JP6774622B2

JP6774622B2 - モータ制御装置

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Publication number: JP6774622B2
Application number: JP2016187417A
Authority: JP
Inventors: 寛須増
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Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2020-10-28
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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パワー素子が、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。

特開平１−５０７６６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、モータ回転数（回転速度）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。

モータ制御装置として、例えばトルクリップルを補償するために、電動モータの回転角毎に電流指令値を変化させるものが提案されている。しかし、電流制御周期内に複数のＰＷＭ周期が含まれている場合、一般的に用いられているフィードバック制御では、電流指令値は電流制御周期単位で設定されるため、ＰＷＭ周期毎に電流指令値を変化させることは困難である。また、ＰＷＭ周期単位で電流フィードバック制御を実現しようとすると、電流検出処理をＰＷＭ周期毎に実施する必要があるため、演算時間的に困難な場合がある。

この発明の目的は、電流制御周期内に複数のＰＷＭ周期が含まれる場合でも、ＰＷＭ周期毎に電流指令値が変化するような電流制御が可能となるモータ制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、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周期毎に生成されるＰＷＭ信号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、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推定するモータ回転角推定手段（５１）と、電流制御周期内のＰＷＭ周期毎に、二相回転座標系の二相電流指令値（Ｉ_ｄｑｉ ^＊）を設定する二相電流指令値設定手段（４２）と、前記二相電流指令値設定手段によって設定された前記ＰＷＭ周期毎の二相電流指令値と、前記電動モータの回転速度（ω）とに基づいて、モータ電圧方程式にしたがって、前記電動モータに印可される前記ＰＷＭ周期毎の二相電圧指令値（Ｖ_ｄｑｉ ^＊）を演算するオープンループ制御手段（４３）と、ある電流制御周期に対して前記オープンループ制御手段によって生成された二相電圧指令値と、前記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周期に対する前記電動モータの回転角とに基づいて、当該電流制御周期内のＰＷＭ周期毎のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段（４５，４６，４７）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。

この構成によれば、電流制御周期内に複数のＰＷＭ周期が含まれる場合でも、ＰＷＭ周期毎に電流指令値が変化するような電流制御が可能となる。
請求項２に記載の発明は、前記ＰＷＭ制御手段は、ある電流制御周期に対して前記オープンループ制御手段によって生成された二相電圧指令値を、前記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周期に対する前記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周期に対する三相固定座標系の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る三相電圧指令値に基づいて、当該電流制御周期内のＰＷＭ周期毎のＰＷＭ信号を生成する手段（４６，４７）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、前記二相電流指令値設定手段は、前記モータ回転角推定手段によって推定されたある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用いて、当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する二相電流指令値を設定するように構成されている、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４に記載の発明は、電流制御周期毎に基本電流指令値を設定するための基本電流指令値設定手段（４１）をさらに含み、前記二相電流指令値設定手段は、前記基本電流指令値設定手段によって設定されたある電流制御周期に対する基本電流指令値と、前記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周期に対する前記電動モータの回転角とに基づいて、当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する二相電流指令値であって、前記基本電流指令値に応じかつトルクリップルを低減させる二相電流指令値を設定するように構成されている、請求項１または２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６Ａは、電流指令値が一定である場合のトルクの変化を示すタイムチャートであり、図６Ｂは、ロータ回転角に応じてトルクリップルを打ち消すようなトルクを発生させる電流指令値を生成した場合のトルクの変化を示すタイムチャートである。

以下では、この発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の実施形態を、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、オープンループ制御部４３と、オープンループ制御パラメータ補償部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、ＰＷＭ出力部４７と、三相・二相変換部４８と、回転角演算部４９と、回転速度演算部５０と、回転角推定部５１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１／１０である。言い換えれば、電流制御周期Ｔａ内に１０周期分のＰＷＭ周期Ｔｃが含まれる。１０周期分のＰＷＭ周期Ｔｃの最初の周期を１番目の周期といい、それ以降の周期を２，３，…，９，１０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＝１，２，…，９，１０）で表す場合がある。

図２に戻り、回転角演算部４９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４９によって演算されるロータ回転角θは、三相・二相変換部４８、回転速度演算部５０および回転角推定部５１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の中央時点であるものとする。

