JP6764564B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動モータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動するためのモータ制御装置に関する。

三相電動モータをベクトル制御するモータ制御装置においては、電流制御周期毎に、二相電流指令値が演算される。この二相電流指令値と二相電流検出値との偏差に基づいて二相電圧指令値が演算される。この二相電圧指令値が電動モータの回転角を用いて二相・三相変換されることにより、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電圧指令値（三相電圧指令値）が演算される。そして、このＵ相、Ｖ相およびＷ相の相電圧指令値にそれぞれ対応したデューティのＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号が生成されて、三相インバータ回路に供給される。

このインバータ回路を構成するスイッチング素子が、Ｕ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号によって制御されることにより、三相電圧指令値に相当する電圧が電動モータに印加されることになる。これにより、電動モータに流れるモータ電流が二相電流指令値に等しくなるように制御される。
三相インバータ回路では、Ｕ相に対応した一対のスイッチング素子の直列回路と、Ｖ相に対応した一対のスイッチング素子の直列回路と、Ｗ相に対応した一対のスイッチング素子の直列回路とが、直流電源と接地との間に並列に接続されている。各直列回路において、電源側のスイッチング素子を上側スイッチング素子といい、接地側のスイッチング素子を下側スイッチング素子ということにする。

前述したようなモータ制御装置では、上側スイッチング素子と下側スイッチング素子との短絡を防止するために、そのオン／オフ切り替え時には、両スイッチング素子が共にオフとなるデットタイムが設けられている。しかし、このデットタイム中においては、相電圧が相電流の向きに応じて変化する。インバータ側から電動モータに向かう相電流の方向を正とし、電動モータ側からインバータに向かう相電流の方向を負とすると、デットタイム中において、相電流が正のときには相電圧が接地レベルよりも低くなるように変化し、相電流が負のときには相電圧が電源電圧よりも高くなるように変化する。このため、三相電圧指令値に対応したデューティのＰＷＭ信号によって、インバータ回路を制御したとしても、電動モータへの印加電圧は三相電圧指令値と等しくならなくなる。

そこで、デットタイム時の相電流の向きに応じて、ＰＷＭカウント（ＰＷＭデューティ）を調整するデータタイム補償が一般的に行われている。具体的には、デットタイム時の相電流の向きが正の場合にはＰＷＭカウントに正の補償値を加算することによりＰＷＭカウントを増加補正し、デットタイム時の相電流の向きが負の場合にはＰＷＭカウントに負の補償値を加算することによりＰＷＭカウントを低減補正する。

特開２０１０−４１８７７号公報

三相電動モータをベクトル制御するモータ制御装置において、ＰＷＭ信号の周波数（ＰＷＭ周波数）を高くすると、モータ電流を高速に変化させるシステム（モータ回転数が高いシステム）においても、モータ電圧を適正に印可でき、モータをスムーズに回転させることが可能となる。
しかし、ＰＷＭ周波数を高くすると、ＰＷＭ信号の周期（ＰＷＭ周期）が電流制御周期よりも小さくなる場合がある。ＰＷＭ周期が電流制御周期よりも小さくなると、電流制御周期内に複数のＰＷＭ周期が含まれることになる。このような場合において、電流制御周期内の各ＰＷＭ周期のＰＷＭカウントに対して同じ符号のデットタイム補償値を用いてデットタイム補償を行った場合には、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、電流制御周期の途中で相電流の方向が変化した場合には、適正なデットタイム補償が行われなくなるため、モータ印加電圧が歪む。その結果、モータ電流が歪み、トルクリップルが発生し、スムーズに電動モータを回転させることができなくなるおそれがある。

