JP6638471B2 - Motor control device and electric power steering device equipped with the same - Google Patents

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Description

本発明は、電流指令値に基づく電流フィードバックでモータを駆動し、電流指令値にモータ実電流を追従させて制御するモータ制御装置及びそれを搭載し、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置に関する。特にノイズに対する感度を変化させずに、モータ駆動時の逆起電圧の相殺を行う共に、ノイズ補償及びLPFの補償を行う補償誤差相殺用の角度フィルタをフィードバック経路に介挿したモータ制御装置及びそれを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention provides a motor control device that drives a motor with current feedback based on a current command value, controls the current command value by following a motor actual current, and includes the motor control device, and at least a current command calculated based on a steering torque. The present invention relates to an electric power steering device that applies an assist force by a motor to a steering system of a vehicle according to a value. In particular, a motor control device in which a back electromotive voltage during motor driving is canceled without changing the sensitivity to noise, and a compensation error canceling angle filter for noise compensation and LPF compensation inserted in a feedback path, and a motor control device therefor. The present invention relates to an electric power steering device equipped with a.

モータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置(EPS)は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与するものであり、インバータで制御されるモータの駆動力を、ギア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操舵補助力を付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値(電流指令値)とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っている。   2. Description of the Related Art An electric power steering device (EPS) equipped with a motor control device applies a steering assisting force (assisting force) to a steering mechanism of a vehicle by a rotational force of a motor. A steering assist force is applied to the steering shaft or the rack shaft by a transmission mechanism such as a gear. Such a conventional electric power steering device performs feedback control of a motor current in order to accurately generate a torque of a steering assist force. The feedback control is to adjust the motor applied voltage so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the detected motor current value is small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). Modulation) control by adjusting the duty.

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクThを検出するトルクセンサ10及び操舵角θを検出する舵角センサ14が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Vsとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによって、EPS用モータ20に供給する電流を制御する。   A general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 1. 6b, and further connected to steered wheels 8L, 8R via hub units 7a, 7b. The column shaft 2 is provided with a torque sensor 10 for detecting the steering torque Th of the steering wheel 1 and a steering angle sensor 14 for detecting the steering angle θ, and a motor 20 for assisting the steering force of the steering wheel 1 is provided with a reduction gear. 3 is connected to the column shaft 2. The control unit (ECU) 30 that controls the electric power steering device is supplied with electric power from the battery 13 and receives an ignition key signal via the ignition key 11. The control unit 30 calculates a current command value of an assist (steering assist) command based on the steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12, and compensates for the current command value. The current supplied to the EPS motor 20 is controlled by the voltage control command value Vref subjected to the above.

なお、舵角センサ14からは操舵角θが検出され、モータ20に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。   The steering angle θ is detected from the steering angle sensor 14, and the steering angle can be obtained from a rotation sensor such as a resolver connected to the motor 20.

コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VsはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。   The control unit 30 is connected to a CAN (Controller Area Network) 40 for transmitting and receiving various information of the vehicle, and the vehicle speed Vs can be received from the CAN 40. The control unit 30 can also be connected to a non-CAN 41 other than the CAN 40 for transmitting and receiving communications, analog / digital signals, radio waves, and the like.

コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCU等も含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図2のようになる。   The control unit 30 is mainly composed of a CPU (including an MPU and an MCU), and FIG. 2 shows general functions executed by a program in the CPU.

図2を参照してコントロールユニット30を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTh及び車速センサ12で検出された(若しくはCAN40からの)車速Vsは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTh及び車速Vsに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値Iref1は加算部32Aを経て電流制限部33に入力され、最大電流を制限された電流指令値Irefmが減算部32Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差ΔI(=Irefm−Im)が演算され、その偏差ΔIが操舵動作の特性改善のためのPI制御部34に入力される。PI制御部34で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部35に入力され、更にインバータ36を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器37で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。インバータ36は、半導体スイッチング素子としてのFETのブリッジ回路で構成されている。   Referring to FIG. 2, the control unit 30 will be described. The steering torque Th detected by the torque sensor 10 and the vehicle speed Vs detected by the vehicle speed sensor 12 (or from the CAN 40) are determined by a current command for calculating a current command value Iref1. The value is input to the value calculator 31. The current command value calculation unit 31 calculates a current command value Iref1, which is a control target value of the current supplied to the motor 20, using an assist map or the like based on the input steering torque Th and vehicle speed Vs. The current command value Iref1 is input to the current limiting unit 33 via the adding unit 32A, and the current command value Irefm of which the maximum current is limited is input to the subtracting unit 32B, and the deviation ΔI (=) from the motor current value Im being fed back. Irefm−Im) is calculated, and the deviation ΔI is input to the PI control unit 34 for improving the characteristics of the steering operation. The voltage control command value Vref whose characteristics have been improved by the PI control unit 34 is input to the PWM control unit 35, and the motor 20 is PWM-driven via the inverter 36. The current value Im of the motor 20 is detected by the motor current detector 37 and is fed back to the subtractor 32B. The inverter 36 is configured by an FET bridge circuit as a semiconductor switching element.

