JP6249923B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば車両の電動パワーステアリング装置に用いられるモータの制御装置に関し、特に、トルクリップルに起因するモータの振動音を抑制する技術に関する。

電動パワーステアリング装置は、運転者が車両のステアリングホイールを操舵する際に、電動式モータによってアシスト力（操舵補助力）を与えるものである。図１は、電動パワーステアリング装置１００の一例を示している。

図１において、ステアリングホイール２０は、車両の運転席に設けられていて、シャフト２１の一端と連結されている。シャフト２１の他端は、ギヤ機構２３と連結されている。シャフト２１には、操舵時にシャフト２１に加わるトルクを検出するトルクセンサ２２が付設されている。モータ２４は、アシスト力を発生させる電動式のモータであって、たとえば３相ブラシレスモータからなる。伝達機構２５は、ステアリングホイール２０の操舵力およびモータ２４のアシスト力をギヤ機構２３を介して車輪２６へ伝達する。

車速センサ２７は、車両の走行速度を検出する。電流センサ２８は、モータ２４に流れる電流を検出する。角度センサ２９は、モータ２４の回転角を検出する。コントローラ３０は、トルクセンサ２２、車速センサ２７、電流センサ２８、および角度センサ２９から入力される各物理量に基づき、モータ駆動回路３３を介してモータ２４を制御する。コントローラ３０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成され、電流指令部３１とモータ制御装置３２を備えている。

電流指令部３１は、トルクセンサ２２から入力されるトルク値と、車速センサ２７から入力される車速値とに基づいて、モータ２４に流すべき電流の値、すなわちモータ電流の電流指令値を演算し、これをモータ制御装置３２へ出力する。モータ制御装置３２は、電流指令部３１から与えられる電流指令値と、電流センサ２８から入力される電流値と、角度センサ２９から入力される角度値とに基づいて、モータ２４を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号をモータ駆動回路３３へ出力する。モータ駆動回路３３は、３相ブリッジ方式のインバータ回路からなり、モータ制御装置３２から与えられるＰＷＭ信号に応じて、スイッチング素子がオン・オフ動作を行うことで、モータ２４へ通電を行い、モータ２４を駆動する。バッテリ３４は、コントローラ３０とモータ駆動回路３３に電源電圧を供給する。

ところで、コントローラ３０においては、モータ２４が所望のトルクを発生するように、電流指令部３１からモータ制御装置３２へ電流指令値が与えられる。モータ制御装置３２は、この電流指令値に基づいて、所定のデューティを持ったＰＷＭ信号を生成するための電圧指令値を算出する。この場合、モータ２４の高速回転時・高トルク出力時には、電圧指令値が大きくなって、モータ制御装置３２の出力電圧が増大する。しかるに、この出力電圧には、バッテリ３４の電圧による制限電圧値が存在する。バッテリ３４の電圧をＶｒ、モータ制御装置３２の出力電圧の制限電圧値をＶｍとすると、たとえば

となって、出力電圧は制限電圧値Ｖｍを超えることができない。

このため、制限電圧値Ｖｍを超える電圧指令値が算出されても、モータ制御装置３２の実際の出力電圧は、制限電圧値Ｖｍに固定されて飽和状態となる。この状態においては、電圧指令値によりモータ２４を制御することが不可能となる。そして、電圧指令値は、所望のトルクを発生させる低周波成分と、トルクリップルによる振動を抑制する高周波成分とからなるので、飽和状態になると高周波成分が機能しなくなって振動の抑制ができなくなり、モータ２４、ギヤ機構２３、シャフト２１などから異音が発生する。

モータ制御装置において、トルクリップルに起因する振動を抑制する技術が、特許文献１および特許文献２に記載されている。

特許文献１のモータ制御装置では、補償誘起電圧演算部が設けられており、この補償誘起電圧演算部で演算された補償用誘起電圧により、モータの誘起電圧をフィードフォワード制御することで、振動音の発生を抑制するようにしている。また、出力電圧が電源電圧による制限電圧値を超えないように、２相回転座標のｄ軸電流を制御している。

特許文献２のモータ制御装置では、モータの界磁を弱めるための界磁弱め電流（ｄ軸電流）を設定する設定手段と、モータの電圧飽和度を算出する算出手段とが設けられており、算出された電圧飽和度に応じて界磁弱め電流の値を設定する。そして、電圧飽和度が高くなるほど界磁弱め電流を多く流し、モータの回転速度を上げて駆動電圧を低下させることで、電圧飽和度を下げてトルクリップルを抑制するようにしている。

