようにモータ電圧指令値を制限するマップになる。 In other words, if the target brushless motor drive system, including the motor usage conditions, is determined in advance, the power consumption characteristics as shown in FIG. 3 are uniquely determined by the system. The map shown in FIG. 2 in which the output is generated as the motor voltage command limit value limits the motor output according to the motor rotation speed, so that an excessive current supply to the brushless motor does not occur. The map will limit the command value.
次にモータ電圧指令値制限器14において、PI制御器12a、12bにより算出された目標d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*に対して、モータ電圧指令制限値算出部13より算出されたモータ電圧指令制限値Vlimitと比較し、d軸電圧指令値V
d*およびq軸電圧指令値Vq*がモータ電圧指令制限値Vlimitを越えている場合には
、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*をモータ電圧指令制限値Vlimitへ
と制限する。
Next, in the motor voltage
When d * and q-axis voltage command value Vq * exceed motor voltage command limit value Vlimit, d-axis voltage command value Vd * and q-axis voltage command value Vq * are limited to motor voltage command limit value Vlimit. To do.
制限方法の一例として、d軸電圧、q軸電圧の合成電圧から制限する方法を説明する。合成電圧での制限方法として図4に示すように、電圧位相を固定にして制限を行った時の説明をするが、制限方法はこれに限ることはない。電圧位相を固定する方法では、電圧指令の位相を固定し、振幅だけを制限電圧まで減少させる。モータ電圧指令制限値をVlimitとして、制限前のd軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*と、制限後のd軸
電圧指令値Vd**およびq軸電圧指令値Vq**の関係は次式に示すようになる。
As an example of the limiting method, a method of limiting from the combined voltage of the d-axis voltage and the q-axis voltage will be described. As shown in FIG. 4 as a method of limiting the combined voltage, a description will be given of the case where the voltage phase is fixed and the limiting is performed, but the limiting method is not limited to this. In the method of fixing the voltage phase, the phase of the voltage command is fixed and only the amplitude is reduced to the limit voltage. The motor voltage command limit value is Vlimit, and the d-axis voltage command value Vd * and q-axis voltage command value Vq * before the limit, and the d-axis voltage command value Vd ** and the q-axis voltage command value Vq ** after the limit are The relationship is as shown in the following equation.
式(1)はモータ電圧の絶対値を求める式であり、式(2)によってd軸電圧指令値Vd**、数(3)によってq軸電圧指令値Vq**は表される。
Expression (1) is an expression for obtaining the absolute value of the motor voltage. Expression (2) represents the d-axis voltage command value Vd **, and expression (3) represents the q-axis voltage command value Vq **.
この時、式(1)〜(3)の演算が発生するが、従来法のような二次方程式を解く程の処理負荷は発生しない。求めた制限後のd軸電圧指令値Vd**およびq軸電圧指令値Vq**を用いてモータ制御を行う。
このようにモータ電圧指令値を制限することによって、急にブラシレスモータへの過大な電流供給が必要な状況になったとしても、モータ回転速度に応じて、モータの出力を制限するため、ブラシレスモータへの過大な電流供給が起こらない。
At this time, calculations of equations (1) to (3) occur, but the processing load for solving the quadratic equation as in the conventional method does not occur. Motor control is performed using the obtained d-axis voltage command value Vd ** and q-axis voltage command value Vq ** after limitation.
By limiting the motor voltage command value in this way, even if sudden supply of excessive current to the brushless motor suddenly becomes necessary, the motor output is limited according to the motor rotation speed. Excessive current supply to the battery does not occur.