この発明の目的は、相電流の方向の切替わり時のモータ電流歪を抑制できるモータ制御装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、電流制御周期内に複数のＰＷＭ周期が含まれており、電流制御周期内のＰＷＭ周期毎に演算される各相のＰＷＭカウントに対してデットタイム補償が行われ、デットタイム補償後の各相のＰＷＭ周期毎のＰＷＭカウントに基づいて電動モータ（１８）が制御されるモータ制御装置であって、各電流制御周期の開始時点での前記電動モータの回転角推定値である第１の回転角推定値（θｓ）およびその電流制御周期の終了時点での前記電動モータの回転角推定値である第２の回転角推定値（θｅ）を演算する回転角推定値演算手段（６２）と、ある電流制御周期の開始時点に対する第１の回転角推定値と、当該開始時点での二相回転座標系の二相電流推定値である第１の二相電流推定値（Ｉ_ｄｑｓ）とに基づいて、当該電流制御周期の開始時点での三相固定座標系の各相の相電流推定値である第１の三相電流推定値（Ｉ_Ｕｓ，Ｉ_Ｖｓ，Ｉ_Ｗｓ）を演算するとともに、当該電流制御周期の終了時点に対する第２の回転角推定値と、当該終了時点での二相回転座標系の二相電流推定値である第２の二相電流推定値（Ｉ_ｄｑｅ）とに基づいて、当該電流制御周期の終了時点での三相固定座標系の各相の相電流推定値である第２の三相電流推定値（Ｉ_Ｕｅ，Ｉ_Ｖｅ，Ｉ_Ｗｅ）を演算する相電流推定値演算手段（６３）と、前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値とに基づいて、当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する各相のデットタイム補償値の符号を決定する符号決定手段（６４）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この構成では、当該電流制御周期内において相電流の方向が切替わるか否かを予め判別できるとともに、相電流の方向が切替わる場合にはその切替りタイミングを予め認識することができるようになる。これにより、電流制御周期内において相電流の方向が切替わる場合においても、相電流の方向の切替わりタイミングに応じて、デットタイム補償値の符号を適正に切り替えるこができるから、相電流の方向の切替り時のモータ電流歪を抑制できるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記符号決定手段は、三相固定座標系の相毎に前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値との符号が同じであるか異なっているかを判定する手段と、前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値との符号が同じである相に対しては、前記第１の三相電流推定値または前記第２の三相電流推定値の符号に応じて、前記電流制御周期内の全てのＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号を決定する手段と、前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値との符号が異なっている相に対しては、前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値とに基づいて、前記電流制御周期において相電流の方向が切替わるタイミングを推定し、このタイミングよりも時間的に前側のＰＷＭ周期については前記第１の三相電流推定値の符号に応じてデットタイム補償値の符号を決定し、前記タイミングよりも時間的に後側のＰＷＭ周期については前記第２の三相電流推定値の符号に応じてデットタイム補償値の符号を決定する手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置である。

請求項３に記載の発明は、電流制御周期毎に、二相電流指令値を設定する二相電流指令値設定手段（４２）と、電流制御周期毎に、前記電動モータに流れる三相電流に対応した二相電流を二相電流検出値として演算する二相電流検出値演算手段（４９）と、前記二相電流指令値設定手段によって設定される二相電流指令値と前記二相電流検出値演算手段によって演算される二相電流検出値とを用いて、二相電圧指令値を生成する二相電圧指令値生成手段（４３，４４）と、電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する前記電動モータの回転角を個別に推定する二相・三相変換用モータ回転角推定手段（５２）と、ある電流制御周期に対して前記二相電圧指令値生成手段によって生成された二相電圧指令値を、前記二相・三相変換用モータ回転角推定手段によって推定された当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する電動モータの回転角を用いて、二相・三相変換することにより、当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する三相電圧指令値を演算する三相電圧指令値演算手段（４５）と、前記三相電圧指令値演算手段によって演算された各ＰＷＭ周期に対する三相電圧指令値に基づいて、各ＰＷＭ周期に対する各相のＰＷＭカウントを演算するＰＷＭカウント演算手段（４６）と、前記ＰＷＭカウント演算手段によって演算された各ＰＷＭ周期に対する各相のＰＷＭカウントに対して、前記符号決定手段によって決定された符号に応じたデットタイム補償値を加算することにより、前記ＰＷＭカウントを補正するデットタイム補償手段（４７）とを含む、請求項１または２に記載のモータ制御装置である。

請求項５に記載の発明は、ある電流制御周期に対する前記第１の二相電流推定値および前記第２の二相電流推定値は、前記二相電流指令値設定手段によって設定された当該電流制御周期に対する二相電流指令値と、前記二相電流検出値演算手段によって演算された二相電流検出値とを用いて演算される、請求項３に記載のモータ制御装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図３は、電動モータの構成を図解的に示す模式図である。 図４は、ＰＷＭ信号の周期Ｔｃと電流制御周期Ｔａとの関係を示す模式図である。 図５は、検出操舵トルクＴに対するアシスト電流値Ｉａ^＊の設定例を示すグラフである。 図６は、図６はデットタイム補償用符号設定部の構成を示すブロック図である。 図７は、符号決定部の動作を説明するための説明図である。 図８は、符号決定部の動作を説明するためのフローチャートである。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(ＥＰＳ:electric power steering）１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ１８には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ２３が配置されている。減速機構１９は、ウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは一体的に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォーム軸２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

車両には、車速Ｖを検出するための車速センサ２４が設けられている。トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴ、車速センサ２４によって検出される車速Ｖ、回転角センサ２３の出力信号等は、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。ＥＣＵ１２は、これらの入力信号に基づいて、電動モータ１８を制御する。