特開２０１２−１６２７６号公報 特開２０１１−１９４９１４号公報

特許文献１、２のモータ制御装置では、出力電圧が制限電圧値を超えないようにｄ軸電流を制御している。しかしながら、この方式では、過渡的な要因等により出力電圧が制限電圧値を超えてしまうと、飽和状態となってモータ電流を制御することができなくなり、トルクリップルによる振動が発生する。

本発明の課題は、出力電圧が飽和状態になるのを未然に防止して、トルクリップルによる振動を抑制することが可能なモータ制御装置を提供することにある。

本発明では、モータ電流の電流指令値を算出する電流指令値算出部と、この電流指令値算出部で算出された電流指令値に基づいて、モータ電圧の電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、この電圧指令値算出部で算出された電圧指令値に基づいて、モータを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部とを備えたモータ制御装置において、電圧指令値算出部で算出された電圧指令値が所定の制限電圧値を超える飽和状態か否かを判定し、その判定結果に応じて電圧指令値を調整する飽和処理部をさらに設ける。電圧指令値算出部は、電圧指令値を、トルクを出力するための低周波成分を含む第１電圧指令値と、振動を抑制するための高周波成分を含む第２電圧指令値とに分けて算出する。飽和処理部は、前記飽和状態と判定した場合に、第１電圧指令値を縮小するとともに、第２電圧指令値は維持する。

このようにすると、電圧指令値が制限電圧値を超える飽和状態と判定された場合に、第１電圧指令値を縮小し、第２電圧指令値を維持することにより、実際の出力電圧が飽和状態になるのが未然に防止される。そして、第２電圧指令値の高周波成分によって、トルクリップルに起因する振動を抑制することが可能となり、異音の発生を防止することができる。

本発明において、第１電圧指令値は、ｄ−ｑ座標におけるｄ軸電圧成分とｑ軸電圧成分とからなり、飽和処理部は、各電圧成分に縮小率α（０＜α＜１）を乗じることによって、第１電圧指令値を縮小してもよい。

本発明において、第１電圧指令値は、ｄ−ｑ座標におけるｄ軸電圧成分とｑ軸電圧成分とからなり、飽和処理部は、ｄ軸電圧成分に縮小率β（０＜β＜１）を乗じ、ｑ軸電圧成分に縮小率βと異なる縮小率γ（０＜γ＜１）を乗じることによって、第１電圧指令値を縮小してもよい。

本発明において、ｄ−ｑ座標上で、第２電圧指令値のベクトルは、第１電圧指令値のベクトルの先端を中心として回転し、第１電圧指令値が縮小された状態で、第２電圧指令値のベクトルの先端が描く円が、前記の制限電圧値を表す円に内接または近接するようにしてもよい。

本発明において、前記の制限電圧値は、モータ制御装置に電源を供給するバッテリの電圧に基づいて算出された、当該バッテリ電圧よりも低い電圧値であってもよい。

本発明によれば、出力電圧が飽和状態になるのを未然に防止して、トルクリップルによる振動を抑制することが可能なモータ制御装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。 正常状態における電圧指令値のベクトルを示す図である。 飽和状態における電圧指令値のベクトルを示す図である。 飽和状態における実際の出力電圧のベクトルを示す図である。 本発明を適用した場合の電圧指令値のベクトルを示す図である。 他の実施形態における電圧指令値のベクトルを示す図である。 他の実施形態における電圧指令値のベクトルを示す図である。 他の実施形態における電圧指令値のベクトルを示す図である。 他の実施形態における電圧指令値のベクトルを示す図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。ここでは、車両の電動パワーステアリング装置に用いられるモータ制御装置を例に挙げる。電動パワーステアリング装置の全体構成は、図１と同じであるので、説明は省略する。

図２は、図１のモータ制御装置３２の具体的構成を示したブロック図である。図２において、モータ制御装置３２は、電流指令値算出部１、ＰＩ（比例・積分）制御部２、ＦＦ（フィードフォワード）制御部３、電圧指令値算出部４、２相−３相変換部５、ＰＷＭ信号生成部６、θ／ω算出部７、３相電流算出部８、および３相−２相変換部９を備えている。電圧指令値算出部４には、飽和処理部１０が設けられている。電圧指令値算出部４とＰＷＭ信号生成部６には、図１のバッテリ３４からバッテリ電圧Ｖｒが供給されている。