モータ20にはレゾルバ等の回転センサ21が連結されており、回転センサ21からモータ回転角度θが出力され、更にモータ速度ωがモータ速度演算部22で演算される。   A rotation sensor 21 such as a resolver is connected to the motor 20. The rotation sensor 21 outputs a motor rotation angle θ, and a motor speed ω is calculated by a motor speed calculation unit 22.

また、加算部32Aには補償信号生成部38からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部38は、セルフアライニングトルク(SAT)38−1と慣性38−2を加算部38−4で加算し、その加算結果に更に収れん性38−3を加算部38−5で加算し、加算部38−5の加算結果を補償信号CMとしている。   Further, the compensation signal CM from the compensation signal generator 38 is added to the adder 32A, and the characteristics of the steering system are compensated by adding the compensation signal CM, so that the convergence and the inertia characteristics are improved. ing. The compensation signal generation unit 38 adds the self-aligning torque (SAT) 38-1 and the inertia 38-2 in the addition unit 38-4, and further adds the convergence 38-3 to the addition result in the addition unit 38-5. Then, the addition result of the addition section 38-5 is used as the compensation signal CM.

このような電動パワーステアリング装置のモータ制御装置では、モータ駆動時にモータ20が逆起電圧を発生するため、モータ逆起電圧を抑制若しくは減衰するための補償が必要である。その理由を以下に説明する。   In such a motor control device of the electric power steering device, since the motor 20 generates a back electromotive voltage when the motor is driven, compensation for suppressing or attenuating the motor back electromotive voltage is necessary. The reason will be described below.

電流指令値Irefからモータ20が駆動される制御系を伝達関数で示すと、図3のようになる。電流指令値Irefは制御フィルタ(GFF)101を経て減算部104に入力され、実モータ電流Imnとの偏差eが算出される。偏差eは制御フィルタ(GFB)を経て減算部105に入力され、減算部105でモータ20の逆起電圧EMFが減算され、その差分eがモータ20の電気系特性部110(1/(L・s+R))を経て、更にトルク定数Kt[Nm/A]を経て機械系特性部120(1/(J・s+D))に入力される。逆起電圧EMFは、機械特性部120の出力であるモータ角速度(モータ回転数)ωmに逆起電圧定数Ke[V/(rad/s)]を乗算して得られる。電気系特性部110からのモータ電流Imは検出されてフィードバックされるが、実際には電流検出ノイズNiが混入し、実モータ電流Imnとしてフィードバックされる。 FIG. 3 shows a control system in which the motor 20 is driven from the current command value Iref by using a transfer function. The current command value Iref is inputted to the subtraction unit 104 via the control filter (G FF) 101, the deviation e 1 between the actual motor current Imn is calculated. Deviation e 1 is input to the subtraction unit 105 via the control filter (G FB), the counter electromotive voltage EMF of the motor 20 is subtracted by the subtraction unit 105, an electrical system characteristics unit 110 of the difference e 3 the motor 20 (1 / (L · s + R)), and further input to the mechanical characteristic unit 120 (1 / (J · s + D)) via a torque constant Kt [Nm / A]. The back electromotive voltage EMF is obtained by multiplying the motor angular velocity (motor rotation speed) ωm output from the mechanical characteristic unit 120 by the back electromotive voltage constant Ke [V / (rad / s)]. The motor current Im from the electric system characteristic unit 110 is detected and fed back. However, actually, the current detection noise Ni is mixed and fed back as the actual motor current Imn.

電気系特性部110のLはモータインダクタンス[H]、Rはモータ抵抗[Ω]であり、機械系特性部120のJはモータ慣性モーメント[Kg・m2]、Dはモータ粘性係数[Nm/(rad/s)]である。 L of an electrical system characteristics 110 mode tie inductance [H], R is the motor resistance [Omega], the J of the mechanical system characteristics unit 120 motor inertia moment [Kg · m 2], D is the motor coefficient of viscosity [Nm / (rad / s)].