図２は、ＥＣＵ１２の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ１２は、マイクロコンピュータ３１と、マイクロコンピュータ３１によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２を含んでいる。駆動回路３２と電動モータ１８とを接続するための電力供給線には、２つの電流センサ３３，３４が設けられている。これらの電流センサ３３，３４は、駆動回路３２と電動モータ１８とを接続するための３本の電力供給線のうち、２本の電力供給線に流れる相電流を検出できるように設けられている。

電動モータ１８は、例えば三相ブラシレスモータであり、図３に図解的に示すように、界磁としてのロータ１００と、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線１０１，１０２，１０３を含むステータ１０５とを備えている。
各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３の方向にＵ軸、Ｖ軸およびＷ軸をとった三相固定座標（ＵＶＷ座標系）が定義される。また、ロータ１００の磁極方向にｄ軸（磁極軸）をとり、ロータ１００の回転平面内においてｄ軸と直角な方向にｑ軸（トルク軸）をとった二相回転座標系（ｄｑ座標系。実回転座標系）が定義される。ｄｑ座標系では、ｑ軸電流のみがロータ１００のトルク発生に寄与するので、ｄ軸電流を零とし、ｑ軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ１００の回転角（電気角）θは、Ｕ軸に対するｄ軸の回転角である。ｄｑ座標系は、ロータ回転角θに従う実回転座標系である。このロータ回転角θを用いることによって、ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系との間での座標変換を行うことができる。

図２に戻り、マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、アシスト電流値設定部４１と、電流指令値設定部４２と、電流偏差演算部４３と、ＰＩ（比例積分）制御部４４と、二相・三相変換部４５と、ＰＷＭデューティ演算部（PWM Duty演算部）４６と、デットタイム補償部４７と、ＰＷＭ出力部４８と、三相・二相変換部４９と、回転角演算部５０と、回転速度演算部５１と、二相・三相変換用回転角推定部５２と、デットタイム補償用符号設定部（ＤＴ補償用符号設定部）６０とが含まれる。

図４に示すように、ＰＷＭ信号の周期（以下、「ＰＷＭ周期」という。）Ｔｃは、電流制御周期Ｔａよりも小さい。この実施形態では、ＴｃはＴａの１／８である。言い換えれば、電流制御周期Ｔａ内に８周期分のＰＷＭ周期Ｔｃが含まれる。８周期分のＰＷＭ周期Ｔｃの最初の周期を０番目の周期といい、それ以降の周期を１，２，…６，７番目の周期という場合がある。また、ＰＷＭ周期の周期番号をｉ（ｉ＝０，１，２，…，７）で表す場合がある。

図２に戻り、回転角演算部５０は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータの回転角θ（電気角）を電流制御周期Ｔａ毎に演算する。回転角演算部５０によって演算されるロータ回転角θは、三相・二相変換部４９、回転速度演算部５１、二相・三相変換用回転角推定部５２およびデットタイム補償用符号設定部６０に与えられる。この実施形態では、ロータ回転角θが取得（検出）されるタイミングは、電流制御周期Ｔａの中央時であるものとする。

回転速度演算部５１は、回転角演算部５０によって演算されるロータ回転角θを時間微分することにより、電動モータ１８のロータの回転速度ωを演算する。回転速度演算部５１によって演算された回転速度ωは、二相・三相変換用回転角推定部５２およびデットタイム補償用符号設定部６０に与えられる。
二相・三相変換用回転角推定部５２は、前回の電流制御周期Ｔａで取得されたロータ回転角θを用いて、次式(1)に基づいて、今回の電流制御周期Ｔａに含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃの開始時点でのロータ回転角θｉ（θ０〜θ７）を推定する。

θ０＝θ＋ω・（Ｔａ／２）
θ１＝θ０＋ω・Ｔｃ
θ２＝θ１＋ω・Ｔｃ
…
θ６＝θ５＋ω・Ｔｃ
θ７＝θ６＋ω・Ｔｃ …(1)

二相・三相変換用回転角推定部５２によって推定されたロータ回転角θｉ（θ０〜θ７）は、二相・三相変換部４５に与えられる。
アシスト電流値設定部４１は、トルクセンサ１１によって検出される検出操舵トルクＴと、車速センサ２４によって検出される車速Ｖとに基づいて、アシスト電流値Ｉａ^＊を電流制御周期Ｔａ毎に設定する。検出操舵トルクＴに対するアシスト電流値Ｉａ^＊の設定例は、図５に示されている。検出操舵トルクＴは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシスト電流値Ｉａ^＊は、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ｉａ^＊は、検出操舵トルクＴの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクＴの負の値に対しては負をとる。

