JP5641189B2 - モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置、並びにモータインピーダンスの最適化方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置、並びにモータインピーダンスの最適化方法に関するものである。

従来、電流指令値に基づくフィードフォワード制御の実行により、そのモータ制御を実行するモータ制御装置がある。例えば、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）において、その制御手段を構成するモータ制御装置は、電流指令値にモータ電流（実電流値）を追従させるべくフィードバック制御を実行するとともに、上記のようなフィードフォワード制御を実行する。そして、そのモータ制御の安定性を確保しつつ応答性を向上させることにより、操舵フィーリングの改善を図る構成となっている。

特開２００８−１８４０６０号公報

ところで、通常、上記のようなフィードフォワード制御は、次式、
Ｖ＝Ｉ×Ｚ＋Ｋe×ω ・・・（１）
（但し、Ｖ：モータ電圧、Ｉ：モータ電流、Ｚ：モータインピーダンス、Ｋe：逆起電圧定数、ω：モータ回転角速度）
に示されるモータ電圧方程式に基づいて、その電流指令値に対応した電圧指令成分を制御出力として演算することにより行われる。そして、同式中の制御パラメータであるモータインピーダンスには、事前の実験或いはシミュレーション等により得られた実測値の平均、即ちノミナル値を用いるのが一般的となっている。

しかしながら、フィードフォワード制御では、その制御において生じた誤差が修正されることなく累積する。このため、その個体差や温度特性等を要因として上記ノミナル値から実際のモータインピーダンスが乖離することにより生ずる制御上の誤差が拡大しやすいという問題がある。そして、特に、上記従来例のようなフィードバック制御を併用する構成においては、そのフィードフォワード制御出力に生じた誤差により、フィードバック制御出力（第２の電圧指令成分）との間のバランスが変化することによって、両制御を併用することにより得られる利益（応答性及び安定性の両立）を享受できなくなる可能性があり、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

尚、上記特許文献１には、モータ回転角速度に基づいて、そのフィードフォワード制御及びフィードバック制御のパラメータを変更する旨が記載されている。しかしながら、この従来例における「パラメータ」とは、あくまでフィードフォワード制御及びフィードバック制御間の制御出力比のことであり、上記のような演算に用いる制御パラメータとしてのモータインピーダンス（ノミナル値）、及びその値が実際値から乖離することにより生ずる影響については何らの記載もない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、簡素な構成にて、制御パラメータとしてのモータインピーダンスを最適化することができるモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置、並びにモータインピーダンスの最適化方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力手段と、前記モータ制御信号に基づいてモータに駆動電力を供給する駆動回路とを備え、前記モータ制御信号出力手段は、次式、Ｖ＝Ｉ×Ｚ＋Ｋe×ω（但し、Ｖ：モータ電圧、Ｉ：モータ電流、Ｚ：モータインピーダンス、Ｋe：逆起電圧定数、ω：モータ回転角速度）に示されるモータ電圧方程式に基づいて、電流指令値に対応した電圧指令成分を演算することにより前記モータ制御信号を生成するモータ制御装置において、前記モータ電圧を検出する電圧検出手段と、前記モータ電流を検出する電流検出手段と、前記モータが非回転状態にある否かを判定する判定手段と、前記モータが非回転状態にあり、且つ前記モータ電圧及びモータ電流がゼロでない場合に、前記モータ電圧を前記モータ電流で除した値により前記電圧指令成分の演算に用いる前記モータインピーダンスを更新する更新手段と、を備え、前記判定手段は、前記モータ電圧及びモータ電流が、それぞれ、その前回検出値と非同一であり、且つ前記モータ電圧に前記モータ電流の前回検出値を乗じた値と前記モータ電流に前記モータ電圧の前回検出値を乗じた値とが等しい場合に、前記モータが非回転状態にあると判定すること、を要旨とする。

即ち、モータが非回転状態にあり、且つモータ電圧及びモータ電流がゼロでない場合には、上記モータ電圧方程式の逆起電圧項（右辺第２項：「Ｋe×ω」）が「０」となる。
そして、このとき、モータインピーダンスは、モータ電圧及びモータ電流がゼロでない限りにおいて、モータ電圧をモータ電流で除した値となる。従って、上記構成によれば、簡素な構成により、制御状態においても、随時、その制御パラメータとして管理するモータインピーダンスを最適化することができる。その結果、その個体差や温度特性等に依らず、より高精度な制御出力を得ることができる。
また、上記構成によれば、モータ電圧及びモータ電流に基づいて、モータが非回転状態にあるか否かを判定することができる。従って、その制御対象が回転角センサを備えていないブラシ付の直流モータである場合にも、構成の追加を要することなく、その制御パラメータであるモータインピーダンスの最適化による利益を享受することができる。