電流指令値Irefからモータ電流Imまでの系を、図4に示すように周波数帯域を制御し易い1次フィルタ(1/(T・s+1))とするため、T〜Tを時定数として、制御フィルタ(GFF)101の伝達関数は下記数1で設定され、制御フィルタ(GFB)102の伝達関数は下記数2で設定されている。 The system from the current command value Iref until the motor current Im, FIG. 4 to control the frequency band as shown in easily primary filter (1 / (T 4 · s + 1)) and to order, time constant T 1 through T 4 The transfer function of the control filter (G FF ) 101 is set by the following equation 1, and the transfer function of the control filter (G FB ) 102 is set by the following equation 2.

Figure 0006638471
Figure 0006638471

Figure 0006638471
即ち、電流指令値Irefからモータ電流Imまでの系を“1/(T・s+1)”(数3)とし、時定数Tの設定で電流指令値Irefからモータ電流Imまでの特性である電流制御帯域を決定(1次フィルタ)するために、制御フィルタ(GFF)101及び制御フィルタ(GFB)102の特性を決定する。
Figure 0006638471
That is, the system from the current command value Iref to the motor current Im is represented by “1 / (T 4 · s + 1)” (Equation 3), and the characteristics from the current command value Iref to the motor current Im by setting the time constant T 4. In order to determine the current control band (primary filter), the characteristics of the control filter (G FF ) 101 and the control filter (G FB ) 102 are determined.

Figure 0006638471
そして、制御フィルタ(GFB)102を含む電流制御のフィードバック閉ループの系では、逆起電圧EMFを0として、数4及び図5に示すように、外乱の電流検出ノイズ(Ni)除去用の2次フィルタ(時定数T,T)と1次位相進みフィルタ(T)となる構成を採る。1次位相進みフィルタ(T)の項がないと、制御フィルタ(GFF)101の分子の微分項が2次になってしまい、非常に不安定になるからである。要するに、制御フィルタ(GFF)101は、電流指令値Irefからモータ電流Imまでの特性を決めるフィルタであり、制御フィルタ(GFB)102は、電流検出ノイズNiを除去するフィルタを含めた、電流指令値Irefからモータ電流Imまでの特性を決めるフィルタと言える。
Figure 0006638471
Then, in the current control feedback closed loop system including the control filter (G FB ) 102, the back electromotive force EMF is set to 0, and as shown in Expression 4 and FIG. A configuration is adopted that serves as a next-order filter (time constants T 2 and T 3 ) and a first-order phase advance filter (T 1 ). This is because if there is no term of the first-order phase advance filter (T 1 ), the differential term of the numerator of the control filter (G FF ) 101 becomes second-order and becomes very unstable. In short, the control filter (G FF ) 101 is a filter for determining characteristics from the current command value Iref to the motor current Im, and the control filter (G FB ) 102 is a filter including a filter for removing the current detection noise Ni. It can be said that this is a filter that determines characteristics from the command value Iref to the motor current Im.

Figure 0006638471
上記数1及び数4をGFBについて解くと、制御フィルタ(GFB)102は上記数2となる。
Figure 0006638471
When Equations 1 and 4 are solved for G FB , the control filter (G FB ) 102 becomes Equation 2 above.

このように、制御フィルタ(GFF)101及び制御フィルタ(GFB)102の設定では、モータ逆起電圧EMFの混入を考慮していない。しかしながら、モータ逆起電圧EMFの発生は、電流指令値に影響を与えるため、モータ出力を正確に制御する上で大きな問題となる。このような対策として、モータ逆起電圧の補償が考えられ、例えば特開2013−219870号公報(特許文献1)では、電圧指令値及び電流検出値に基づいてモータの逆起電圧を推定し、逆起電圧推定値を電流指令値に加算するようにしている。また、特開2012−236472号公報(特許文献2)では、回転角速度に基づいて逆起電圧を推定し、この推定逆起電圧に補償係数を乗じて逆起電圧補償制御値を算出し、逆起電圧補償制御値を基本電圧に加算して電圧指令値としている。 As described above, the setting of the control filter (G FF ) 101 and the control filter (G FB ) 102 does not take into account the mixing of the motor back electromotive voltage EMF. However, since the generation of the motor back electromotive voltage EMF affects the current command value, it is a serious problem in accurately controlling the motor output. As such a countermeasure, compensation of a motor back electromotive voltage can be considered. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-219870 (Patent Document 1), a back electromotive voltage of a motor is estimated based on a voltage command value and a current detection value. The back electromotive force estimated value is added to the current command value. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-236472 (Patent Document 2), a back electromotive force is estimated based on a rotational angular velocity, and a back electromotive voltage compensation control value is calculated by multiplying the estimated back electromotive voltage by a compensation coefficient. The electromotive voltage compensation control value is added to the basic voltage to obtain a voltage command value.