電流指令値算出部１は、モータ２４に流すべき電流の値、すなわちモータ電流の電流指令値を算出する。詳しくは、電流指令値算出部１は、図１の電流指令部３１から与えられる電流指令値Ｉｒと、後述するθ／ω算出部７から与えられる角度情報とに基づいて、ｄ軸電流指令値Ｉｒ_ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ_ｑを算出する。

ＰＩ制御部２は、電流指令値算出部１で算出された電流指令値に基づいて、モータ２４に印加すべき電圧の値、すなわちモータ電圧の電圧指令値を算出する。

詳しくは、ＰＩ制御部２は、電流指令値算出部１から与えられるｄ軸電流指令値Ｉｒ_ｄと、後述する３相−２相変換部９から与えられるｄ軸電流実測値Ｉｆ_ｄとに基づいて、比例・積分演算によりｄ軸電圧指令値Ｖｄ’を算出する。また、ＰＩ制御部２は、電流指令値算出部１から与えられるｑ軸電流指令値Ｉｒ_ｑと、３相−２相変換部９から与えられるｑ軸電流実測値Ｉｆ_ｑとに基づいて、比例・積分演算によりｑ軸電圧指令値Ｖｑ’を算出する。

ＦＦ制御部３は、電流指令値算出部１から与えられる電流指令値と、θ／ω算出部７から与えられる角度情報とに基づいて、所望のトルク出力と振動抑制のための、フィードフォワード制御用パラメータを算出する。

詳しくは、ＦＦ制御部３は、電流指令値算出部１から与えられるｑ軸電流指令値Ｉｒ_ｑと、θ／ω算出部７から与えられるモータ２４の角速度ωとに基づいて、所望のトルクが得られるようにｄ軸電圧指令値Ｖｄ’を補正するための、ｄ軸低周波成分Ｖｆｄ_ＤＣを次式により算出する。
Ｖｆｄ_ＤＣ＝−Ｉｒ_ｑ・Ｌｍ・ω
ここで、Ｌｍは、モータ２４のインダクタンスである（以下同様）。

さらに、ＦＦ制御部３は、電流指令値算出部１から与えられるｄ軸電流指令値Ｉｒ_ｄと、θ／ω算出部７から与えられるモータ２４の角速度ωとに基づいて、所望のトルクが得られるようにｑ軸電圧指令値Ｖｑ’を補正するための、ｑ軸低周波成分Ｖｆｑ_ＤＣを次式により算出する。
Ｖｆｑ_ＤＣ＝Ｉｒ_ｄ・Ｌｍ・ω＋Ｋｅ・ω
ここで、Ｋｅは、誘起電圧定数である（以下同様）。

また、ＦＦ制御部３は、電流指令値算出部１から与えられるｄ軸電流指令値Ｉｒ_ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ_ｑと、θ／ω算出部７から与えられる回転角度θおよび角速度ωとに基づいて、トルクリップルによる振動を抑制するための、ｄ軸高周波成分Ｖｆｄ_ＡＣを算出する。このＶｆｄ_ＡＣは、Ｉｒ_ｑ、Ｉｒ_ｄ、ω、６θの関数として求められる。すなわち、
Ｖｆｄ_ＡＣ＝ｆ_{ｄ_ＡＣ}（Ｉｒ_ｑ，Ｉｒ_ｄ，ω，６θ）

さらに、ＦＦ制御部３は、電流指令値算出部１から与えられるｄ軸電流指令値Ｉｒ_ｄおよびｑ軸電流指令値Ｉｒ_ｑと、θ／ω算出部７から与えられる回転角度θおよび角速度ωとに基づいて、トルクリップルによる振動を抑制するための、ｑ軸高周波成分Ｖｆｑ_ＡＣを算出する。このＶｆｑ_ＡＣは、Ｉｒ_ｑ、Ｉｒ_ｄ、ω、６θの関数として求められる。すなわち、
Ｖｆｑ_ＡＣ＝ｆ_{ｑ_ＡＣ}（Ｉｒ_ｑ，Ｉｒ_ｄ，ω，６θ）