請求項２に記載の発明は、前記モータ電圧方程式に基づいて前記モータ回転角速度を検出するモータ速度検出手段を備えること、を要旨とする。
上記構成によれば、回転角センサを備えていないブラシ付の直流モータを制御対象とする場合であっても、モータ電圧方程式を用いたフィードフォワード制御の実行、及び、その制御パラメータであるモータインピーダンスの最適化による利益を享受することができる。

請求項３に記載の発明は、前記モータ制御信号出力手段は、前記モータ電圧方程式に基づく電圧指令成分の演算とともに、電流フィードバック制御の実行に基づく第２の電圧指令成分を演算することにより、前記モータ制御信号を生成すること、を要旨とする。

即ち、フィードフォワード制御及びフィードバック制御を併用する構成では、その二つの制御出力のバランスが崩れることで、本来得られるべき利益（応答性と安定性の両立）を享受できなくなる可能性がある。従って、このような構成に適用することで、より顕著な効果を得ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置であること、を要旨とする。
上記構成によれば、より操舵フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、モータ電圧及びモータ電流が、それぞれ、その前回検出値と非同一であり、且つ前記モータ電圧に前記モータ電流の前回検出値を乗じた値と前記モータ電流に前記モータ電圧の前回検出値を乗じた値とが等しい場合であって、且つ前記モータ電圧及びモータ電流がゼロでない場合に、前記モータ電圧を前記モータ電流で除した値により制御上のモータインピーダンスを更新するモータインピーダンスの最適化方法であること、を要旨とする。

上記構成によれば、簡素な構成にて、制御パラメータとしてのモータインピーダンスを制御状態においても、随時、最適化することが可能になる。その結果、より高精度な制御出力を得ることができるようになる。

本発明によれば、簡素な構成にて、制御パラメータとしてのモータインピーダンスを最適化することが可能なモータ制御装置及び電動パワーステアリング装置、並びにモータインピーダンスの最適化方法を提供することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 第１の実施形態におけるＥＰＳの制御ブロック図。 モータインピーダンスの最適化制御の処理手順を示すフローチャート。 第２の実施形態におけるＥＰＳの制御ブロック図。

［第１の実施形態］
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。そして、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３ａ、インターミディエイトシャフト３ｂ、及びピニオンシャフト３ｃを連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与する操舵力補助装置としてのＥＰＳアクチュエータ１０と、該ＥＰＳアクチュエータ１０の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ１１とを備えている。

本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１０は、駆動源であるモータ１２が減速機構１３を介してコラムシャフト３ａと駆動連結された所謂コラム型のＥＰＳアクチュエータとして構成されている。尚、本実施形態では、モータ１２には、ブラシ付の直流モータが採用されている。そして、ＥＰＳアクチュエータ１０は、このモータ１２の回転を減速してコラムシャフト３ａに伝達することにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

一方、ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されており、ＥＣＵ１１は、これらトルクセンサ１４及び車速センサ１５により検出される操舵トルクτ及び車速Ｓvsに基づいて、操舵系に付与すべきアシスト力（目標アシスト力）を演算する。そして、その目標アシスト力に相当するモータトルクを発生させるべく、モータ１２に対して駆動電力を供給することにより、同モータ１２を駆動源とするＥＰＳアクチュエータ１０の作動、即ち操舵系に付与するアシスト力を制御する構成となっている（パワーアシスト制御）。

次に、本実施形態のＥＰＳにおけるパワーアシスト制御の態様について説明する。
図２に示すように、モータ制御装置としてのＥＣＵ１１は、モータ制御信号を出力するマイコン２１と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ１２に駆動電力を供給する駆動回路２２とを備えている。

尚、以下に示す各制御ブロックは、マイコン２１が実行するコンピュータプログラムにより実現されるものである。そして、同マイコン２１は、所定のサンプリング周期（検出周期）で各状態量を検出し、所定周期毎に以下の各制御ブロックに示される各演算処理を実行することにより、モータ制御信号を生成する。

詳述すると、マイコン２１は、モータ１２に対する電力供給の目標値、即ち目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉm*を演算する電流指令値演算部２３と、電流指令値演算部２３により算出された電流指令値Ｉm*に基づいてモータ制御信号を出力するモータ制御信号出力部２４とを備えている。

電流指令値演算部２３は、上記のように検出される操舵トルクτ及び車速Ｓvsに基づいて、ＥＰＳアクチュエータ１０の駆動源であるモータ１２が発生すべきモータトルク、即ち上記目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉm*を演算する。具体的には、本実施形態の電流指令値演算部２３は、検出される操舵トルクτ（の絶対値）が大きいほど、また車速Ｓvsが遅いほど、より大きな値（絶対値）を有した電流指令値Ｉm*を演算する。そして、電流指令値演算部２３は、その電流指令値Ｉm*をモータ制御信号出力部２４に出力する。