特開2013−219870号公報JP 2013-219870 A 特開2012−236472号公報JP 2012-236472 A

上述のような逆起電圧補償はいずれも、位置や回転速度の検出ノイズが混入しないことを前提にして補償しているが、実際には検出ノイズが混入するため、電流指令値に対して正確にモータ出力を追従させることができない課題がある。   All of the above-mentioned back electromotive force compensations are performed on the assumption that detection noise of position and rotation speed does not mix. However, there is a problem that the motor output cannot be followed.

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、ノイズに対する感度を変化させずに、広範囲にわたって遅れなく、逆起電圧及び逆起電圧補償経路の特性をフィードバック経路で補償し、実電流を電流指令値に確実に追従させるモータ制御装置を提供すると共に、操舵フィーリングを向上した電動パワーステアリング装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to change the characteristics of a back electromotive force and a back electromotive voltage compensation path in a feedback path without delay over a wide range without changing the sensitivity to noise. It is an object of the present invention to provide a motor control device for compensating and reliably tracking an actual current to a current command value, and to provide an electric power steering device with improved steering feeling.

本発明は、電流指令値に基づく電流フィードバック制御でモータを駆動制御すると共に、モータ角度若しくはモータ角速度に基づく逆起電圧補償信号によりモータ逆起電圧の補償を行うモータ制御装置に関し、本発明の上記目的は、前記モータ逆起電圧を補償する経路にノイズ除去用のLPFが設けられると共に、前記モータ制御のフィードバック経路に、前記モータ逆起電圧と前記逆起電圧補償信号との差である逆起電圧補償誤差を相殺する角度フィードバックフィルタが設けられていることにより達成される。   The present invention relates to a motor control device that controls driving of a motor by current feedback control based on a current command value and compensates for a motor back electromotive voltage by a back electromotive force compensation signal based on a motor angle or a motor angular velocity. An object of the present invention is to provide an LPF for removing noise in a path for compensating the motor back electromotive voltage, and to provide a back electromotive force, which is a difference between the motor back electromotive voltage and the back electromotive voltage compensation signal, in a feedback path of the motor control. This is achieved by providing an angle feedback filter that cancels the voltage compensation error.

本発明の上記目的は、前記モータの制御がdq軸ベクトル制御であることにより、或いは前記電流指令値がdq軸電流指令値であり、前記制御部が2相フィードバック式ベクトル制御系であることにより、或いは前記電流指令値がdq軸電流指令値であり、前記制御部が3相フィードバック式ベクトル制御系であることにより、より効果的に達成され、いずれかのモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に搭載することにより、操舵感の良い電動パワーステアリング装置を提供することができる。   The object of the present invention is that the motor control is dq-axis vector control, or the current command value is a dq-axis current command value, and the control unit is a two-phase feedback vector control system. Alternatively, the current command value is a dq-axis current command value, and the control unit is a three-phase feedback vector control system, which is more effectively achieved. By mounting, an electric power steering device with a good steering feeling can be provided.

本発明に係るモータ制御装置によれば、モータ駆動時のモータ逆起電圧の補償機能を有するモータ制御装置において、フィードバック経路に、モータ逆起電圧と逆起電圧補償信号との差である逆起電圧補償誤差を相殺する角度フィードバックフィルタを介挿しているので、ノイズに対する感度を変化させずに、遅れなくモータの追従特性を向上することができる。   According to the motor control device of the present invention, in the motor control device having the function of compensating for the motor back electromotive voltage at the time of driving the motor, the feedback path includes a back electromotive force that is a difference between the motor back electromotive voltage and the back electromotive voltage compensation signal. Since the angle feedback filter for canceling the voltage compensation error is interposed, the following characteristic of the motor can be improved without delay without changing the sensitivity to noise.

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。1 is a configuration diagram illustrating an outline of an electric power steering device. 電動パワーステアリング装置のコントロールユニット(ECU)の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a control unit (ECU) of the electric power steering device. モータ制御装置(伝達関数)における逆起電圧の発生の経路を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the path | route of generation | occurence | production of a back electromotive voltage in a motor control apparatus (transfer function). 制御フィルタの特性を説明するための周波数応答図である。FIG. 4 is a frequency response diagram for explaining characteristics of a control filter. 制御フィルタの特性を説明するための周波数応答図である。FIG. 4 is a frequency response diagram for explaining characteristics of a control filter. 本発明を適用可能なベクトル制御系(3相FB)の構成例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control system (three-phase FB) to which the present invention can be applied. 本発明を適用可能なベクトル制御系(2相FB)の構成例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a vector control system (two-phase FB) to which the present invention can be applied. モータ制御装置(伝達関数)における逆起電圧補償の構成例を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the example of a structure of the back electromotive force compensation in a motor control apparatus (transfer function). LPFを逆起電圧補償に用いた場合のゲイン/位相の周波数特性と本発明の効果を示す周波数特性図である。FIG. 4 is a diagram illustrating frequency characteristics of gain / phase and a frequency characteristic showing an effect of the present invention when an LPF is used for back electromotive force compensation. 本発明の実施形態の一例を示すブロック構成図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of an embodiment of the present invention.