電圧指令値算出部４は、ＰＩ制御部２で算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ’およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ’と、ＦＦ制御部３で算出されたｄ軸低周波成分Ｖｆｄ_ＤＣ、ｑ軸低周波成分Ｖｆｑ_ＤＣ、ｄ軸高周波成分Ｖｆｄ_ＡＣ、およびｑ軸高周波成分Ｖｆｑ_ＡＣとに基づいて、補正されたｄ軸電圧指令値Ｖｄ、および補正されたｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。この詳細については、後述する。

飽和処理部１０は、電圧指令値算出部４で算出された電圧指令値がバッテリ電圧Ｖｒで決まる制限電圧値を超えるか否かを判定し、超えると判定した場合は、電圧指令値を縮小する処理を行う。この詳細についても、後述する。電圧指令値算出部４で算出されたｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑは、２相−３相変換部５へ与えられる。

２相−３相変換部５は、電圧指令値算出部４から与えられるｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを、θ／ω算出部７から与えられる回転角度θを用いて、３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。変換された各相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、ＰＷＭ信号生成部６に与えられる。なお、２相−３相変換部５における２相−３相変換は、次式に従って行われる。

ＰＷＭ信号生成部６は、２相−３相変換部５から与えられる電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、所定のデューティを持ったU相、V相、W相のＰＷＭ信号（ＰＷＭｕ、ＰＷＭｖ、ＰＷＭｗ）を生成し、このＰＷＭ信号を図１のモータ駆動回路３３へ出力する。ＰＷＭ信号生成部６は、本発明の「駆動信号生成部」の一例である。

θ／ω算出部７は、図１の角度センサ２９から入力される検出信号に基づいて、モータ２４の回転角度θおよび角速度ωを算出する。角速度ωは、回転角度θの単位時間当たりの変化量として算出される。θ／ω算出部７の出力である回転角度θおよび角速度ωは、電流指令値算出部１、ＦＦ制御部３、２相−３相変換部５、および３相−２相変換部９へ与えられる。

３相電流算出部８は、図１の電流センサ２８から入力される検出信号に基づいて、モータ２４に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。各相の電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの間には、キルヒホッフの法則により、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０の関係が成立するので、２相の電流実測値がわかれば、残り１相の電流実測値は計算により求めることができる。

３相−２相変換部９は、３相電流算出部８で算出された電流実測値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、θ／ω算出部７により算出されたモータ２４の回転角度θを用いて、ｄ軸電流実測値Ｉｆ_ｄおよびｑ軸電流実測値Ｉｆ_ｑに変換する。変換されたｄ軸電流実測値Ｉｆ_ｄおよびｑ軸電流実測値Ｉｆ_ｑは、フィードバック制御のために、ＰＩ制御部２に与えられる。なお、３相−２相変換部９における３相−２相変換は、次式に従って行われる。

図３は、電圧指令値算出部４が取り扱うｄ−ｑ座標上の電圧ベクトルを示している（図４以降も同じ）。ｄ−ｑ座標の縦軸はｄ軸電圧、横軸はｑ軸電圧を表している。Ｖａは第１電圧指令値のベクトル、Ｖｂは第２電圧指令値のベクトル、Ｖｃは第１電圧指令値Ｖａと第２電圧指令値Ｖｂを合成した電圧指令値のベクトルである。電圧指令値算出部４は、電圧指令値Ｖｃを、第１電圧指令値Ｖａと第２電圧指令値Ｖｂとに分けて算出する。符号Ｙで表される円は、モータ制御装置３２が出力できる電圧の最大値、すなわち制限電圧値Ｖｍを表している。この制限電圧値Ｖｍは、バッテリ電圧Ｖｒよりも低い電圧値であり（Ｖｍ＜Ｖｒ）、たとえば次式により算出される。

図３は、正常状態、すなわち電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超えていない「非飽和状態」における電圧ベクトル図である。非飽和状態ではＶａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｍの関係は、次のようになる。
｜Ｖｃ｜≦｜Ｖｍ｜
｜Ｖａ｜＋｜Ｖｂ｜≦｜Ｖｍ｜

第１電圧指令値Ｖａは、所定のトルクを出力するための電圧指令値であって、ｑ軸電圧成分ＶＱとｄ軸電圧成分ＶＤとからなる。すなわち、ベクトルＶａは、ベクトルＶＱとベクトルＶＤの合成ベクトルである。したがって、次式が成立する。