一方、本実施形態のモータ制御信号出力部２４には、上記電流指令値Ｉm*とともに、電流センサ２５により検出されるモータ電流Ｉm、即ちモータ１２の実電流が入力されるようになっている。そして、本実施形態のモータ制御信号出力部２４には、その電流指令値Ｉm*にモータ電流Ｉmを追従させるべく電流フィードバック制御を実行するＦ／Ｂ制御部（フィードバック制御部）２６が設けられている。

詳述すると、モータ制御信号出力部２４において、上記電流指令値Ｉm*は、実電流であるモータ電流Ｉmとともに減算器２７に入力される。そして、Ｆ／Ｂ制御部２６は、この減算器２７において演算される電流偏差ΔＩm及びフィードバックゲインに基づいて、そのフィードバック制御（比例：Ｐ、積分：Ｉ）を実行する。

具体的には、Ｆ／Ｂ制御部２６は、電流偏差ΔＩmに比例ゲインを乗ずることにより得られる比例成分、及び電流偏差ΔＩmの積分値に積分ゲインを乗ずることにより得られる積分成分を演算する。そして、これら両成分の加算値に示される電圧指令成分を、その制御出力Ｖm_fb*とする構成になっている。

また、本実施形態のモータ制御信号出力部２４は、上記（１）式に示されるモータ電圧方程式に基づいて、上記電流指令値Ｉm*に対応した電圧指令成分をその制御出力Ｖm_ff*とするＦ／Ｆ制御演算部（フィードフォワード制御部）２８を備えている。

具体的には、本実施形態のＦ／Ｆ制御演算部２８は、次式、
Ｖm_ff*＝（Ｉm*×Ｚ＋Ｋe×ωm）×Ｋff ・・・（２）
（但し、ωm：モータ回転角速度、Ｋff：フィードフォワードゲイン）
を用いることにより、その制御出力Ｖm_ff*となる電圧指令成分を演算する。

ここで、本実施形態では、この（２）式に基づく演算に用いるモータ回転角速度ωmは、上記（１）式に基づく推定演算の実行により検出される。
具体的には、本実施形態のマイコン２１は、モータ速度検出部２９を備えるとともに、同モータ速度検出部２９には、上記電流センサ２５により検出されるモータ電流Ｉm、及び電圧センサ３０により検出されるモータ電圧Ｖmが入力される。尚、本実施形態の電圧センサ３０は、そのモータ電圧Ｖmとして、モータ１２の端子間電圧を検出する。そして、モータ速度検出部２９は、上記（１）式を変形することにより得られる次式、
ωm＝（Ｖm−Ｉm×Ｚ）／Ｋe ・・・（３）
を用いることにより、そのモータ回転角速度ωmの推定演算を実行する。

本実施形態のモータ制御信号出力部２４において、これらＦ／Ｂ制御部２６及びＦ／Ｆ制御演算部２８の各制御出力Ｖm_fb*，Ｖm_ff*は、加算器３１に入力される。即ち、本実施形態では、Ｆ／Ｂ制御部２６の制御出力Ｖm_fb*が第２の電圧指令成分を構成する。そして、モータ制御信号出力部２４は、これら二つの電圧指令成分を加算した値を電圧指令値Ｖm*とする構成となっている。

更に、この電圧指令値Ｖm*は、ＰＷＭ変換部３２に入力される。そして、本実施形態のモータ制御信号出力部２４（マイコン２１）は、この電圧指令値Ｖm*に基づきＰＷＭ変換部３２が生成するモータ制御信号を、上記駆動回路２２に出力する構成となっている。

（モータインピーダンスの最適化制御）
次に、本実施形態におけるモータインピーダンスの最適化制御について説明する。
図２に示すように、本実施形態のマイコン２１には、モータインピーダンス管理部３３が設けられるとともに、その記憶領域３３ａには、上記各制御演算に用いる制御パラメータとしてのモータインピーダンス（保持値Ｚ_m）が保持されている。そして、上記Ｆ／Ｆ制御演算部２８及びモータ速度検出部２９は、このモータインピーダンス管理部３３が管理するモータインピーダンスＺに基づいて、その上記（２）式を用いたフィードフォワード制御演算、及び上記（３）式を用いたモータ回転角速度ωmの推定演算を実行する。

また、本実施形態では、このモータインピーダンス管理部３３には、電流検出手段としての上記電流センサ２５により検出されるモータ電流Ｉm、及び電圧検出手段としての電圧センサ３０により検出されるモータ電圧Ｖmが入力される。そして、同モータインピーダンス管理部３３は、次式、
Ｚ＝Ｖm／Ｉm ・・・（４）
が成立する場合には、その検出されたモータ電流Ｉm及びモータ電圧Ｖmに基づいて、新たなモータインピーダンス（Ｚ´）を演算する。