回転速度演算部５０は、回転角演算部４９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（角速度）ωを演算する。回転速度演算部５０によって演算される回転速度ωは、回転角推定部５１およびオープンループ制御パラメータ補償部４４に与えられる。
回転角推定部５１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、次回の電流制御周期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（ｉ＝１，２，…，９，１０）を推定する。

θ１＝θ＋ω・（３／２）・Ｔａ
θ２＝θ１＋ω・Ｔｃ
θ３＝θ２＋ω・Ｔｃ
…
θ９＝θ８＋ω・Ｔｃ
θ１０＝θ９＋ω・Ｔｃ …(1)
回転角推定部５１によって推定されたロータ回転角θｉ（ｉ＝１〜１０）は、電流指令値設定部４２および二相・三相変換部４５に与えられる。

三相・二相変換部４８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４８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_ｄｑに座標変換する。二相検出電流Ｉ_ｄｑは、ｄ軸検出電流Ｉ_ｄおよびｑ軸検出電流Ｉ_ｑからなる。この座標変換には、回転角演算部４９によって演算されるロータ回転角θが用いられる。

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（基本電流指令値）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、ＰＷＭ周期Ｔｃ毎に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。電流指令値設定部４２は、トルクリップル補償機能を備えており、トルクリップルを補償できるような電流指令値を設定する。電流指令値が一定である場合には、たとえは、図６Ａに示すように正弦波状のトルクリップルが発生する。トルクリップルは、ロータ回転角θに依存して周期的に変化する。そこで、図６Ｂに示すように、ロータ回転角θに応じてトルクリップルを打ち消すようなトルクを発生させる電流指令値を生成することにより、トルクリップルを補償することができる。

電流指令値設定部４２は、アシスト電流値Ｉａ^＊と、今回の電流制御周期Ｔａにおいて回転角推定部５１によって推定された次回の電流制御周期Ｔａ内の各ＰＷＭ周期Ｔｃに対応するロータ回転角θｉ（θ１〜θ１０）とに基づいて、次回の電流制御周期Ｔａ内の各ＰＷＭ周期Ｔｃにおいて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、ロータ回転角θｉ（ｉ＝１〜１０）毎にｄ軸電流指令値Ｉ_ｄｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）を設定する。以下、これらを総称するときには、二相電流指令値Ｉ_ｄｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）という。

さらに、具体的には、電流指令値設定部４２は、まず、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^＊を基本ｑ軸電流指令値として設定するとともに、零を基本ｄ軸電流指令値として設定する。そして、電流指令値設定部４２は、基本ｑ軸電流指令値（＝Ｉａ^＊）に、トルクリップルを生じさせないようなｑ軸電流補償値を加算した値を、ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑｉ ^＊として設定する。あるＰＷＭ周期Ｔｃに対応するｑ軸電流補償値は、そのＰＷＭ周期Ｔｃに対応したロータ回転角θｉとアシスト電流値（基本電流指令値）Ｉａ^＊とに応じた値となる。あるＰＷＭ周期Ｔｃに対応するｑ軸電流補償値は、例えば、アシスト電流値Ｉａ^＊毎に予め作成され、ロータ回転角毎にｑ軸電流補償値を予め記憶したマップから求めることができる。また、電流指令値設定部４２は、基本ｄ軸電流指令値（＝０）に、トルクリップルを生じさせないようなｄ軸電流補償値を加算した値を、ｄ軸電流指令値Ｉ_ｄｉ ^＊として設定する。あるＰＷＭ周期Ｔｃに対応するｄ軸電流補償値は、そのＰＷＭ周期Ｔｃに対応したロータ回転角θｉとアシスト電流値（基本電流指令値）Ｉａ^＊とに応じた値となる。あるＰＷＭ周期Ｔｃに対応するｄ軸電流補償値は、例えば、アシスト電流値Ｉａ^＊毎に予め作成され、ロータ回転角毎にｄ軸電流補償値を予め記憶したマップから求めることができる。