検出操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１（たとえば、Ｔ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、アシスト電流値Ｉａ^＊は零とされる。そして、検出操舵トルクＴが−Ｔ１〜Ｔ１の範囲外の値である場合には、アシスト電流値Ｉａ^＊は、検出操舵トルクＴの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。また、アシスト電流値Ｉａ^＊は、車速センサ２４によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定されるようになっている。これにより、低速走行時には操舵補助力が大きくされ、高速走行時には操舵補助力が小さくされる。

電流指令値設定部４２は、アシスト電流値設定部４１によって設定されたアシスト電流値Ｉａ^＊に基づいて、ｄｑ座標系の座標軸に流すべき電流値を電流指令値として設定する。具体的には、電流指令値設定部４２は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊（以下、これらを総称するときには「二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊」という。）を設定する。さらに具体的には、電流指令値設定部４２は、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊をアシスト電流値設定部４１によって設定されたアシスト電流値Ｉａ^＊とする一方で、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊を零とする。電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊は、電流偏差演算部４３に与えられる。

三相・二相変換部４９は、まず、電流センサ３３，３４によって検出される２相分の相電流から、Ｕ相電流Ｉ_Ｕ、Ｖ相電流Ｉ_ＶおよびＷ相電流Ｉ_Ｗ（以下、これらを総称するときは、「三相検出電流Ｉ_ＵＶＷ」という。）を演算する。そして、三相・二相変換部４９は、ＵＶＷ座標系の三相検出電流Ｉ_ＵＶＷを、ｄｑ座標系の二相検出電流Ｉ_ｄおよびＩ_ｑ（以下総称するときには「二相検出電流Ｉ_ｄｑ」という。）に座標変換する。この座標変換には、回転角演算部５０によって演算されるロータ回転角θが用いられる。

電流偏差演算部４３は、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄ ^＊に対するｄ軸検出電流Ｉ_ｄの偏差およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑ ^＊に対するｑ軸検出電流Ｉ_ｑの偏差を演算する。これらの偏差は、ＰＩ制御部４４に与えられる。
ＰＩ制御部４４は、電流偏差演算部４３によって演算された電流偏差に対するＰＩ演算を行なうことにより、電動モータ１８に印加すべき二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊（ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑ ^＊）を生成する。この二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊は、二相・
三相変換部４５に与えられる。

二相・三相変換部４５は、今回の電流制御周期ＴａにおいてＰＩ制御部４４によって演算された二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊に対して、今回の電流制御周期Ｔａにおいて二相・三相変換用回転角推定部５２によって演算された回転角推定値θ０〜θ７をそれぞれ用いて二相・三相変換を行うことにより、今回の電流制御周期Ｔａ内に含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃに対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊を演算する。三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕ ^＊、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖ ^＊およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗ ^＊からなる。これにより、今回の電流制御周期Ｔａ内に含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃに対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊が得られる。

二相・三相変換部４５によって得られた今回の電流制御周期Ｔａ内に含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃに対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊は、ＰＷＭデューティ演算部４６に与えられる。
ＰＷＭデューティ演算部４６は、電流制御周期Ｔａ内に含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃに対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に基づいて、各ＰＷＭ周期Ｔｃに対するＵ相のＰＷＭカウント（ＰＷＭデューティ）、Ｖ相のＰＷＭカウントおよびＷ相のＰＷＭカウントを生成して、デットタイム補償部４７に与える。

デットタイム補償部４７は、各ＰＷＭ周期Ｔｃに対するＵ相のＰＷＭカウント、Ｖ相のＰＷＭカウントおよびＷ相のＰＷＭカウントに対して、デットタイム補償値を加算することにより、これらのＰＷＭカウントを補正する。この実施形態では、説明の便宜上、各ＰＷＭ周期Ｔｃの各相のＰＷＭカウントに対するデットタイム補償値の絶対値は所定値に固定されているものとする。各ＰＷＭ周期Ｔｃに対するＵ相のＰＷＭカウント、Ｖ相のＰＷＭカウントおよびＷ相のＰＷＭカウントに対するデットタイム補償値の符号は、デットタイム補償用符号設定部６０によって設定される。デットタイム補償用符号設定部６０の動作の詳細については、後述する。各ＰＷＭ周期Ｔｃの各相のデットタイム補償後のＰＷＭカウントは、ＰＷＭ出力部４８に与えられる。