即ち、モータ１２が非回転状態である場合には、上記（１）式に示されるモータ電圧方程式の逆起電圧項（右辺第２項：「Ｋe×ω」）が「０」となる。従って、同（１）式を変形することにより上記（４）式が成り立つ。そして、そのモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmがゼロでない場合（Ｖm≠０、且つＩm≠０）において、同式は、有解となる。

この点に着目し、本実施形態のモータインピーダンス管理部３３は、モータ１２が非回転状態にあり、且つモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmがゼロでない場合（Ｖm≠０、且つＩm≠０）に、上記（４）式を用いたモータインピーダンス演算を実行する。そして、本実施形態では、更新手段としてのモータインピーダンス管理部３３が、その新たなモータインピーダンスＺ（Ｚ´）により上記保持値Ｚ_mを更新することによって、随時、その制御パラメータとして管理するモータインピーダンスＺを最適化を図る構成となっている。

詳述すると、本実施形態のモータインピーダンス管理部３３は、前回の検出周期において取得したモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmの各値を、それぞれの前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bとして記憶領域３３ａに保持する。そして、同モータインピーダンス管理部３３は、今回の検出周期において取得したモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉm、並びに上記各前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bに基づいて、その制御対象であるモータ１２が非回転状態にある否かを判定する。

具体的には、モータインピーダンス管理部３３は、今回の検出周期において取得したモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmが、それぞれ、その記憶領域３３ａに保持された前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bと非同一であり（Ｖm≠Ｖm_b、且つＩm≠Ｉm_b）、且つこれら各値が以下に示す（５）式の関係を満たす場合に、モータ１２は非回転状態であると判定する。

Ｖm×Ｉm_b＝Ｉm×Ｖm_b ・・・（５）
即ち、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmの検出周期が十分に短く、その一周期が経過する前後においてモータインピーダンスＺが不変であるとすれば、以下に示す二式、
Ｖm＝Ｉm×Ｚ＋Ｋe×ωm ・・・（６）
Ｖm_b＝Ｉm_b×Ｚ＋Ｋe×ωm ・・・（７）
からモータインピーダンスＺを消去することにより以下の（８）式を得る。

Ｖm×Ｉm_b−Ｋe×ω×Ｉm_b＝Ｉm×Ｖm_b−Ｋe×ω×Ｉm ・・・（８）
そして、モータ１２が非回転状態である場合（ωm＝０）には、この（８）式における両辺の第２項（逆起電圧項）がゼロである場合に上記（５）式が成立、即ちモータ電圧Ｖmにモータ電流の前回検出値Ｉm_bを乗じた値（左辺）とモータ電流Ｉmに前記モータ電圧の前回検出値Ｖm_bを乗じた値（右辺）とが等しくなる。

ただし、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmが、それぞれ、その各前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bと同一である場合（Ｖm＝Ｖm_b、且つＩm＝Ｉm_b）には、そのモータ回転角速度ωmに依らず、上記（５）式が成立してしまう。

そこで、本実施形態のモータインピーダンス管理部３３は、そのモータ非回転判定において、上記（５）式の成立とともに、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉm（今回検出値）が、それぞれ、その前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bと非同一（Ｖm≠Ｖm_b、且つＩm≠Ｉm_b）であることを要件とする。そして、本実施形態では、この二つの要件によって、そのモータ非回転判定の正確性を担保することにより、精度よくモータインピーダンスＺを演算することが可能となっている。

次に、本実施形態における上記モータインピーダンスの最適化制御の処理手順について説明する。
図３のフローチャートに示すように、モータインピーダンス管理部３３は、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉm（今回検出値）を取得すると（ステップ１０１）、まず、これらのモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉm、並びにその各前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bに基づいて、制御対象であるモータ１２が非回転状態にあるか否かを判定する（ステップ１０２）。

具体的には、これらのモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmが、その記憶領域３３ａに保持された前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bと非同一であり（Ｖm≠Ｖm_b、且つＩm≠Ｉm_b）、且つ上記（５）式が成立、即ちモータ電圧Ｖmにモータ電流の前回検出値Ｉm_bを乗じた値とモータ電流Ｉmに前記モータ電圧の前回検出値Ｖm_bを乗じた値とが等しいか否かを判定する。そして、これら二つの要件を満たす場合に、モータ１２は非回転状態（操舵状態は「保舵中」）にあると判定する。

更に、このステップ１０２において、モータ１２が非回転状態にあると判定した場合（ステップ１０２：ＹＥＳ）、モータインピーダンス管理部３３は、続いて、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmが、ともにゼロでないか否かを判定する（ステップ１０３）。そして、両者がともにゼロではない場合（Ｖm≠０且つＩm≠０、ステップ１０３：ＹＥＳ）には、上記（４）式に基づくモータインピーダンス演算を実行し（Ｚ´＝Ｖm／Ｉm、ステップ１０４）、その新たなモータインピーダンスＺ´により、その記憶領域３３ａ内の保持値Ｚ_mを更新する（Ｚ_m＝Ｚ´、ステップ１０５）。