本発明のモータ制御装置は、ノイズに対する感度を変化させずに、モータ駆動時の逆起電圧発生の補償を行う共に、ノイズ補償及びLPFの補償を行う補償誤差相殺用の角度フィルタをフィードバック経路に介挿している。これにより、ノイズに対する感度を変化させずに遅れなく、正確に実モータ電流を電流指令値に追従させることができる
本発明は、ブラシレスモータを駆動制御するベクトル制御系についても適用できるので、先ずベクトル制御系について説明する。
The motor control apparatus of the present invention, without altering the sensitivity to noise, both when performing the compensation of the back electromotive voltage generated at motor drive, feedback the angular filter for compensating the error offset for compensating for noise compensation and LPF path Has been inserted. This allows the actual motor current to accurately follow the current command value without delay without changing the sensitivity to noise .
Since the present invention can be applied to a vector control system for driving and controlling a brushless motor, the vector control system will be described first.

図6のベクトル制御系では、d軸電流指令値i及びq軸電流指令値iを演算して補正する電流指令値演算部220が設けられており、電流指令値演算部220には操舵トルクTh、車速Vs、モータ100に連結された回転センサ100Aからモータ角度(回転角度)θ、角速度演算部226で演算されたモータ角速度ωが入力されている。電流指令値演算部220で演算されたd軸電流指令値i及びq軸電流指令値iは2相/3相変換部221に入力され、モータ角度θに同期して3相の電流指令値Iuref,Ivref,Iwrefに変換される。3相の電流指令値Iuref,Ivref,Iwrefは減算部222(222u,222v,222w)に入力され、電流検出回路225Aで検出されたモータ電流Imu,Imv,Imwとの偏差ΔIu,ΔIv,ΔIwが算出される。算出された偏差ΔIu,ΔIv,ΔIwはPI制御部223に入力され、電流制御された3相の電圧制御指令値Vuref,Vvref,VwrefがPWM制御部224に入力され、PWM制御部224で演算された各相dutyに基づいてインバータ225を介してモータ100が駆動される。 The vector control system of FIG. 6, and the current command value calculating section 220 is provided to correct by calculating the d-axis current command value i d and the q-axis current command value i q, steering the current command value calculating section 220 The torque Th, the vehicle speed Vs, the motor angle (rotation angle) θ e from the rotation sensor 100A connected to the motor 100, and the motor angular speed ω calculated by the angular speed calculation unit 226 are input. D-axis current command value i d and the q-axis current command value i q calculated by the current command value calculating unit 220 is input to the 2-phase / 3-phase conversion unit 221, three-phase current in synchronization with the motor angle theta e It is converted into command values Iuref, Ivref, Iwref. The three-phase current command values Iuref, Ivref, Iwref are input to the subtraction unit 222 (222u, 222v, 222w), and deviations ΔIu, ΔIv, ΔIw from the motor currents Imu, Imv, Imw detected by the current detection circuit 225A are calculated. Is calculated. The calculated deviations ΔIu, ΔIv, ΔIw are input to the PI control unit 223, and the current-controlled three-phase voltage control command values Vuref, Vvref, Vwref are input to the PWM control unit 224, and are calculated by the PWM control unit 224. The motor 100 is driven via the inverter 225 based on the duty of each phase.

なお、図6では、電流検出回路225Aはインバータ225内に設けられているが、モータ100への供給線等でも検出可能である。   Although the current detection circuit 225A is provided in the inverter 225 in FIG. 6, the current detection circuit 225A can also detect a supply line to the motor 100 or the like.