以上のようにして、モータ電圧指令値制限器14において所定値以下に制限されたモータ電圧指令値は、2相/3相座標変換器15によってd−q軸座標からU相電圧、V相電圧、W相電圧の3相電圧へと座標変換され、PWM制御器16に入力される。PWM制御器16は、モータ電圧指令値をモータ制御信号として、PWMインバータ3のスイッチング素子のduty比を制御し、PWMインバータ3は、それに応じて電源2からモータ1のU相、V相、W相の各相に電力を供給し、モータ1は回転駆動される。
As described above, the motor voltage command value limited to a predetermined value or less by the motor voltage
以上の説明では、モータ電圧指令値制限器14の動作の一例として、d軸電圧、q軸電圧の合成電圧から制限する方法を説明したが、モータ電圧指令制限値算出器13によりq
軸電圧指令値を制限するq軸電圧指令制限値、およびd軸電圧指令値を制限するd軸電圧指
令制限値を算出し、モータ電圧指令値制限器14において、q軸電圧指令値Vq*をq軸
電圧指令制限値に制限、およびd軸電圧指令値Vd*をd軸電圧指令制限値に制限することと同じである。
In the above description, as an example of the operation of the motor voltage
The q-axis voltage command limit value for limiting the axis voltage command value and the d-axis voltage command limit value for limiting the d-axis voltage command value are calculated. The motor voltage
また、d−q軸座標においては、d軸電圧が励磁成分、q軸電圧が負荷トルクに対応する成分であることから、回転数重視とする場合は、d軸電圧指令制限値を0とし、q軸電圧指令値Vq*のみを制限する方法が有効である。この場合、モータ電圧指令制限値算出器13はモータ電圧指令値のq軸電圧指令値を制限するq軸電圧指令制限値を算出する。
一方、回転数重視とは逆にトルク重視としたい場合には、q軸電圧指令制限値を0とし
、d軸電圧指令値Vd*のみを制限する方法が有効となってくる。この場合、モータ電圧指令制限値算出器13はモータ電圧指令値のd軸電圧指令値を制限するd軸電圧指令制限値を算出する。
Further, in the dq axis coordinates, since the d axis voltage is an excitation component and the q axis voltage is a component corresponding to the load torque, the d axis voltage command limit value is set to 0 when the rotation speed is important. A method of limiting only the q-axis voltage command value Vq * is effective. In this case, the motor voltage command
On the other hand, when it is desired to focus on the torque as opposed to the rotation speed, a method of limiting the q-axis voltage command limit value to 0 and limiting only the d-axis voltage command value Vd * becomes effective. In this case, the motor voltage command
以上のように実施の形態1の発明によれば、モータ電圧指令値のd軸電圧指令値およびq軸電圧指令値の両方、または目的に応じてd軸またはq軸電圧指令値のどちらか一方のモータ電圧指令値を制限することで、ブラシレスモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、ブラシレスモータへの過大な電流供給を防ぐため、速やかにモータ電流を制限することができる。 As described above, according to the first embodiment, both the d-axis voltage command value and the q-axis voltage command value of the motor voltage command value, or either the d-axis or q-axis voltage command value depending on the purpose. By limiting the motor voltage command value, even when there is an excessive current supply request to the brushless motor, it is possible to quickly limit the motor current in order to prevent excessive current supply to the brushless motor.
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2におけるモータ制御装置を図5〜図6に基づいて説明する。図5は発明の実施の形態2におけるモータ制御装置の構成図、図6はこの発明の実施の形態2における電圧制限マップを説明する図である。
図5において、モータ電圧指令制限値算出器13への入力として、モータ制御装置の設置周辺の環境温度を検出する環境温度検出器17からの環境温度を追加したもので、その他の構成は実施の形態1の図1に示す構成と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
Next, the motor control apparatus in
In FIG. 5, the environmental temperature from the
モータ電圧指令制限値算出器13は、電源電圧検出回路7で検出された電源2とPWMインバータ3の間の電源電圧と、回転速度演算器10で算出されたモータ回転速度と、環境温度検出器17で検出された環境温度とから、図6に示すような、入力をモータ回転速度、電源電圧、環境温度とし、出力をモータ電圧指令制限値となるマップを用いて、モータ電圧指令値として最大許容値であるモータ電圧指令制限値Vlimitを決める。
モータ電圧指令制限値算出部13は、上記のように図6に示すマップを用いて、モータ電圧指令制限値の算出を行っているため、演算負荷が減り処理が早くなるメリットがある。
The motor voltage command
Since the motor voltage command limit
次にモータ電圧指令値制限器14において、PI制御器12a、12bにより算出された目標d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*に対して、モータ電圧指令制限値算出部13より算出されたモータ電圧指令制限値Vlimitと比較し、d軸電圧指令値V
d*およびq軸電圧指令値Vq*がモータ電圧指令制限値Vlimitを越えている場合には
、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*をモータ電圧指令制限値Vlimitへ
と制限することは、実施の形態1と同じである。
またモータ電圧指令値制限器14において所定値以下に制限されたモータ電圧指令値は、2相/3相座標変換器15によってd−q軸座標から3相電圧へと座標変換され、PWM制御器16によりPWMインバータ3を制御して、モータ1を回転駆動する。
Next, in the motor voltage
When d * and q-axis voltage command value Vq * exceed motor voltage command limit value Vlimit, d-axis voltage command value Vd * and q-axis voltage command value Vq * are limited to motor voltage command limit value Vlimit. This is the same as in the first embodiment.