ＰＷＭ出力部４８は、ＰＷＭ周期Ｔｃ毎に、デットタイム補償後のＵ相のＰＷＭカウント、デットタイム補償後のＶ相のＰＷＭカウントおよびデットタイム補償後のＷ相のＰＷＭカウントにそれぞれ対応するデューティのＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号を生成し、駆動回路３２に供給する。
駆動回路３２は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がＰＷＭ出力部４８から与えられるＰＷＭ信号によって制御されることにより、ＰＷＭ周期Ｔｃ毎の三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊に相当する電圧が電動モータ１８の各相のステータ巻線１０１，１０２，１０３に印加されることになる。

電流偏差演算部４３およびＰＩ制御部４４は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ１８に流れるモータ電流が、電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊に近づくように制御される。
以下、デットタイム補償用符号設定部６０の動作について、詳しく説明する。

図６はデットタイム補償用符号設定部６０の構成を示すブロック図である。
デットタイム補償用符号設定部６０は、電流推定部６１と、デットタイム補償用回転角推定部（ＤＴ補償用回転角推定部）６２と、デットタイム補償用二相・三相変換部（ＤＴ補償用二相・三相変換部）６３と、符号決定部６４とを含む。
電流推定部６１は、次の電流制御周期の開始時点に対する二相電流の推定値である第１の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｓと、その電流制御周期の終了時点に対する二相電流の推定値である第２の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｅとを求める。この実施形態では、現在の電流制御周期において電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊が、第１の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｓおよび第２の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｅとして設定される。

デットタイム補償用回転角推定部６２は、次の電流制御周期の開始時点での電動モータ１８の回転角推定値である第１の回転角推定値θｓと、その電流制御周期の終了時点での電動モータ１８の回転角推定値である第２の回転角推定値θｅを演算する。
具体的には、デットタイム補償用回転角推定部６２は、今回の電流制御周期Ｔａにて回転角演算部５０によって演算された回転角θと回転速度演算部５１によって演算された回転速度ωとを用い、次式(2)に基づいて、次の電流制御周期Ｔａにおける第１の回転角推定値θｓおよび第２の回転角推定値θｅを推定する。

θｓ＝θ＋ω・（Ｔａ／２）
θｅ＝θｓ＋ω・Ｔａ …(2)
デットタイム補償用二相・三相変換部６３は、次の電流制御周期の開始時点での各相の相電流推定値である第１の三相電流推定値Ｉ_Ｕｓ，Ｉ_Ｖｓ，Ｉ_Ｗｓを演算するとともに、その電流制御周期の終了時点での各相の相電流推定値である第２の三相電流推定値Ｉ_Ｕｅ，Ｉ_Ｖｅ，Ｉ_Ｗｅを演算する。具体的には、デットタイム補償用二相・三相変換部６３は、第１の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｓを、第１の回転角推定値θｓを用いて二相・三相変換することにより、第１の相電流推定値Ｉ_Ｕｓ，Ｉ_Ｖｓ，Ｉ_Ｗｓを演算する。また、デットタイム補償用二相・三相変換部６３は、第２の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｅを、第２の回転角推定値θｅを用いて二相・三相変換することにより、第２の三相電流推定値Ｉ_Ｕｅ，Ｉ_Ｖｅ，Ｉ_Ｗｅを演算する。

符号決定部６４は、第１の三相電流推定値Ｉ_Ｕｓ，Ｉ_Ｖｓ，Ｉ_Ｗｓと第２の三相電流推定値Ｉ_Ｕｅ，Ｉ_Ｖｅ，Ｉ_Ｗｅとに基づいて、次の電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する各相のデットタイム補償値の符号を決定する。
デットタイム補償値の符号の決定方法は、ＵＶＷの各相において同様なので、Ｕ相に対するデットタイム補償値の符号の決定方法について説明する。

電流制御周期内の複数のＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号のパターン（符号パターン）としては、次の４種類のパターンＰ１〜Ｐ４がある。
Ｐ１：電流制御周期内の全てのＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号が正である第１パターン。このパターンＰ１は、電流制御周期内においてＵ相電流推定値の符号が切り替わらず、かつＵ相電流推定値の符号が正の場合に適用されるパターンである。

Ｐ２：電流制御周期内の全てのＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号が負である第２パターン。このパターンＰ２は、電流制御周期内においてＵ相電流推定値の符号が切り替わらず、かつＵ相電流推定値の符号が負の場合に適用されるパターンである。
Ｐ３：電流制御周期の開始時点からＵ相電流の方向（符号）が切替わる符号切替りタイミング（相電流が零を横切るタイミング）までの間にあるＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号が正であり、前記符号切替りタイミングから電流制御周期の終点開始までの間にあるＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号が負である第３パターン。このパターンＰ３は、電流制御周期内においてＵ相電流推定値の符号が正から負に切り替わる場合に適用されるパターンである。