ここで、ｑ軸電圧成分ＶＱとｄ軸電圧成分ＶＤは、次式により算出される。
ＶＱ＝Ｖｑ’＋Ｖｆｑ_ＤＣ
ＶＤ＝Ｖｄ’＋Ｖｆｄ_ＤＣ
図２で説明したように、Ｖｑ’およびＶｄ’は、ＰＩ制御部２で算出された補正前のｑ軸電圧指令値およびｄ軸電圧指令値であり、Ｖｆｑ_ＤＣおよびＶｆｄ_ＤＣは、ＦＦ制御部３で算出されたｑ軸低周波成分およびｄ軸低周波成分である。

第２電圧指令値Ｖｂは、トルクリップルに起因する振動を抑制するための電圧指令値であって、ＦＦ制御部３で算出されたｑ軸高周波成分Ｖｆｑ_ＡＣとｄ軸高周波成分Ｖｆｄ_ＡＣとからなる。すなわち、ベクトルＶｂは、ベクトルＶｆｑ_ＡＣとベクトルＶｆｄ_ＡＣの合成ベクトルである。したがって、次式が成立する。

図３からわかるように、第２電圧指令値Ｖｂのベクトルは、第１電圧指令値Ｖａのベクトルの先端を中心として回転する。そして、図３においては、第２電圧指令値Ｖｂのベクトルの先端が描く円Ｚが、制限電圧値Ｖｍを表す円Ｙに内接する。したがって、｜Ｖａ｜＋｜Ｖｂ｜＝｜Ｖｍ｜の関係が成立する。

図４は、電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超えた「飽和状態」における電圧ベクトル図である。飽和状態では、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｍの関係は、次のようになる。
｜Ｖａ｜＋｜Ｖｂ｜＞｜Ｖｍ｜
｜Ｖｃ｜＞｜Ｖｍ｜
なお、図４におけるＶａ、Ｖｂ、ＶＱ、ＶＤの算出式は、図３の場合と同じである。

次に、電圧指令値算出部４における処理の詳細について説明する。

電圧指令値算出部４は、ＰＩ制御部２で算出された補正前のｑ軸電圧指令値Ｖｑ’と、ＦＦ制御部３で算出されたｑ軸低周波成分Ｖｆｑ_ＤＣと、ＦＦ制御部３で算出されたｑ軸高周波成分Ｖｆｑ_ＡＣとを用いて、次式により、補正後のｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出する。
Ｖｑ＝α・（Ｖｑ’＋Ｖｆｑ_ＤＣ）＋Ｖｆｑ_ＡＣ
＝α・ＶＱ＋Ｖｆｑ_ＡＣ ・・・（１）

ここで、αは縮小率であって、次のように設定される。
（ａ）非飽和状態の場合
α＝１
（ｂ）飽和状態の場合
α＝（｜Ｖｍ｜−｜Ｖｂ｜）／｜Ｖａ｜ （０＜α＜１）

飽和処理部１０は、｜Ｖａ｜＋｜Ｖｂ｜と｜Ｖｍ｜とを比較することによって、電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超えるか否かを判定し、その結果に応じてαの値を設定することで、電圧指令値を調整する。すなわち、電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超えない非飽和状態（｜Ｖａ｜＋｜Ｖｂ｜≦｜Ｖｍ｜）と判定した場合は、上記（ａ）のようにα＝１に設定する。一方、電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超える飽和状態（｜Ｖａ｜＋｜Ｖｂ｜＜｜Ｖｍ｜）と判定した場合は、上記（ｂ）のように０＜α＜１に設定する。

図３の場合は、前記（ａ）に該当するから、α＝１に設定される。したがって、式（１）は、
Ｖｑ＝Ｖｑ’＋Ｖｆｑ_ＤＣ＋Ｖｆｑ_ＡＣ
＝ＶＱ＋Ｖｆｑ_ＡＣ
となる。

また、電圧指令値算出部４は、ＰＩ制御部２で算出された補正前のｄ軸電圧指令値Ｖｄ’と、ＦＦ制御部３で算出されたｄ軸低周波成分Ｖｆｄ_ＤＣと、ＦＦ制御部３で算出されたｄ軸高周波成分Ｖｆｄ_ＡＣとを用いて、次式により、補正後のｄ軸電圧指令値Ｖｄを算出する。
Ｖｄ＝α・（Ｖｄ’＋Ｖｆｄ_ＤＣ）＋Ｖｆｄ_ＡＣ
＝α・ＶＤ＋Ｖｆｄ_ＡＣ ・・・（２）