The motor voltage command value limited to a predetermined value or less by the motor voltage
以上のように実施の形態2の発明によれば、モータ電圧指令値を制限するモータ電圧指令制限値Vlimitを、モータ回転速度、電源電圧および環境温度とから決めているから、
環境温度が変わるような状況においてもモータ電圧指令制限値の精度が悪化することはない。したがってこのモータ電圧指令制限値によりモータ電圧指令値を制限することで、ブラシレスモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、ブラシレスモータへの過大な電流供給を防ぐため、速やかにモータ電流を制限することができる。
As described above, according to the second embodiment, the motor voltage command limit value Vlimit for limiting the motor voltage command value is determined from the motor rotation speed, the power supply voltage, and the environmental temperature.
Even in a situation where the environmental temperature changes, the accuracy of the motor voltage command limit value does not deteriorate. Therefore, by limiting the motor voltage command value with this motor voltage command limit value, even if there is an excessive current supply request to the brushless motor, the motor current is promptly prevented to prevent excessive current supply to the brushless motor. Can be limited.
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3におけるモータ制御装置を図7〜図8に基づいて説明する。図7は発明の実施の形態3におけるモータ制御装置の構成図、図8はこの発明の実施の形態3におけるモータ電圧指令値を制限する方法を説明する図である。
図7において、PI制御器12a、12bにより算出された目標d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*を2相/3相座標変換器15でd−q軸座標から3相電圧へと座標変換し、変換後の各相電圧をモータ電圧指令値制限器14で制限をかけるようにしたもので、その他の構成は実施の形態1の図1に示す構成と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
Next, a motor control apparatus according to
In FIG. 7, the target d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * calculated by the
実施の形態3の発明は、モータ電圧指令値を制限する場合、実施の形態1、2の発明のように、d軸電圧指令値Vd*、q軸電圧指令値Vq*を用いて制限する方法に代えて、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*のように3相電圧自体に制限をかけるようにしたものである。各相電圧に制限をかける場合には、モータ制御装置が使用可能となる電源電圧の範囲に制限を設ける意味になり、この電圧制限によってモータ電流を抑えることができる。 In the invention of the third embodiment, when limiting the motor voltage command value, a method of limiting using the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * as in the first and second embodiments. Instead, the three-phase voltage itself is limited, such as a U-phase voltage command value Vu *, a V-phase voltage command value Vv *, and a W-phase voltage command value Vw *. In the case of limiting each phase voltage, it means that the range of the power supply voltage that can be used by the motor control device is limited, and the motor current can be suppressed by this voltage limitation.