尚、上記ステップ１０２又は上記ステップ１０３の何れかの要件を満たさない場合（ステップ１０２：ＮＯ、又はステップ１０３：ＮＯ）、モータインピーダンス管理部３３は、上記ステップ１０４及びステップ１０５の処理を実行しない。

次に、モータインピーダンス管理部３３は、その記憶領域３３ａに保持したモータインピーダンスの保持値Ｚ_m（上記ステップ１０４及びステップ１０５の実行により新たに演算したモータインピーダンスＺ´で当該保持値Ｚ_mを更新した場合には、その新たな値）を読み出す（Ｚ＝Ｚ_m）。そして、その値を、上記フィードフォワード制御演算及びモータ速度検出に用いるべきモータインピーダンスＺとして、上記Ｆ／Ｆ制御演算部２８及びモータ速度検出部２９に出力する（ステップ１０６）。

尚、本実施形態では、記憶領域３３ａに保持された前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bの更新は、このステップ１０６の処理後に行われる（Ｖm_b＝Ｖm，Ｉm_b＝Ｉm、ステップ１０７）。
以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。

（１）モータ制御信号手段としてのマイコン２１は、制御パラメータとしてのモータインピーダンス（保持値Ｚ_m）を保持するモータインピーダンス管理部３３を備えている。そして、Ｆ／Ｆ制御演算部２８は、このモータインピーダンス管理部３３が管理するモータインピーダンスＺに基づいて、そのフィードフォワード制御演算を実行する。また、モータインピーダンス管理部３３は、制御対象であるモータ１２が非回転状態にある否かを判定する判定手段としての機能を有する。そして、モータインピーダンス管理部３３は、モータ１２が非回転状態にあり、且つモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmがゼロでない場合（Ｖm≠０且つＩm≠０）には、そのモータ電圧Ｖmをモータ電流Ｉmで除した値（Ｚ´＝Ｖm／Ｉm）によりモータインピーダンスＺ（保持値Ｚ_m）を更新する。

即ち、モータ１２が非回転状態にあり、且つモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmがゼロでない場合（Ｖm≠０且つＩm≠０）には、上記（１）式に示されるモータ電圧方程式の逆起電圧項（右辺第２項：「Ｋe×ω」）が「０」となる。そして、このとき、モータインピーダンスＺは、そのモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmがゼロでない限りにおいて、モータ電圧Ｖmをモータ電流Ｉmで除した値となる。従って、上記構成によれば、簡素な構成にて、制御状態においても随時、その制御パラメータとして管理するモータインピーダンスＺを最適化することができる。その結果、個体差や温度特性等に依らず、より高精度な制御出力Ｖm_ff*を得ることができる。

（２）マイコン２１は、モータ速度検出手段としてのモータ速度検出部２９を備える。そして、上記（１）式に示されるモータ電圧方程式を変形した上記（３）式を用いた推定演算の実行により、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmに基づいて、モータ回転角速度ωmを検出する（ωm＝（Ｖm−Ｉm×Ｚ）／Ｋe）。

上記構成によれば、回転角センサを備えていないブラシ付の直流モータを制御対象とする場合であっても、モータ電圧方程式を用いたフィードフォワード制御の実行、及び、その制御パラメータであるモータインピーダンスＺの最適化による利益を享受することができる。

（３）判定手段としてのモータインピーダンス管理部３３は、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmが、その記憶領域３３ａに保持された前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bと非同一であるか否かを判定する。また、モータ電圧Ｖmにモータ電流の前回検出値Ｉm_bを乗じた値とモータ電流Ｉmに前記モータ電圧の前回検出値Ｖm_bを乗じた値とが等しいか否かを判定する。そして、これら二つの要件を満たす場合（Ｖm≠Ｖm_b且つＩm≠Ｉm_b、及びＶm×Ｉm_b＝Ｉm×Ｖm_b）に、モータ１２は非回転状態にあると判定する。

上記構成によれば、モータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmに基づいて、モータ１２が非回転状態にあるか否かを判定することができる。従って、その制御対象が回転角センサを備えていないブラシ付の直流モータである場合にも、構成の追加を要することなく、その制御パラメータであるモータインピーダンスの最適化による利益を享受することができる。

（４）モータ制御信号出力部２４は、Ｆ／Ｆ制御演算部２８においてフィードフォワード制御による電圧指令成分（Ｖm_fb*）を演算するとともに、Ｆ／Ｂ制御部２６においてフィードバック制御による第２の電圧指令成分（Ｖm_ff*）を演算する。そして、これら二つの制御出力Ｖm_fb*，Ｖm_ff*を加算することにより得られる電圧指令値Ｖm*に基づいて、そのモータ制御信号を生成する。