また、図7のベクトル制御系では、電流検出回路225Aで検出された3相のモータ電流Imu,Imv,Imwをモータ角度θに同期して2相に変換する3相/2相変換部227が設けられている。電流指令値演算部220で演算され補正されたd軸電流指令値i及びq軸電流指令値iは減算部222(222d、222q)に入力され、減算部222で3相/2相変換部227からの2相の電流Imd,Imqとの偏差Δi,Δiが算出される。偏差Δi,Δiは2相/3相変換部221に入力され、変換された3相の電流指令値Iuref,Ivref,IwrefがPI制御部223に入力され、以降は図4の場合と同様な動作が実行される。 Also, in the vector control system of FIG. 7, the current detection circuit 225A with the detected three-phase motor current Imu, Imv, 3-phase converted to 2-phase in synchronism with the motor angle theta e the Imw / 2 phase converter 227 Is provided. D-axis current command value computed is corrected by the current command value calculating section 220 i d and the q-axis current command value i q is input to the subtraction unit 222 (222d, 222q), 3-phase / 2-phase conversion by the subtraction unit 222 2-phase current Imd from part 227, the deviation .DELTA.i d with imq, .DELTA.i q is calculated. Deviation .DELTA.i d, .DELTA.i q are input to the 2-phase / 3-phase conversion unit 221, converted three-phase current command values Iuref, Ivref, Iwref is input to the PI control unit 223, since, like the case of FIG. 4 Operation is performed.

図6の制御系は、3相のモータ電流Imu,Imv,Imwがフィードバックされる3相フィードバック式ベクトル制御系であり、図7の制御系は、3相のモータ電流Imu,Imv,Imwが2相電流Imd,Imqに変換されてフィードバックされる2相フィードバック式ベクトル制御系である。本発明は、上記3相フィードバック式ベクトル制御系及び2相フィードバック式ベクトル制御系のいずれにも適用できる。   The control system of FIG. 6 is a three-phase feedback vector control system in which three-phase motor currents Imu, Imv, Imw are fed back. The control system of FIG. 7 has two-phase motor currents Imu, Imv, Imw of two. This is a two-phase feedback vector control system that is converted into phase currents Imd and Imq and fed back. The present invention can be applied to both the three-phase feedback vector control system and the two-phase feedback vector control system.

図8は、回転センサ(例えばレゾルバ)で検出されるモータ角度θmに基づいて、逆起電圧EMFを補償する場合の構成例を、図3に対応させて示している。モータ角度θmは微分部130で微分されるが、実際には回転センサ(例えばレゾルバ)にはノイズNrが含まれており、加算部133でノイズNrが加算(混入)されたモータ角度θmrが微分部130に入力される。微分部130で微分されたモータ角速度ωnは、伝達関数が数5で表されるノイズ除去用のローパスフィルタ(LPF)131に入力され、LPF131でノイズNrを除去されたモータ角速度ωn’は、逆起電圧補償定数部132で逆起電圧補償定数Ke’を乗算され、逆起電圧補償信号EMFcとして加算部106に入力される。   FIG. 8 shows a configuration example in which the back electromotive force EMF is compensated based on the motor angle θm detected by a rotation sensor (for example, a resolver), corresponding to FIG. Although the motor angle θm is differentiated by the differentiator 130, the rotation sensor (for example, a resolver) actually includes noise Nr, and the motor angle θmr to which the noise Nr is added (mixed) by the adder 133 is differentiated. Input to the unit 130. The motor angular velocity ωn differentiated by the differentiator 130 is input to a noise removal low-pass filter (LPF) 131 whose transfer function is expressed by Equation 5, and the motor angular velocity ωn ′ from which the noise Nr has been removed by the LPF 131 is inversed. The voltage is multiplied by the back electromotive force compensation constant Ke ′ in the electromotive force compensation constant unit 132 and input to the adding unit 106 as the back electromotive force compensation signal EMFc.

なお、LPF131のωは、カットオフ周波数f(例えば40Hz)に対してω=2πfの関係を有している。 Incidentally, omega L of LPF131 have a relation of ω L = 2πf c relative to the cutoff frequency f c (e.g. 40 Hz).

Figure 0006638471
この逆起電圧補償はモータ角度θm(モータ角速度ωm)に依存しており、ノイズNrの混入がなければLPF131は不要である。しかし、実際には回転センサから混入するノイズNrの影響があり、その影響を除去若しくは低減するLPF131を具備している。フィルタ処理を行わないと、電動パワーステアリング装置では操舵感が悪化してしまうからである。
Figure 0006638471
This back electromotive force compensation depends on the motor angle θm (motor angular velocity ωm), and the LPF 131 is not required unless the noise Nr is mixed. However, there is actually an effect of noise Nr mixed from the rotation sensor, and the LPF 131 is provided to eliminate or reduce the effect. This is because the steering feeling is deteriorated in the electric power steering apparatus unless the filter processing is performed.