なお、ｑ軸電流補償値およびｄ軸電流補償値は、例えば、特開２００４−３２８８１４号公報に開示されているトルクリップル補償部と同様な方法によって演算されてもよい。
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_ｄｑｉ ^＊は、オープンループ制御部４３に与えられる。
オープンループ制御部４３は、電流指令値設定部４２によって設定されたロータ回転角θｉ（ｉ＝１〜１０）毎のｄ軸電流指令値Ｉ_ｄｉ ^＊およびｑ軸電流指令値Ｉ_ｑｉ ^＊と、回転速度演算部５０によって演算されるロータの回転速度（角速度）ωとに基づいて、電動モータ１８に印加すべきロータ回転角θｉ毎の二相電圧指令値Ｖ_ｄｑｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）を演算する。二相電圧指令値Ｖ_ｄｑｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）は、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）からなる。

具体的には、オープンループ制御部４３は、次式(2)，(3) に示すモータ電圧方程式に基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｉ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｉ ^＊を演算する。
Ｖ_ｄｉ ^＊＝（Ｒ＋ＰＬ_ｄ）×Ｉ_ｄｉ ^＊−ω・Ｌ_ｑ・Ｉ_ｑｉ ^＊ …(2)
Ｖ_ｑｉ ^＊＝（Ｒ＋ＰＬ_ｑ）×Ｉ_ｑｉ ^＊＋ω・Ｌ_ｄ・Ｉ_ｄｉ ^＊＋ω・Φ …(3)
Ｖ_ｄｉ ^＊：ｄ軸電圧指令値
Ｖ_ｑｉ ^＊：ｑ軸電圧指令値
Ｉ_ｄｉ ^＊：ｄ軸電流指令値
Ｉ_ｑｉ ^＊：ｑ軸電流指令値
ω：ロータの回転速度
Ｒ：電機子巻線抵抗
Ｌ_ｄ：ｄ軸の自己インダクタンス
Ｌ_ｑ：ｑ軸の自己インダクタンス
Φ：電機子鎖交磁束（Ｕ、Ｖ、Ｗ相電機子巻線鎖交磁束数の最大値の√（３／２）倍）
Ｐ：微分演算子（＝ｄ／ｄｔ）
ここで、ｄ軸の自己インダクタンスＬ_ｄおよびｑ軸の自己インダクタンスＬ_ｑは、予め設定されている。また、電機子巻線抵抗Ｒや電機子鎖交磁束Φの初期値は、予め設定されている。電機子巻線抵抗Ｒや電機子鎖交磁束Φは、温度変動によって値が変化する。そこで、この実施形態では、オープンループ制御パラメータ補償部４４を設けて、電機子巻線抵抗Ｒおよび電機子鎖交磁束Φを補償するようにしている。オープンループ制御部４３は、オープンループ制御パラメータ補償部４４による補償後の電機子巻線抵抗Ｒおよび電機子鎖交磁束Φを用いて、ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｉ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｉ ^＊を演算する。

オープンループ制御パラメータ補償部４４は、三相・二相変換部４８によって得られるｄ軸検出電流Ｉ_ｄおよびｑ軸検出電流Ｉ_ｑと、回転速度演算部５０によって演算されるロータの回転速度ωと、オープンループ制御部４３によって演算された最新のｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｉ ^＊を用いて、電機子巻線抵抗Ｒおよび電機子鎖交磁束Φを演算する。
具体的には、オープンループ制御パラメータ補償部４４は、ｑ軸検出電流Ｉ_ｑが零でないとき（Ｉ_ｑ≠０のとき）に、次式(4)に基づいて、電機子巻線抵抗Ｒを演算する。そして、電機子巻線抵抗Ｒの値を更新する。

Ｒ＝（Ｖ_ｑｉ ^＊−ＰＬ_ｑ・Ｉ_ｑ−ω・Ｌ_ｄ・Ｉ_ｄ−ω・Φ）／Ｉ_ｑ …(4)
Ｖ_ｑｉ ^＊：最新に演算されたｑ軸電圧指令値
Ｐ：微分演算子
Ｌ_ｄ：ｄ軸の自己インダクタンス
Ｌ_ｑ：ｑ軸の自己インダクタンス
Ｉ_ｄ：ｄ軸検出電流
Ｉ_ｑ：ｑ軸検出電流
ω：ロータの回転速度
Φ：電機子鎖交磁束
なお、オープンループ制御パラメータ補償部４４は、前記式(4)に代えて、次式（5)または(6)を用いて、電機子巻線抵抗Ｒを演算してもよい。