Ｐ４：電流制御周期の開始時点からＵ相電流の方向（符号）が切替わる符号切替りタイミングまでの間にあるＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号が負であり、前記符号切替りタイミングから電流制御周期の終点開始までの間にあるＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号が正である第４パターン。このパターンＰ４は、電流制御周期内においてＵ相電流推定値の符号が負から正に切り替わる場合に適用されるパターンである。

図７に示すように、電流制御周期Ｔａの開始時点でのＵ相電流の推定値である第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓの符号が正であり、当該電流制御周期Ｔａの終了時点でのＵ相電流の推定値である第２のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｅの符号が負である場合、デットタイム補償値の符号のパターンは第３パターンとなる。Ｕ相電流推定値の符号が切り替わる符号切替りタイミングＴｘ（電流制御周期Ｔａの開始時点から符号切替りタイミングまでの時間に相当する）は、次式(3)によって求めることができる。

Ｔｘ＝｛｜Ｉ_Ｕｓ｜÷（｜Ｉ_Ｕｓ｜＋｜Ｉ_Ｕｅ｜）｝×Ｔａ …(3)
この場合、Ｔｘより時間的に前側のＰＷＭ周期に対するデットタイム補償の符号は正となるため、それらのＰＷＭ周期に対するＰＷＭカウント（ＰＷＭデューティ）は増加補正されることになる。一方、Ｔｘより時間的に後側のＰＷＭ周期に対するデットタイム補償の符号は負となるため、それらのＰＷＭ周期に対するＰＷＭカウント（ＰＷＭデューティ）は低減補正されることになる。Ｔｘと時間的に同時のＰＷＭ周期、つまりそのＰＷＭ周期中にＵ相電流推定値の符号が変化しているようなＰＷＭ周期に対しては、増加補正、低減補正および補正なしのうちの何れかを行うことができる。この実施形態では、Ｔｘと時間的に同時のＰＷＭ周期に対しては、低減補正が行われる。

符号決定部６４は、次の電流制御周期内の複数のＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号がいずれの符号パターンであるかを判別し、その判別結果Ｐ１〜Ｐ４および符号切替りタイミングＴｘ（判別結果がＰ３およびＰ４の場合のみ）をデットタイム補償部４７に設定する。デットタイム補償部４７は、符号決定部６４から与えられるデータ（判別結果Ｐ１〜Ｐ４および符号切替りタイミングＴｘ）を複数の電流制御周期分にわたって記憶している。デットタイム補償部４７は、今回の電流制御周期Ｔａにおいて、前回の電流制御周期Ｔａにおいて符号決定部６４から与えられたデータ（判別結果Ｐ１〜Ｐ４および符号切替りタイミングＴｘ）を用いて、今回の電流制御周期Ｔａ内の各ＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値を生成し、そのデットタイム補償値を対応するＰＷＭカウントに加算する。

図８は、符号決定部６４の動作を説明するためのフローチャートである。図８は、Ｕ相に対するデットタイム補償値の符号を決定するためのフローチャートのみを示している。Ｖ相およびＷ相に対するデットタイム補償値の符号を決定するための符号決定部６４の動作は、Ｕ相に対するデットタイム補償値の符号を決定するための動作と同様なので、その説明を省略する。

符号決定部６４は、まず、第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓと第２のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｅの符号が同じであるか否かを判別する（ステップＳ１）。両者の符号が同じである場合には（ステップＳ１：ＹＥＳ）、符号決定部６４は、第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓの符号が正であるか否かを判別する（ステップＳ２）。第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓの符号が正であれば（ステップＳ２：ＹＥＳ）、符号決定部６４は、符号パターンを第１パターンＰ１に決定して、この符号パターンをデットタイム補償部４７に与える（ステップＳ３）。そして、符号決定部６４は、今回の電流制御周期での処理を終了する。

前記ステップＳ２において、第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓの符号が負であると判別された場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、符号決定部６４は、符号パターンを第２パターンＰ２に決定して、この符号パターンをデットタイム補償部４７に与える（ステップＳ４）。そして、符号決定部６４は、今回の電流制御周期での処理を終了する。
前記ステップＳ１において第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓと第２の三相電流推定値Ｉ_Ｕｅの符号が異なると判別された場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、符号決定部６４は、前記式(3)に基づいて、符号切替りタイミングＴｘを演算する（ステップＳ５）。次に、符号決定部６４は、第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓの符号が正であるか否かを判別する（ステップＳ６）。第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓの符号が正であれば（ステップＳ６：ＹＥＳ）、符号決定部６４は、符号パターンを第３パターンＰ３に決定して、この符号パターンと符号切替りタイミングＴｘとをデットタイム補償部４７に与える（ステップＳ７）。そして、符号決定部６４は、今回の電流制御周期での処理を終了する。