即ち、フィードフォワード制御及びフィードバック制御を併用する構成では、その二つの制御出力（Ｖm_fb*，Ｖm_ff*）のバランスが崩れることで、本来は得られるべき利益（応答性と安定性の両立）を享受できなくなる可能性がある。従って、このような構成に適用することで、より顕著な効果を得ることができる。

［第２の実施形態］
以下、本発明を具体化した第２の実施形態を図面に従って説明する。尚、説明の便宜のため、上記第１の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図４に示すように、本実施形態のＥＰＳ４１において、ＥＰＳアクチュエータ１０の駆動源を構成するモータ４２には、ブラシレスモータが用いられている。そして、モータ制御装置としてのＥＣＵ１１は、このモータ４２に対して三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給することにより、同モータの作動、即ちその操舵系に付与するアシスト力を制御する構成となっている。

詳述すると、本実施形態では、電流検出手段としての電流センサ４３、及び電圧検出手段としての電圧センサ４４は、それぞれ、モータ４２の各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwを検出する。また、本実施形態のモータ４２には、回転角センサ４５が設けられており、モータ制御信号出力手段としてのマイコン２１は、その検出されるモータ回転角θmに基づいて、上記各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwを、ｄ／ｑ座標系のｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉq、並びにｑ軸電圧値（及びｄ軸電圧値Ｖd）に変換する。そして、本実施形態のマイコン２１は、そのｄ／ｑ座標系におけるフィードバック制御、及びフィードフォワード制御の実行により、モータ制御信号の生成及び駆動回路２２に対する出力を実行する。

さらに詳述すると、モータ制御信号出力部４６において、各相電流値Ｉu，Ｉv，Ｉw及び各相電圧値Ｖu，Ｖv，Ｖwは、モータ回転角θmとともに３相／２相変換部４７に入力されることにより、ｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉq、並びにｑ軸電圧値（及びｄ軸電圧値Ｖd）に変換される。また、本実施形態の電流指令値演算部４８は、目標アシスト力に対応する電流指令値Ｉm*として、ｑ軸電流指令値Ｉq*を演算する。尚、本実施形態では、ｄ軸電流指令値Ｉd*はゼロに固定される（Ｉd*＝０）。そして、本実施形態のモータ制御信号出力部４６では、これらｄ軸電流指令値Ｉd*及びｑ軸電流指令値Ｉq*が、上記ｄ軸電流値Ｉd及びｑ軸電流値Ｉqとともに、それぞれ、その各軸に対応する減算器４９，５０に入力されることにより、電流フィードバック制御の基礎となるｄ軸電流偏差ΔＩd及びｑ軸電流偏差ΔＩqが演算されるようになっている。

即ち、これらｄ軸電流偏差ΔＩd及びｑ軸電流偏差ΔＩqは、その各軸に対応して設けられたＦ／Ｂ制御部５１，５２に入力される。そして、当該各Ｆ／Ｂ制御部５１，５２は、それぞれ、その入力される電流偏差に比例ゲインを乗じた比例成分及び同電流偏差の積分値に積分ゲインを乗じた積分成分を演算（及び加算）することにより得られる電圧指令成分（第２の制御成分）を、その各制御出力Ｖd_fb*，Ｖq_fb*とする構成になっている。

一方、上記各Ｆ／Ｂ制御部５１，５２とともにモータ制御信号出力部４６に設けられたＦ／Ｆ制御演算部５３には、モータ回転角速度ωmとともに、その電流指令値Ｉm*として、上記ｑ軸電流指令値Ｉq*が入力される。尚、本実施形態では、このモータ回転角速度ωmは、上記回転角センサ４５により検出されたモータ回転角θmを微分することにより演算（検出）される。そして、同Ｆ／Ｆ制御演算部５３は、次式、
Ｖq_ff*＝（Ｉq*×Ｚ＋Ｋe×ωm）×Ｋff ・・・（９）
に示されるモータ電圧方程式を用いることにより、これらｑ軸電流指令値Ｉq*及びモータ回転角速度ωmに基づいて、その制御出力Ｖq_ff*となる電圧指令成分を演算する。

ここで、本実施形態においてもまた、この（９）式に用いる制御パラメータとしてのモータインピーダンスＺは、モータインピーダンス管理部５４により管理されている。
具体的には、モータインピーダンス管理部５４には、上記第１の実施形態におけるモータ電圧Ｖm及びモータ電流Ｉmに対応する値として、ｑ軸電圧値Ｖq及びｑ軸電流値Ｉqが入力されるようになっている。また、その記憶領域５４ａには、モータインピーダンスの保持値Ｚ_mとともに、上記第１の実施形態における前回検出値Ｖm_b，Ｉm_bに対応する値として、ｑ軸電圧値及びｑ軸電流値の前回検出値Ｖq_b，Ｉq_bが保持されている。そして、モータインピーダンス管理部５４は、上記第１の実施形態におけるモータインピーダンス管理部３３と同様、これらｑ軸電圧値Ｖq及びｑ軸電流値Ｉq、並びにその前回検出値Ｖq_b，Ｉq_bに基づいて、新たなモータインピーダンスＺ´の演算、及びその保持値Ｚ_mの更新を実行する。