図7において、PI制御器11a、11bより出力されたd軸電圧指令値Vd*、q軸電圧指令値Vq*は、2相/3相座標変換器15でd−q軸座標から3相電圧へと座標変換してU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*とする。そして、モータ電圧指令値制限器14において、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*に対して、モータ電圧指令制限値算出部13より算出されたモータ電圧指令制限値Vlimitと比較し、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*
、W相電圧指令値Vw*がモータ電圧指令制限値Vlimitを越えている場合には、U相電
圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*をモータ電圧指令制限値Vlimitへと制限する。
In FIG. 7, the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * output from the
When the W-phase voltage command value Vw * exceeds the motor voltage command limit value Vlimit, the U-phase voltage command value Vu *, the V-phase voltage command value Vv *, and the W-phase voltage command value Vw * are Limit to the limit value Vlimit.
制限方法の一例として、図8に示すように、モータ電圧指令制限値算出部13は、モータ回転速度と電源電圧からモータ電圧指令制限値Vlimitとして、U相電圧指令制限値V
u**、V相電圧指令制限値Vv**、W相電圧指令制限値Vw**を出力する。モータ電圧指令値制限器14において、制限前のU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*は、制限後のU相電圧指令値Vu**、V相電圧指令値Vv**、W相電圧指令値Vw**とされ、PWM制御器16に出力される。
モータ電圧指令値制限器14において所定値以下に制限された各相のモータ電圧指令値は、PWM制御器16によりPWMインバータ3を制御して、モータ1を回転駆動する。
As an example of the limiting method, as shown in FIG. 8, the motor voltage command limit
u **, V-phase voltage command limit value Vv **, and W-phase voltage command limit value Vw ** are output. In the motor voltage
The motor voltage command value of each phase limited to a predetermined value or less by the motor voltage
以上のように実施の形態3の発明によれば、U相、V相、W相の各相のモータ電圧指令値を制限することで、ブラシレスモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、ブラシレスモータへの過大な電流供給を防ぐため、速やかにモータ電流を制限することができる。 As described above, according to the invention of the third embodiment, when there is an excessive current supply request to the brushless motor by limiting the motor voltage command value of each phase of the U phase, the V phase, and the W phase. However, in order to prevent an excessive current supply to the brushless motor, the motor current can be quickly limited.
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4におけるモータ制御装置を図9に基づいて説明する。図9は発明の実施の形態4におけるモータ制御装置の構成図である。
図9に示す構成は、実施の形態3の図7に示す構成において、モータ電圧指令制限値算出器13への入力として、モータ制御装置の設置周辺の環境温度を検出する環境温度検出器17からの環境温度を追加したもので、その他の構成は図7と同じに付き、同じ符号を付して説明を省略する。
Next, a motor control apparatus according to
The configuration shown in FIG. 9 is the same as the configuration shown in FIG. 7 of the third embodiment, from the
モータ電圧指令制限値算出器13は、電源電圧検出回路7で検出された電源2とPWMインバータ3の間の電源電圧と、回転速度演算器10で算出されたモータ回転速度と、環境温度検出器17で検出された環境温度とから、図6に示すような、入力をモータ回転速度、電源電圧および環境温度とし、出力をモータ電圧指令制限値となるマップを用いて、モータ電圧指令値として最大許容値であるモータ電圧指令制限値Vlimitを決める。
The motor voltage command
モータ電圧指令値制限器14において、2相/3相座標変換器15でd−q軸座標から3相電圧へと座標変換されたU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*に対して、モータ電圧指令制限値算出部13より算出されたモータ電圧指令制限値Vlimitと比較し、実施の形態3と同様に、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値
Vv*、W相電圧指令値Vw*がモータ電圧指令制限値Vlimitを越えている場合には、
U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*をモータ電圧指令制限値Vlimitへと制限する。
In the motor voltage
The U-phase voltage command value Vu *, the V-phase voltage command value Vv *, and the W-phase voltage command value Vw * are limited to the motor voltage command limit value Vlimit.
モータ電圧指令値の制限方法は、図8に示すものと同じであり、モータ電圧指令値制限器14において所定値以下に制限された各相のモータ電圧指令値はPWM制御器16に入力され、PWM制御器16によりPWMインバータ3を制御して、モータ1を回転駆動する。
The method for limiting the motor voltage command value is the same as that shown in FIG. 8, and the motor voltage command value of each phase limited to a predetermined value or less by the motor voltage
実施の形態5.