このLPF131のフィルタ処理により、モータ回転数の周波数が上がると、モータ逆起電圧EMFに対して位相が遅れ、完全にモータ逆起電圧EMFを相殺できない可能性がある。この相殺誤差が外乱として電流制御系内に混入して、フィードバック制御の役割である実モータ電流Imを電流指令値Irefに追従させることができなくなる。逆起電圧補償が完全であれば、下記数6の関係となるべきである。   When the frequency of the motor rotation speed increases due to the filter processing of the LPF 131, the phase is delayed with respect to the motor back electromotive voltage EMF, and there is a possibility that the motor back electromotive voltage EMF cannot be completely canceled. This cancellation error enters the current control system as a disturbance, and it becomes impossible to cause the actual motor current Im, which plays a role of feedback control, to follow the current command value Iref. If the back electromotive force compensation is perfect, the relationship of the following equation 6 should be satisfied.

(数6)
EMFc−EMF=0
しかしながら、ノイズNrの混入により、上記数6は成立しない。そもそも、電流フィードバック制御の主な役割は電流指令値通りに、遅れなく実電流を流すことである。フィルタ処理による制御では、制御帯域が高いほど追従性を改善することができるが、ノイズに対しても感度が上がってしまい、電動パワーステアリング装置では操舵感が悪化する。
(Equation 6)
EMFc−EMF = 0
However, Equation 6 does not hold due to the mixing of the noise Nr. In the first place, the main role of the current feedback control is to flow the actual current without delay according to the current command value. In the control by the filter processing, the higher the control band, the better the followability can be, but the sensitivity to noise also increases, and the steering feeling of the electric power steering device deteriorates.

図9はLPFを用いて逆起電圧補償を行う場合の周波数特性を示しており、図9(A)はゲインの周波数特性であり、本発明による対策前は、周波数10〜100Hzの領域でゲインが凹状に低下している。また、図9(B)は位相の周波数特性であり、本発明による対策前は、位相の遅れと進みが存在して平坦特性ではなく、逆起電圧EMFを完全に補償することができず、補償相殺誤差が外乱として制御ループに混入し、これが要因で検出電流は電流指令値に追従できない状況となっている。   FIG. 9 shows frequency characteristics when back electromotive force compensation is performed using an LPF, and FIG. 9 (A) shows the frequency characteristics of the gain. Before the countermeasure according to the present invention, the gain in the frequency range of 10 to 100 Hz is obtained. Are concavely lowered. FIG. 9B shows the frequency characteristics of the phase. Before the countermeasure according to the present invention, there is a delay and advance of the phase, so that the characteristics are not flat, and the back electromotive force EMF cannot be completely compensated. The compensation cancellation error is mixed in the control loop as a disturbance, and as a result, the detected current cannot follow the current command value.

その対策のため、本発明では電流追従特性がIm/Iref=1/(T・s+1)となるような角度フィードバック(FB)フィルタ(GANG)200を、モータ制御のフィードバック経路に介挿する。図10はその構成を図8に対応させて示している。 As a countermeasure, in the present invention, an angle feedback (FB) filter (G ANG ) 200 having a current follow-up characteristic of Im / Iref = 1 / (T 4 · s + 1) is inserted in a feedback path for motor control. . FIG. 10 shows the configuration corresponding to FIG.

電流指令値Irefから電気系特性部110で出力されるモータ電流Imまでを伝達関数で表わすと、下記数7となる。制御フィルタ(GFF)101の伝達関数は上述した数1であり、制御フィルタ(GFB)102の伝達関数は上述した数2である。 When the range from the current command value Iref to the motor current Im output by the electric system characteristic unit 110 is represented by a transfer function, the following equation 7 is obtained. The transfer function of the control filter (G FF ) 101 is the above equation (1), and the transfer function of the control filter (G FB ) 102 is the above equation (2).

Figure 0006638471
そして、理想的には数7が上記数3の特性のように、下記数8で表わされれば良い。
Figure 0006638471
Ideally, Equation 7 may be represented by Equation 8 below, like the characteristic of Equation 3 above.

Figure 0006638471
そのためには、数7の分母の()内が0になれば良い。即ち、下記数9が成立すれば良い。
Figure 0006638471
For this purpose, the value in the parentheses of the denominator of Equation 7 should be 0. That is, the following equation 9 may be satisfied.

Figure 0006638471
換言すれば、数7の分母の()内を0とする数9が成立するような、角度フィードバックフィルタ(GANG)200をフィードバック経路に介挿すれば良い。
Figure 0006638471
In other words, an angle feedback filter (G ANG ) 200 that satisfies Expression 9 where the value in parentheses of the denominator of Expression 7 is 0 may be inserted into the feedback path.

よって、数9から角度フィードバックフィルタGANGを算出すると、数10となる。 Therefore, when the angle feedback filter GANG is calculated from Expression 9, Expression 10 is obtained.