Ｒ＝（Ｖ_ｑｉ ^＊−ω・Ｌ_ｄ・Ｉ_ｄ−ω・Φ）／Ｉ_ｑ …(5)
Ｒ＝（Ｖ_ｑｉ ^＊−ω・Φ）／Ｉ_ｑ …(6)
オープンループ制御パラメータ補償部４４は、ロータの回転速度ωが零でないとき（ω≠０のとき）に、次式(7)に基づいて、電機子鎖交磁束Φを演算する。そして、電機子鎖交磁束Φの値を更新する。

Φ＝（Ｖ_ｑｉ ^＊−（Ｒ＋ＰＬ_ｑ）Ｉ_ｑ−ω・Ｌ_ｄ・Ｉ_ｄ）／ω …(7)
Ｖ_ｑｉ ^＊：最新に演算されたｑ軸電圧指令値
Ｒ：電機子巻線抵抗
Ｐ：微分演算子
Ｌ_ｄ：ｄ軸の自己インダクタンス
Ｌ_ｑ：ｑ軸の自己インダクタンス
Ｉ_ｄ：ｄ軸検出電流
Ｉ_ｑ：ｑ軸検出電流
ω：ロータの回転速度
なお、オープンループ制御パラメータ補償部４４は、前記式(7)に代えて次式（8)または(9)を用いて、電機子鎖交磁束Φを演算してもよい。

Φ＝（Ｖ_ｑｉ ^＊−Ｒ・Ｉ_ｑ−ω・Ｌ_ｄ・Ｉ_ｄ）／ω …(8)
Φ＝（Ｖ_ｑｉ ^＊−Ｒ・Ｉ_ｑ）／ω …(9)
オープンループ制御部４３によってロータ回転角θｉ毎に演算された二相電圧指令値Ｖ_ｄｑｉ ^＊（ｄ軸電圧指令値Ｖ_ｄｉ ^＊およびｑ軸電圧指令値Ｖ_ｑｉ ^＊）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においてオープンループ制御部４３によって演算された二相電圧指令値Ｖ_ｄｑｉ ^＊に対して、今回の電流制御周期Ｔａにおいて回転角推定部５１によって演算された次回の電流制御周期Ｔａに対する回転角推定値θ１〜θ１０をそれぞれ用いて二相・三相変換を行うことにより、次回の電流制御周期Ｔａ内に含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃに対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）を演算する。三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）は、Ｕ相電圧指令値Ｖ_Ｕｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）、Ｖ相電圧指令値Ｖ_Ｖｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）およびＷ相電圧指令値Ｖ_Ｗｉ ^＊（ｉ＝１〜１０）からなる。これにより、次回の電流制御周期Ｔａ内に含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃに対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷｉ ^＊が得られる。

二相・三相変換部４５によって得られた次回の電流制御周期Ｔａ内に含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃに対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷｉ ^＊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、二相・三相変換部４５によって得られた次回の電流制御周期Ｔａ内に含まれる各ＰＷＭ周期Ｔｃに対する三相電圧指令値Ｖ_ＵＶＷｉ ^＊に基づいて、次回の電流制御周期Ｔａ内の各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、ＰＷＭ出力部４７に与える。

ＰＷＭ出力部４７は、ＰＷＭデューティ演算部４６から与えられる電流制御周期Ｔａ内の各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カウントを、複数の電流制御周期分にわたって記憶している。ＰＷＭ出力部４７は、前回の電流制御周期ＴａにおいてＰＷＭデューティ演算部４６から与えられた今回の電流制御周期Ｔａ内の各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カウントに基づいて、今回の電流制御周期Ｔａ内の各ＰＷＭ周期Ｔｃに対するＵ相ＰＷＭ信号、Ｖ相ＰＷＭ信号およびＷ相ＰＷＭ信号を生成して、駆動回路３２に供給する。具体的には、ＰＷＭ出力部４７は、今回の電流制御周期Ｔａ内のＰＷＭ周期Ｔｃ毎に、当該電流制御周期Ｔａ内の各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信号を生成して、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４７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_ＵＶＷｉ ^＊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。