次に、この発明の実施の形態5におけるモータ制御装置を図10に基づいて説明する。実施の形態5におけるモータ制御装置の構成図は、図1、図5、図7、図9に示したものと同じである。図10は発明の実施の形態5におけるモータ回転速度による電圧制限マップを説明する図で、モータ電圧指令制限値算出器13から出力されるモータ電圧指令制限値を示すものである。
モータ電圧指令制限値算出器13において、モータ電圧指令値の最大許容値である電圧指令制限値を決めるマップは、上記した実施の形態1〜4の発明では、モータ回転速度と電源電圧および環境温度によって、図2や図6に示すように数種類用意することにより、使用環境の変化(電源電圧の変化、消費電力の考慮、環境温度の変化)に対しても、任意に制限値を設定できるようにした。
Embodiment 5 FIG.
Next, a motor control apparatus according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration diagram of the motor control device in the fifth embodiment is the same as that shown in FIGS. 1, 5, 7, and 9. FIG. 10 is a diagram for explaining a voltage limit map according to the motor rotation speed in the fifth embodiment of the invention, and shows a motor voltage command limit value output from the motor voltage command
In the motor voltage command
しかしながら、制限値を設定する曲線は図3のように消費電力が大きいところに重点的に行う方法だけとは限らずに、例えば図10に示すように、モータ回転速度に対して制限曲線パターン1の制限値を一定にする方法(制限曲線パターン1)や、モータ回転速度の高速域では制限を緩める方法(制限曲線パターン2)や、モータ回転速度の増加に従って制限を緩める方法(制限曲線パターン3)など、さまざまなマップを目的に合わせて任意に設定することができる。
なお、これらの制限曲線パターン1、2、3はモータ回転速度と電源電圧の要素によって決められ、電源電圧によって上記制限曲線パターン1、2、3のマップをそれぞれ数種類用意しておく。例えば制限曲線パターン1においては、電源電圧によって矢印のようにモータ電圧指令制限値Vlimitが変わるパターンを複数用意し、電源電圧が大であればモ
ータ電圧指令制限値Vlimitも大になるようなパターンにしておく。
そしてモータ電圧指令値制限器14において、これら制限曲線パターン1、2、3によるモータ電圧指令制限値Vlimitによって、モータ電圧指令値を制限する。
However, the curve for setting the limit value is not limited to the method of focusing on the place where the power consumption is large as shown in FIG. 3. For example, as shown in FIG. A method of making the limit value constant (limit curve pattern 1), a method of loosening the limit in the high motor speed range (limit curve pattern 2), or a method of loosening the limit as the motor rotation speed increases (limit curve pattern 3) ) And other maps can be set as desired according to the purpose.
These
In the motor voltage
実施の形態6.
実施の形態3、4のモータ制御装置においては、U相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*のように各相電圧自体に制限をかけていたが、3相電圧に変換後にモータ電圧指令値制限器14において各相のDuty値を制限するようにしてもよい。
即ち、電圧指令制限値算出手段13は、モータ回転速度と電源電圧によって、U相、V相、W相の各相モータ電圧へのPWMの指令Duty値を制限するDuty指令制限値を算出する。そして、モータ電圧指令値制限器14において、PWMの指令Duty値をDuty指令制限値によって制限する。
この場合、制限方法の一例として、U相、V相、W相の各相モータ電圧を制限する場合は、図8に示すようにモータ電圧指令制限値Vlimitは六角形で表わされていたが、各相
モータ電圧へのPWMの指令Duty値を制限するモータ電圧指令制限値Vlimitは図1
1に示すように円形で表わされる。
In the motor control devices of the third and fourth embodiments, each phase voltage itself is limited like the U-phase voltage command value Vu *, the V-phase voltage command value Vv *, and the W-phase voltage command value Vw *. The motor voltage
That is, the voltage command limit value calculation means 13 calculates a duty command limit value that limits the PWM command duty value to each phase motor voltage of the U phase, the V phase, and the W phase based on the motor rotation speed and the power supply voltage. Then, the motor voltage
In this case, as an example of the limiting method, when the motor voltages of the U phase, V phase, and W phase are limited, the motor voltage command limit value Vlimit is represented by a hexagon as shown in FIG. The motor voltage command limit value Vlimit for limiting the PWM command duty value to each phase motor voltage is shown in FIG.