Figure 0006638471
数10で決定された角度フィードバックフィルタ(GANG)を電流指令値Irefに適用すると、電流値Imは下記数11で表わされ、数11にGFFの伝達関数(数1)及びGFBの伝達関数(数2)を代入すると数12となり、数12の時定数Tの調整により所望の特性を得ることができる。
Figure 0006638471
When the angle feedback filter (G ANG ) determined in Expression 10 is applied to the current command value Iref, the current value Im is expressed by Expression 11 below, and the transfer function of G FF (Expression 1) and the transfer function of G FB the number 12 becomes substituting the transfer function (equation 2), it is possible to obtain desired characteristics by adjusting the constant T 4 when the number 12.

Figure 0006638471
Figure 0006638471

Figure 0006638471
図9は、操舵時に、検出電流が電流指令値に追従しない問題におけるメカニズムをボード線図で比較しており、対策前では逆起電圧補償ロジックにはLPF(40Hz)があり、逆起電圧を完全に補償できない。この相殺誤差が外乱として制御ループに混入し、これが要因となって検出電流が電流指令値に追従できない。しかし、上述したモータ逆起電圧と逆起電圧補償信号との差である逆起電圧補償誤差を相殺する角度フィードバックフィルタ200(GANG)を設けることにより、対策前の特性が改善されていることが分かる。即ち、ゲイン特性も位相特性も平坦な特性となっている。
Figure 0006638471
FIG. 9 compares the mechanism in the problem that the detected current does not follow the current command value at the time of steering with a Bode diagram. Before the countermeasure, the back electromotive voltage compensation logic has an LPF (40 Hz). I cannot fully compensate. This canceling error enters the control loop as a disturbance, and as a result, the detected current cannot follow the current command value. However, by providing the angle feedback filter 200 (G ANG ) for canceling the back electromotive force compensation error, which is the difference between the motor back electromotive force and the back electromotive force compensation signal, the characteristics before the countermeasure are improved. I understand. That is, both the gain characteristics and the phase characteristics are flat characteristics.

1 ハンドル
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10 トルクセンサ
12 車速センサ
20、100 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
31、220 電流指令値演算部
34、223 PI制御部
35、224 PWM制御部
36、225 インバータ
101,102 制御フィルタ
110 電気系特性部
120 機械系特性部
131 ローパスフィルタ(LPF)
200 角度フィードバック(FB)フィルタ
221 2相/3相変換部
227 3相/2相変換部
1 Handle 2 Column shaft (steering shaft, handle shaft)
10 Torque sensor 12 Vehicle speed sensor 20, 100 Motor 30 Control unit (ECU)
31, 220 Current command value calculation unit 34, 223 PI control unit 35, 224 PWM control unit 36, 225 Inverter 101, 102 Control filter 110 Electric system characteristic unit 120 Mechanical system characteristic unit 131 Low pass filter (LPF)
200 Angle feedback (FB) filter 221 2-phase / 3-phase converter 227 3-phase / 2-phase converter

Claims (5)

電流指令値に基づく電流フィードバック制御でモータを駆動制御すると共に、モータ角度若しくはモータ角速度に基づく逆起電圧補償信号によりモータ逆起電圧の補償を行うモータ制御装置において、
前記モータ逆起電圧を補償する経路にノイズ除去用のLPFが設けられると共に、前記モータ制御のフィードバック経路に、前記モータ逆起電圧と前記逆起電圧補償信号との差である逆起電圧補償誤差を相殺する角度フィードバックフィルタが設けられていることを特徴とするモータ制御装置。
In a motor control device that drives and controls a motor by current feedback control based on a current command value and compensates for a motor back electromotive voltage by a back electromotive force compensation signal based on a motor angle or a motor angular velocity,
An LPF for removing noise is provided in a path for compensating the motor back electromotive voltage, and a back electromotive voltage compensation error which is a difference between the motor back electromotive voltage and the back electromotive voltage compensation signal is provided in the motor control feedback path. A motor control device, comprising: an angle feedback filter for canceling out.
前記モータの制御がdq軸ベクトル制御である請求項1に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1, wherein the control of the motor is dq-axis vector control. 前記電流指令値がdq軸電流指令値であり、前記制御部が2相フィードバック式ベクトル制御系である請求項2に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 2, wherein the current command value is a dq-axis current command value, and the control unit is a two-phase feedback vector control system. 前記電流指令値がdq軸電流指令値であり、前記制御部が3相フィードバック式ベクトル制御系である請求項2に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 2, wherein the current command value is a dq-axis current command value, and the control unit is a three-phase feedback vector control system. 請求項1乃至4のいずれかに記載のモータ制御装置を搭載した電動パワーステアリング装置。
An electric power steering device equipped with the motor control device according to claim 1.
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