図３の場合は、α＝１であるから、式（２）は、
Ｖｄ＝Ｖｄ’＋Ｖｆｄ_ＤＣ＋Ｖｆｄ_ＡＣ
＝ＶＤ＋Ｖｆｄ_ＡＣ
となる。

α＝１の場合は、式（１）および式（２）において、ｑ軸電圧成分ＶＱとｄ軸電圧成分ＶＤは、共に縮小されないので、第１電圧指令値Ｖａも縮小されない。また、第２電圧指令値Ｖｂも縮小されない。したがって、モータ制御装置３２の出力電圧（ＰＷＭ信号生成部６から出力される電圧）は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑとｄ軸電圧指令値Ｖｄに基づいて、第１電圧指令値Ｖａおよび第２電圧指令値Ｖｂで指令されたとおりの電圧、すなわち電圧指令値Ｖｃと同じ電圧となる。

一方、図４の場合は、前記（ｂ）に該当するから、αは、０＜α＜１に設定される。この場合は、式（１）および式（２）において、ｑ軸電圧成分ＶＱとｄ軸電圧成分ＶＤが、それぞれ縮小率αに応じて縮小され、その結果、第１電圧指令値Ｖａも縮小される。以下、この縮小処理について詳述する。

図４の飽和状態では、電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超えているが、実際の出力電圧は、制限電圧値Ｖｍを超えることはできない。このため、本発明によらない場合は、図５に示すように、電圧指令値Ｖｃに基づく実際の出力電圧Ｖｃ’’は、制限電圧値Ｖｍに固定される（｜Ｖｃ’’｜＝｜Ｖｍ｜）。この場合、第２電圧指令値Ｖｂのベクトルが、第１電圧指令値Ｖａのベクトルの先端を中心として円Ｚを描けなくなる。その結果、第２電圧指令値Ｖｂの高周波成分が有効に機能しないので、トルクリップルに起因する振動を抑制することができなくなり、モータ２４、ギヤ機構２３、シャフト２１などから異音が発生する。

そこで、本発明では、電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超える飽和状態と判定された場合に、縮小率αを０＜α＜１に設定して、第１電圧指令値Ｖａの縮小処理を行うことで、上記の問題を解決する。詳しくは、飽和処理部１０において、図６に示すように、第１電圧指令値Ｖａのｑ軸電圧成分ＶＱとｄ軸電圧成分ＶＤのそれぞれに、縮小率αを乗じて、
ＶＱ’＝α・ＶＱ （０＜α＜１）
ＶＤ’＝α・ＶＤ （０＜α＜１）
とし、ＶＱとＶＤをそれぞれＶＱ’とＶＤ’に縮小する。これにより、第１電圧指令値Ｖａも、Ｖａ’に縮小される。すなわち、

図６においては、第１電圧指令値ＶａがＶａ’に縮小されている一方で、第２電圧指令値Ｖｂは縮小されずに維持されている。そして、図３の場合と同様に、第２電圧指令値Ｖｂのベクトルの先端が描く円Ｚは、制限電圧値Ｖｍを表す円Ｙに内接している。このとき、｜Ｖａ’｜＝｜Ｖｍ｜−｜Ｖｂ｜であるから、縮小率αは、
α＝｜Ｖａ’｜／｜Ｖａ｜＝（｜Ｖｍ｜−｜Ｖｂ｜）／｜Ｖａ｜
となる。Ｖｃ’は、Ｖａ’とＶｂの合成ベクトルであり、縮小処理後の電圧指令値である。

このようにして、電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超える飽和状態と判定された場合に、第１電圧指令値ＶａをＶａ’に縮小し、第２電圧指令値Ｖｂを維持することにより、電圧指令値ＶｃもＶｃ’に縮小される。その結果、実際の出力電圧が飽和状態になるのが未然に防止され、ＰＷＭ信号生成部６の出力電圧は、第１電圧指令値Ｖａ’および第２電圧指令値Ｖｂで指令されたとおりの電圧、すなわち電圧指令値Ｖｃ’と同じ電圧となる。そして、第２電圧指令値Ｖｂが維持されることで、第２電圧指令値Ｖｂのｑ軸高周波成分（Ｖｆｑ_ＡＣ）およびｄ軸高周波成分（Ｖｆｄ_ＡＣ）によって、トルクリップルに起因する振動を抑制することが可能となり、異音の発生を防止することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