尚、本実施形態におけるモータインピーダンスの演算、及びその保持値更新による最適化の態様については、上記のように回転角センサ４５により直接的に検出されるモータ回転角速度ωmを用いてモータ４２の非回転判定を行う点を除き、上記第１の実施形態と同様である。従って、説明の便宜上、その詳細な説明は省略する。

そして、本実施形態のＦ／Ｆ制御演算部５３は、このモータインピーダンス管理部５４の管理により最適化されたモータインピーダンスＺに基づいて、そのフィードフォワード制御演算を実行する構成となっている。

本実施形態では、このＦ／Ｆ制御演算部５３の制御出力Ｖq_ff*は、上記Ｆ／Ｂ制御部５２の制御出力Ｖq_fb*とともに加算器５５に入力される。そして、これにより、本実施形態のモータ制御信号出力部４６は、これら二つの制御出力Ｖq_ff*，Ｖq_fb*を加算した値を、そのｑ軸電圧指令値Ｖq*として得る。

また、本実施形態では、ｄ軸電圧指令値Ｖd*には、上記Ｆ／Ｂ制御部５１の制御出力Ｖd_fb*が用いられる。そして、当該ｄ軸電圧指令値Ｖd*及び上記ｑ軸電圧指令値Ｖq*は、モータ回転角θmとともに２相／３相変換部５６に入力されることにより、三相の相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に変換される。

そして、本実施形態のモータ制御信号出力部４６（マイコン２１）は、これら各相電圧指令値Ｖu*，Ｖv*，Ｖw*に基づきＰＷＭ変換部５７が生成するモータ制御信号を、上記駆動回路２２に出力する構成となっている。

以上、本実施形態の構成によっても、上記第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記各実施形態では、本発明をＥＰＳアクチュエータ１０の駆動源であるモータ１２の作動を制御するモータ制御装置としてのＥＣＵ１１に具体化した。しかし、これに限らず、ＥＰＳ以外の用途に適用してもよい。

・また、ＥＰＳに適用する場合であっても、上記各実施形態のような所謂コラム型に限らず、例えば所謂ピニオン型やラックアシスト型等のＥＰＳに適用してもよい。
・上記各実施形態では、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の併用によりモータ制御信号を生成する構成に具体化した。しかし、これに限らず、フィードバック制御のみによりモータ制御信号を生成する構成に具体化してもよい。

・また、モータ非回転時に新たなモータインピーダンスＺを演算し及その更新による最適化を行うことの利益を享受することができる構成、即ち制御パラメータとしてモータインピーダンスＺを用いる演算を行う構成であれば、直接的なモータ制御成分の演算以外の用途でモータインピーダンスＺを用いるものに具体化してもよい。例えば、モータインピーダンスＺを演算に用いたフィードフォワード制御を行わないものであっても、上記（３）式を用いてモータ回転角速度ωmを推定する構成であれば、その推定演算に用いるモータインピーダンスを最適化することによって、検出精度の向上を図ることができる。このため、このようなものについては、本発明をモータインピーダンスの最適化方法に具体化して適用するとよい。

・上記第１の実施形態では、上記（３）式を用いた推定演算により間接的に、また上記第２の実施形態では、回転角センサ４５により直接的に、モータ１２（４２）が非回転状態にあるか否かを判定する。そして、モータが非回転状態にある場合において、新たなモータインピーダンスＺを演算し及その更新による最適化を行うこととした。しかし、これに限らず、上記各実施形態と同様、その制御対象となるモータがＥＰＳの駆動源である場合には、上記のような非回転状態判定に代えて、ステアリング操作の状態（操舵状態）が「保舵」であるか否かの判定を行うこととしてもよい。即ち、通常、ＥＰＳのステアリング（ステアリングシャフト）はモータと連動して回転することから、ステアリングが回転しない「保舵時」には、モータもまた非回転である。従って、このような構成としても、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、その操舵状態が「保舵」であるか否かの判定方法については、例えば、ステアリングセンサにより直接的にステアリングの回転状態を検出する、或いはステアリングシャフトに設けられたトルクセンサ（の回転角センサ）によりステアリングシャフトの回転状態を検出する等の方法がある。