前記ステップＳ６において、第１のＵ相電流推定値Ｉ_Ｕｓの符号が負であると判別された場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、符号決定部６４は、符号パターンを第４パターンＰ４に決定して、この符号パターンと符号切替りタイミングＴｘとをデットタイム補償部４７に与える（ステップＳ８）。そして、符号決定部６４は、今回の電流制御周期での処理を終了する。

前記実施形態では、電流制御周期の開始時点での第１の三相電流推定値Ｉ_Ｕｓ，Ｉ_Ｖｓ，Ｉ_Ｗｓと当該電流制御周期の終了時点での第２の三相電流推定値Ｉ_Ｕｅ，Ｉ_Ｖｅ，Ｉ_Ｗｅとに基づいて、相毎に、当該電流制御周期内において電流の符号（方向）が切り替わるか否かが判定される。また、当該電流制御周期内において電流の符号（方向）が切り替わる場合には、その切替りタイミングＴｘが演算される。したがって、当該電流制御周期内において相電流の方向が切替わるか否かを予め判別できるとともに、相電流の方向が切替わる場合にはその切替りタイミングを予め認識することができる。これにより、電流制御周期内において相電流の方向が切替わる場合においても、相電流の方向の切替りタイミングＴｘに応じて、デットタイム補償値の符号を適正に切り替えることができるから、相電流の方向の切替り時のモータ電流歪を抑制できるようになる。

また、前記実施形態では、電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対するロータ回転角θｉを推定し、二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊を各ＰＷＭ周期に対するロータ回転角推定値θｉを用いて二相・三相変換することにより、各ＰＷＭ周期に対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊を演算している。そして、各ＰＷＭ周期に対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷ ^＊を用いて、各相のＰＷＭカウント（ＰＷＭデューティ）を演算しているので、電動モータが高速駆動される場合でも、二相電圧指令値Ｖ_ｄｑ ^＊に応じた電圧を高い精度で電動モータに印加することができるようになる。

前述の実施形態では、電流制御周期Ｔａ内に８個のＰＷＭ周期Ｔｃが含まれているが、電流制御周期Ｔａ内に含まれるＰＷＭ周期Ｔｃの数は２以上であれば任意数であってよい。
前述の実施形態では、電流推定部６１は、現在の電流制御周期において電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊を、第１の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｓおよび第２の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｅとして設定している。しかし、モータ電流が一次遅れ特性で電流制御される場合には、電流推定部６１は、電流指令値設定部４２によって設定される二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊、三相・二相変換部４９によって演算される二相検出電流Ｉ_ｄｑおよび一時遅れ特性の時定数Ｔを用いて、第１の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｓおよび第２の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｅを演算するようにしてもよい。具体的には、電流推定部６１は次式(4),(5)に基づいて、第１の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｓおよび第２の二相電流推定値Ｉ_ｄｑｅを演算するようにしてもよい。

Ｉ_ｄｑｓ＝Ｉ_ｄｑ＋（１−ｅ^{―ｔ１／Ｔ}）（Ｉ_ｄｑ ^＊−Ｉ_ｄｑ） …(4)
Ｉ_ｄｑｅ＝Ｉ_ｄｑ＋（１−ｅ^{―ｔ２／Ｔ}）（Ｉ_ｄｑ ^＊−Ｉ_ｄｑ） …(5)
前記式(4),(5)において、ｔ１は、二相検出電流Ｉ_ｄｑを検出したタイミングから次の電流制御周期の開始時点までの時間である。ｔ２は、二相検出電流Ｉ_ｄｑを検出したタイミングから次の電流制御周期の終了時点までの時間である。この場合には、電流推定部６１には、電流指令値設定部４２によって設定された二相電流指令値Ｉ_ｄｑ ^＊の他、図６に破線で示すように、三相・二相変換部４９によって演算される二相検出電流Ｉ_ｄｑが与えられる。

また、前述の実施形態では、デットタイム補償値の絶対値は固定値としたが、デットタイム補償値の絶対値は固定値でなくてもよい。
前記実施形態では、この発明を電動パワーステアリング装置のモータ制御装置に適用した場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外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。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１２…ＥＣＵ、１８…電動パワーステアリング装置、３２…駆動回路、４２…電流指令値設定部、４４…ＰＩ制御部、４５…二相・三相変換部、４６…ＰＷＭデューティ演算部、４７…デットタイム補償部、５０…回転角演算部、５１…モータ回転速度演算部、５２…二相・三相変換用回転角推定部、６０…デットタイム補償用符号設定部、６１…電流推定部、６２…デットタイム補償用回転角推定部（ＤＴ補償用回転角推定部）、６３…デットタイム補償用二相・三相変換部（ＤＴ補償用二相・三相変換部）、６４…符号決定部