As shown in FIG.
以上のように、この発明によれば、制御の目的に合わせて、マップの作成方法、モータ電圧の制限方法を切り替え、モータ電圧指令値を制限することで、ブラシレスモータへの過大な電流供給要求があった場合にも、ブラシレスモータへの過大な電流供給を防ぐため、モータ電流を制限することができる。 As described above, according to the present invention, an excessive current supply request to the brushless motor is achieved by switching the map creation method and the motor voltage limiting method according to the purpose of the control and limiting the motor voltage command value. Even in the case where there is, the motor current can be limited in order to prevent an excessive current supply to the brushless motor.
なお以上の説明において、位置センサ5でモータ1の回転位置を検出し、そのモータ回転位置より回転速度演算器10でモータ回転速度を演算していたが、位置センサ5に代えてモータ1の回転角θを検出する回転角センサとし、回転速度演算器10に代えて回転角θを微分して回転角速度を演算する回転角速度演算器を設けてもよい。
要するに、モータ1の回転位置を検出する位置センサ5も回転角θを検出する回転角センサも広義としては回転位置を検出するものであり、また回転速度を演算する回転速度演算器10も回転角速度を演算する回転角速度演算器も広義としては回転速度を演算しているもので、これらは実質的に同じである。
In the above description, the rotational position of the
In short, both the position sensor 5 that detects the rotational position of the
1:モータ 2:電源
3:PWMインバータ 4:制御装置(マイクロコントローラ)
5:位置センサ 6:電流検出回路
7:電源電圧検出回路 8:A/D変換器
9:3相/2相座標変換器 10:回転速度演算器
11a、11b:減算器 12a、12b:PI制御部
13:モータ電圧指令制限値算出器 14:モータ電圧指令値制限器
15:2相/3相座標変換器 16:PWM制御器
17:環境温度検出器。
1: Motor 2: Power supply 3: PWM inverter 4: Control device (microcontroller)
5: Position sensor 6: Current detection circuit 7: Power supply voltage detection circuit 8: A / D converter 9: 3-phase / 2-phase coordinate converter 10:
Claims (8)
前記モータに供給する電源電圧を検出する電源電圧検出手段、前記モータ制御装置の設置周辺の環境温度を検出する環境温度検出手段、前記環境温度検出手段で検出した環境温度と、前記電源電圧検出手段で検出した電源電圧と、前記回転速度演算手段で演算されたモータ回転速度から、モータ電圧指令制限値を算出するモータ電圧指令制限値算出手段、及び前記モータ電圧指令制限値によって、前記モータ電圧指令値を制限するモータ電圧指令値制限手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。 Rotation speed calculation means for detecting the rotation position of the motor and calculating the motor rotation speed from the motor rotation position, motor current detection means for detecting the current supplied to the motor, current command value applied to the motor and the motor A motor in an electric power steering apparatus for a vehicle, which includes a motor voltage command value calculation means for calculating a motor voltage command value for driving the motor based on the motor current detected by the current detection means, and supplies a constant power such as a battery. In the control device,
Power supply voltage detection means for detecting power supply voltage supplied to the motor, environmental temperature detection means for detecting environmental temperature around the installation of the motor control device, environmental temperature detected by the environmental temperature detection means, and the power supply voltage detection means Motor voltage command limit value calculating means for calculating a motor voltage command limit value from the power supply voltage detected in step S3 and the motor rotation speed calculated by the rotation speed calculating means, and the motor voltage command limit value by the motor voltage command limit value. A motor control apparatus comprising motor voltage command value limiting means for limiting a value.
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