・上記第１の実施形態では、上記（３）式を用いた推定により検出されたモータ回転角速度ωmを、上記（２）式を用いたフィードフォワード制御演算に用いることした。しかし、これに限らず、これら（２）（３）式を整理することにより得られる次式、
Ｖm_ff*＝（Ｉm*×Ｚ＋Ｖm−Ｉm×Ｚ）×Ｋff ・・・（９）
により、モータ電圧Ｖm、モータ電流Ｉm、及び電流指令値Ｉm*に基づいて、直接的にフィードフォワード制御演算の制御出力Ｖm_ff*を得る構成としてもよい。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、２…ステアリング、３…ステアリングシャフト、１０…ＥＰＳアクチュエータ、１１…ＥＣＵ、１２…モータ、２１…マイコン、２２…駆動回路、２３…電流指令値演算部、２４…モータ制御信号出力部、２５…電流センサ、２６…Ｆ／Ｂ制御部、２８…Ｆ／Ｆ制御部、２９…モータ速度演算部、３０…電圧センサ、３１…加算器、３３…モータインピーダンス管理部、３３ａ…記憶領域、４１…ＥＰＳ、４２…モータ、４３…電流センサ、４４…電圧センサ、４５…回転角センサ、４６…モータ制御信号出力部、４７…３相／２相変換部、４８…電流指令値演算部、５１…Ｆ／Ｂ制御部、５２…Ｆ／Ｂ制御部、５３…Ｆ／Ｆ制御部、５４…モータインピーダンス管理部、５４ａ…記憶領域、５６…３相／２相変換部、Ｚ…モータインピーダンス、Ｚ_b…保持値、ωm…モータ回転角速度、Ｉm…モータ電流、Ｉm_b…前回検出値、Ｉm*…電流指令値、Ｖm…モータ電圧、Ｖm_b…前回検出値、ΔＩm…電流偏差、Ｖm_fb*，Ｖm_ff*…制御出力、Ｖm*…電圧指令値、Ｉu，Ｉv，Ｉw…相電流値、Ｉd…ｄ軸電流値、Ｉd_b…前回検出値、Ｉq…ｑ軸電流値、Ｉq_b…前回検出値、Ｉd*…ｄ軸電流指令値、Ｉq*…ｑ軸電流指令値、ΔＩd…ｄ軸電流偏差、ΔＩq…ｑ軸電流偏差、Ｖq…ｑ軸電圧値、Ｖq_b…前回検出値、Ｖu，Ｖv，Ｖw…相電圧値、Ｖd_fb*…制御出力、Ｖd*…ｄ軸電圧指令値、Ｖq_fb*，Ｖq_ff*…制御出力、Ｖq*…ｑ軸電圧指令値。

Claims (5)

1. モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力手段と、前記モータ制御信号に基づいてモータに駆動電力を供給する駆動回路とを備え、前記モータ制御信号出力手段は、次式、
   Ｖ＝Ｉ×Ｚ＋Ｋe×ω
   （但し、Ｖ：モータ電圧、Ｉ：モータ電流、Ｚ：モータインピーダンス、Ｋe：逆起電圧定数、ω：モータ回転角速度）
   に示されるモータ電圧方程式に基づいて、電流指令値に対応した電圧指令成分を演算することにより前記モータ制御信号を生成するモータ制御装置において、
   前記モータ電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記モータ電流を検出する電流検出手段と、
   前記モータが非回転状態にある否かを判定する判定手段と、
   前記モータが非回転状態にあり、且つ前記モータ電圧及びモータ電流がゼロでない場合に、前記モータ電圧を前記モータ電流で除した値により前記電圧指令成分の演算に用いる前記モータインピーダンスを更新する更新手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、前記モータ電圧及びモータ電流が、それぞれ、その前回検出値と非同一であり、且つ前記モータ電圧に前記モータ電流の前回検出値を乗じた値と前記モータ電流に前記モータ電圧の前回検出値を乗じた値とが等しい場合に、前記モータが非回転状態にあると判定すること、を特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記モータ電圧方程式に基づいて前記モータ回転角速度を検出するモータ速度検出手段を備えること、を特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置において、
   前記モータ制御信号出力手段は、前記モータ電圧方程式に基づく電圧指令成分の演算とともに、電流フィードバック制御の実行に基づく第２の電圧指令成分を演算することにより、前記モータ制御信号を生成すること、を特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のモータ制御装置を備えた電動パワーステアリング装置。
5. モータ電圧及びモータ電流が、それぞれ、その前回検出値と非同一であり、且つ前記モータ電圧に前記モータ電流の前回検出値を乗じた値と前記モータ電流に前記モータ電圧の前回検出値を乗じた値とが等しい場合であって、且つ前記モータ電圧及びモータ電流がゼロでない場合に、前記モータ電圧を前記モータ電流で除した値により制御上のモータインピーダンスを更新するモータインピーダンスの最適化方法。

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