図６においては、第２電圧指令値Ｖｂのベクトルの先端が描く円Ｚが、制限電圧値Ｖｍを表す円Ｙに内接するようにしたが、図７に示すように、円Ｚが円Ｙに近接するようにしてもよい。この場合は、縮小率αを次のように設定すればよい。
α＝｛（｜Ｖｍ｜−｜Ｖｂ｜）／｜Ｖａ｜｝−δ
ここで、δはマージン値（０＜δ＜１）である。

図６および図７においては、第２電圧指令値Ｖｂを縮小しなかったが、図８のＶｂ’で示すように、第２電圧指令値を若干縮小してもよい（｜Ｖｂ’｜＜｜Ｖｂ｜）。この場合、第２電圧指令値Ｖｂ’のベクトルの先端が描く円Ｚ’を、制限電圧値Ｖｍを表す円Ｙに内接させることで、第１電圧指令値Ｖａ’が図６の場合より大きくなり、トルクを増やすことができる。なお、円Ｚ’を円Ｙに内接させずに、図７と同様に近接させてもよい。本発明において、第２電圧指令値の維持には、上記のように第２電圧指令値を若干縮小する場合も含まれる。

図６〜図８においては、ｄ軸電圧成分ＶＤとｑ軸電圧成分ＶＱに同じ縮小率αを乗じて、第１電圧指令値Ｖａを縮小したが、ｄ軸電圧成分ＶＤとｑ軸電圧成分ＶＱに異なる縮小率を乗じて、第１電圧指令値Ｖａを縮小してもよい。図９および図１０は、この場合の電圧ベクトル図を示している。

図９においては、ｄ軸電圧成分ＶＤに縮小率β（０＜β＜１）を乗じ、ｑ軸電圧成分ＶＱに縮小率βより小さい縮小率γ（０＜γ＜１）を乗じて、各電圧成分ＶＤ、ＶＱをＶＤ’、ＶＱ’に縮小している。この場合は、γ＜βであることから、ｑ軸電圧成分ＶＱの縮小度合いが、ｄ軸電圧成分ＶＤの縮小度合いよりも大きくなっている。このため、縮小後の第１電圧指令値Ｖａ’は、縮小前の第１電圧指令値Ｖａに対して、ｄ軸方向（矢印ｄ方向）へシフトしている。なお、図９では円Ｚが円Ｙに内接しているが、図７と同様に円Ｚを円Ｙに近接させてもよい。

図１０においては、ｄ軸電圧成分ＶＤに縮小率β（０＜β＜１）を乗じ、ｑ軸電圧成分ＶＱに縮小率βより大きい縮小率γ（０＜γ＜１）を乗じて、各電圧成分ＶＤ、ＶＱをＶＤ’、ＶＱ’に縮小している。この場合は、β＜γであることから、ｄ軸電圧成分ＶＤの縮小度合いが、ｑ軸電圧成分ＶＱの縮小度合いよりも大きくなっている。このため、縮小後の第１電圧指令値Ｖａ’は、縮小前の第１電圧指令値Ｖａに対して、ｑ軸方向（矢印ｑ方向）へシフトしている。なお、図１０でも円Ｚが円Ｙに内接しているが、図７と同様に円Ｚを円Ｙに近接させてもよい。

本発明では、以上述べた実施形態以外にも、以下のような種々の実施形態を採用することができる。

前記の実施形態では、電圧指令値Ｖｃが制限電圧値Ｖｍを超える場合（｜Ｖｃ｜＞｜Ｖｍ｜）を飽和状態と判定したが、第１電圧指令値Ｖａが制限電圧値Ｖｍを超える場合（｜Ｖａ｜＞｜Ｖｍ｜）を飽和状態と判定してもよい。

縮小率αに応じて、電流指令値算出部１で算出される電流指令値Ｉｒ_ｄおよびＩｒ_ｑを小さくしてもよい。また、縮小率αに応じて、ＰＩ制御部２で算出される電圧指令値Ｖｄ’およびＶｑ’を小さくしてもよい。