このようにして、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_ｄｑｉ ^＊に基づいて、電動モータ１８がオープンループ制御される。これにより、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_ｄｑｉ ^＊に応じて電動モータ１８に流れる電流が制御されるとともに、トルクリップルの発生が抑制される。
この実施形態では、電流制御周期Ｔａ内に含まれる複数のＰＷＭ周期Ｔｃ毎に二相電流指令値Ｉ_ｄｑｉ ^＊を設定し、オープンループ制御によってＰＷＭ周期Ｔｃ毎の二相電流指令値Ｉ_ｄｑｉ ^＊に対する二相電圧指令値Ｖ_ｄｑｉ ^＊を演算しているので、電流制御周期Ｔａ内に複数のＰＷＭ周期Ｔｃが含まれる場合でも、ＰＷＭ周期Ｔｃ毎に二相電流指令値Ｉ_ｄｑｉ ^＊が変化するような電流制御が可能となる。これにより、電流制御周期Ｔａ内に複数のＰＷＭ周期Ｔｃが含まれる場合でも、トルクリップル補償のように、ロータ回転角に応じてＰＷＭ周期単位で二相電流指令値Ｉ_ｄｑｉ ^＊を変化させるようなモータ制御を行えるようになる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、オープンループ制御パラメータである電機子巻線抵抗Ｒおよび電機子鎖交磁束Φは、オープンループ制御パラメータ補償部４４によって補償されているが、このような補償は行われなくてもよい。
前述のような電機子巻線抵抗Ｒおよび電機子鎖交磁束Φの補償が行われる場合において、電機子巻線抵抗Ｒおよび電機子鎖交磁束Φの精度が低い起動時には、フィードバック制御によって電動モータ１８を制御するようにしてもよい。この場合、フィードバック制御を行っているときには、ロータ回転角によって二相電流指令値Ｉ_ｄｑｉ ^＊を変化させる制御は行われないようにする。

前述の実施形態では、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…電動モータ、３２…駆動回路、４１…アシスト電流値設定部、４２…電流指令値設定部、４３…オープンループ制御部、４４…オープンループ制御パラメータ補償部、４５…二相・三相変換部、４６…ＰＷＭデューティ演算部、４７…ＰＷＭ出力部、４８…三相・二相変換部、４９…回転角演算部、５０…モータ回転速度演算部、５１…回転角推定部

Claims

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周期毎に生成されるＰＷＭ信号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、
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推定するモータ回転角推定手段と、
電流制御周期内のＰＷＭ周期毎に、二相回転座標系の二相電流指令値を設定する二相電流指令値設定手段と、
前記二相電流指令値設定手段によって設定された前記ＰＷＭ周期毎の二相電流指令値と、前記電動モータの回転速度とに基づいて、モータ電圧方程式にしたがって、前記電動モータに印可される前記ＰＷＭ周期毎の二相電圧指令値を演算するオープンループ制御手段と、
ある電流制御周期に対して前記オープンループ制御手段によって生成された二相電圧指令値と、前記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周期に対する前記電動モータの回転角とに基づいて、当該電流制御周期内のＰＷＭ周期毎のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御手段とを含む、モータ制御装置。
前記ＰＷＭ制御手段は、
ある電流制御周期に対して前記オープンループ制御手段によって生成された二相電圧指令値を、前記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周期に対する前記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周期に対する三相固定座標系の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る三相電圧指令値に基づいて、当該電流制御周期内のＰＷＭ周期毎のＰＷＭ信号を生成する手段とを含む、請求項１に記載のモータ制御装置。
前記二相電流指令値設定手段は、前記モータ回転角推定手段によって推定されたある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用いて、当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する二相電流指令値を設定するように構成されている、請求項１または２に記載のモータ制御装置。
電流制御周期毎に基本電流指令値を設定するための基本電流指令値設定手段をさらに含み、
前記二相電流指令値設定手段は、前記基本電流指令値設定手段によって設定されたある電流制御周期に対する基本電流指令値と、前記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周期に対する前記電動モータの回転角とに基づいて、当該電流制御周期内の各ＰＷＭ周期に対する二相電流指令値であって、前記基本電流指令値に応じかつトルクリップルを低減させる二相電流指令値を設定するように構成されている、請求項１または２に記載のモータ制御装置。