Claims (5)

1. 電流制御周期内に複数のＰＷＭ周期が含まれており、電流制御周期内のＰＷＭ周期毎に演算される各相のＰＷＭカウントに対してデットタイム補償が行われ、デットタイム補償後の各相のＰＷＭ周期毎のＰＷＭカウントに基づいて電動モータが制御されるモータ制御装置であって、
   各電流制御周期の開始時点での前記電動モータの回転角推定値である第１の回転角推定値およびその電流制御周期の終了時点での前記電動モータの回転角推定値である第２の回転角推定値を演算する回転角推定値演算手段と、
   ある電流制御周期の開始時点に対する第１の回転角推定値と、当該開始時点での二相回転座標系の二相電流推定値である第１の二相電流推定値とに基づいて、当該電流制御周期の開始時点での三相固定座標系の各相の相電流推定値である第１の三相電流推定値を演算するとともに、当該電流制御周期の終了時点に対する第２の回転角推定値と、当該終了時点での二相回転座標系の二相電流推定値である第２の二相電流推定値とに基づいて、当該電流制御周期の終了時点での三相固定座標系の各相の相電流推定値である第２の三相電流推定値を演算する相電流推定値演算手段と、
   前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値とに基づいて、当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する各相のデットタイム補償値の符号を決定する符号決定手段とを含む、モータ制御装置。
2. 前記符号決定手段は、
   三相固定座標系の相毎に前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値との符号が同じであるか異なっているかを判定する手段と、
   前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値との符号が同じである相に対しては、前記第１の三相電流推定値または前記第２の三相電流推定値の符号に応じて、前記電流制御周期内の全てのＰＷＭ周期に対するデットタイム補償値の符号を決定する手段と、
   前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値との符号が異なっている相に対しては、前記第１の三相電流推定値と前記第２の三相電流推定値とに基づいて、前記電流制御周期において相電流の方向が切替わるタイミングを推定し、このタイミングよりも時間的に前側のＰＷＭ周期については前記第１の三相電流推定値の符号に応じてデットタイム補償値の符号を決定し、前記タイミングよりも時間的に後側のＰＷＭ周期については前記第２の三相電流推定値の符号に応じてデットタイム補償値の符号を決定する手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 電流制御周期毎に、二相電流指令値を設定する二相電流指令値設定手段と、
   電流制御周期毎に、前記電動モータに流れる三相電流に対応した二相電流を二相電流検出値として演算する二相電流検出値演算手段と、
   前記二相電流指令値設定手段によって設定される二相電流指令値と前記二相電流検出値演算手段によって演算される二相電流検出値とを用いて、二相電圧指令値を生成する二相電圧指令値生成手段と、
   電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する前記電動モータの回転角を個別に推定する二相・三相変換用モータ回転角推定手段と、
   ある電流制御周期に対して前記二相電圧指令値生成手段によって生成された二相電圧指令値を、前記二相・三相変換用モータ回転角推定手段によって推定された当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する電動モータの回転角を用いて、二相・三相変換することにより、当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する三相電圧指令値を演算する三相電圧指令値演算手段と、
   前記三相電圧指令値演算手段によって演算された各ＰＷＭ周期に対する三相電圧指令値に基づいて、各ＰＷＭ周期に対する各相のＰＷＭカウントを演算するＰＷＭカウント演算手段と、
   前記ＰＷＭカウント演算手段によって演算された各ＰＷＭ周期に対する各相のＰＷＭカウントに対して、前記符号決定手段によって決定された符号に応じたデットタイム補償値を加算することにより、前記ＰＷＭカウントを補正するデットタイム補償手段とを含む、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. ある電流制御周期に対する前記第１の二相電流推定値および前記第２の二相電流推定値は、前記二相電流指令値設定手段によって設定された当該電流制御周期に対する二相電流指令値である、請求項３に記載のモータ制御装置。
5. ある電流制御周期に対する前記第１の二相電流推定値および前記第２の二相電流推定値は、前記二相電流指令値設定手段によって設定された当該電流制御周期に対する二相電流指令値と、前記二相電流検出値演算手段によって演算された二相電流検出値とを用いて演算される、請求項３に記載のモータ制御装置。

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