縮小率αは、電圧指令値算出部４においてローパスフィルタ処理を施したものを用いてもよい。縮小率βと縮小率γについても、同様である。

ｄ軸高周波成分Ｖｆｄ_ＡＣおよびｑ軸高周波成分Ｖｆｑ_ＡＣを算出するにあたって、Ｉｒ_ｑとＩｒ_ｄを、Ｉｆ_ｑとＩｆ_ｄに置き換えてもよい。すなわち、電流指令値に代えて実測電流値を用いてもよい。

ｄ軸電流指令値Ｉｒ_ｄに、トルクリップルによる振動を抑制するための成分を含んだ項ｆ’_{ｒ_ｄ}（Ｉｒ_ｑ，Ｉｒ_ｄ，ω，６θ）を加え、これをＰＩ制御部２へのｄ軸電流指令値としてもよい。同様に、ｑ軸電流指令値Ｉｒ_ｑに、トルクリップルによる振動を抑制するための成分を含んだ項ｆ’_{ｒ_ｑ}（Ｉｒ_ｑ，Ｉｒ_ｄ，ω，６θ）を加え、これをＰＩ制御部２へのｑ軸電流指令値としてもよい。

前記の実施形態では、モータ２４として３相ブラシレスモータを例に挙げたが、本発明は、これ以外のモータを制御する装置にも適用することができる。

前記の実施形態では、駆動信号生成部としてＰＷＭ信号生成部６を例に挙げたが、本発明は、ＰＷＭ信号以外の信号でモータを駆動する場合にも適用することができる。

前記の実施形態では、車両の電動パワーステアリング装置１００に用いられるモータ制御装置３２を例に挙げたが、本発明は、これ以外の用途に用いられるモータ制御装置にも適用することができる。

１ 電流指令値算出部
２ ＰＩ制御部
３ ＦＦ制御部
４ 電圧指令値算出部
６ ＰＷＭ信号生成部（駆動信号生成部）
１０ 飽和処理部
２４ モータ
３２ モータ制御装置
３４ バッテリ
Ｖａ 第１電圧指令値
Ｖｂ 第２電圧指令値
Ｖｃ 電圧指令値
Ｖｍ 制限電圧値
Ｖｒ バッテリ電圧
ＶＤ ｄ軸電圧成分
ＶＱ ｑ軸電圧成分
Ｙ 制限電圧値を表す円
Ｚ 第２電圧指令値のベクトルの先端が描く円

Claims (5)

1. モータ電流の電流指令値を算出する電流指令値算出部と、
   前記電流指令値算出部で算出された電流指令値に基づいて、モータ電圧の電圧指令値を算出する電圧指令値算出部と、
   前記電圧指令値算出部で算出された電圧指令値に基づいて、モータを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備えたモータ制御装置において、
   前記電圧指令値算出部で算出された電圧指令値が所定の制限電圧値を超える飽和状態か否かを判定し、その判定結果に応じて前記電圧指令値を調整する飽和処理部をさらに備え、
   前記電圧指令値算出部は、前記電圧指令値を、トルクを出力するための低周波成分を含む第１電圧指令値と、振動を抑制するための高周波成分を含む第２電圧指令値とに分けて算出し、
   前記飽和処理部は、前記飽和状態と判定した場合に、前記第１電圧指令値を縮小するとともに、前記第２電圧指令値は維持する、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、
   前記第１電圧指令値は、ｄ−ｑ座標におけるｄ軸電圧成分とｑ軸電圧成分とからなり、
   前記飽和処理部は、前記各電圧成分に縮小率α（０＜α＜１）を乗じることによって、前記第１電圧指令値を縮小する、ことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記第１電圧指令値は、ｄ−ｑ座標におけるｄ軸電圧成分とｑ軸電圧成分とからなり、
   前記飽和処理部は、前記ｄ軸電圧成分に縮小率β（０＜β＜１）を乗じ、前記ｑ軸電圧成分に前記縮小率βと異なる縮小率γ（０＜γ＜１）を乗じることによって、前記第１電圧指令値を縮小する、ことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記ｄ−ｑ座標上で、前記第２電圧指令値のベクトルは、前記第１電圧指令値のベクトルの先端を中心として回転し、
   前記第１電圧指令値が縮小された状態で、前記第２電圧指令値のベクトルの先端が描く円が、前記制限電圧値を表す円に内接または近接する、ことを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のモータ制御装置において、
   前記制限電圧値は、当該モータ制御装置に電源を供給するバッテリの電圧に基づいて算出された、当該バッテリ電圧よりも低い電圧値である、ことを特徴とするモータ制御装置。

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