JP7205117B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、突極性を有するブラシレスモータを制御するモータ制御装置に関する。

ブラシレスモータのロータ位置を推定するときには、例えば特許文献１に記載されるように、ベクトル制御の回転座標における推定ｄ軸上に電圧ベクトルが発生するようにブラシレスモータに給電が行われる。推定ｄ軸とは、回転座標の制御軸のうち、ｄ軸として推定されている軸のことであり、回転座標の制御軸のうちの推定ｄ軸と直交する軸のことを推定ｑ軸という。このような給電が行われているときに推定ｑ軸の方向に流れる電流成分であるｑ軸電流成分を基に、ロータ位置が推定される。

推定ｄ軸上に電圧ベクトルが発生するようにブラシレスモータに給電が行われている状況下で推定ｄ軸の方向を連続的に変化させると、図３に示すようにｑ軸電流成分を示す値である推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが変化する。そのため、推定ｄ軸の方向を実ｄ軸の方向に近づける場合、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが正の値であるときには、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈのｑ軸電流成分の向きが正向きであると判断できるため、図３における第１の方向Ｃ１に制御軸（すなわち、推定ｄ軸及び推定ｑ軸）の向きが修正される。一方、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが負の値であるときには、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈのｑ軸電流成分の向きが負向きであると判断できるため、図３において第１の方向Ｃ１の反対方向である第２の方向Ｃ２に推定ｄ軸の向きが修正される。

特開２０１４－５０１２１号公報

推定ｄ軸上に電圧ベクトルが発生するようにブラシレスモータに給電が行われている場合、図４に示すように、取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈには高周波のノイズ成分が重畳されることがある。この場合、位相差Δθが「＋９０°」となる近傍、及び、位相差Δθが「－９０°」となる近傍であるときに制御軸の向きを変化させると、ノイズ成分が重畳されているｑ軸電流成分の向きが、正向きになったり負向きになったりする。その結果、ｑ軸電流成分の向きに応じた方向に制御軸の方向を修正する場合、制御軸の方向の修正方向が頻繁に切り替わってしまい、「＋９０°」の近傍、又は、「－９０°」の近傍から位相差Δθを離間させることができないおそれがある。

上記課題を解決するためのモータ制御装置は、ブラシレスモータをベクトル制御するに際し、ベクトル制御の回転座標のｄ軸として推定される軸である推定ｄ軸の方向を、回転座標の実際のｄ軸である実ｄ軸の方向に近づける制御軸設定制御を実施する装置である。このモータ制御装置は、回転座標のｑ軸として推定される軸を推定ｑ軸とした場合、制御軸設定制御によって推定ｄ軸の方向に電圧ベクトルが発生するようにブラシレスモータに給電しているときに回転座標で発生する電流ベクトルのうち、推定ｑ軸の方向の電流成分であるｑ軸電流成分を取得する取得部と、制御軸設定制御の実施中に推定ｄ軸の方向を実ｄ軸の方向に近づけるべく、取得部によって取得されるｑ軸電流成分に応じて推定ｄ軸の方向を修正する修正部と、制御軸設定制御の実施中に、当該制御軸設定制御を開始してから初めて、修正部による推定ｄ軸の向きの修正によって取得部によって取得されるｑ軸電流成分の大きさが閾値未満になったと判定したときに、又は、制御軸設定制御の開始時に取得部によって取得されたｑ軸電流成分の大きさが閾値未満であると判定したときに、推定ｄ軸の方向を規定角変更する制御軸変更部と、を備える。

上記構成によれば、制御軸設定制御の実施中に位相差が「＋９０°」近傍の値、又は、位相差が「－９０°」近傍の値になったときに、推定ｄ軸の方向を規定角変更させることができる。このように推定ｄ軸の方向を変更した上で修正部による推定ｄ軸の方向の修正が行われる。すなわち、位相差を「＋９０°」から離間させた上で当該修正を継続させたり、位相差を「－９０°」から離間させた上で当該修正を継続させたりすることができる。そのため、位相差が「＋９０°」の近傍の値、又は、位相差が「－９０°」の近傍の値である状態で、制御軸の方向の修正が完了してしまいにくくなる。すなわち、制御軸設定制御の実施中に取得されるｑ軸電流成分にノイズ成分が重畳している場合であっても、制御軸設定制御の実施によって、位相差を「０°」近傍の値、又は、位相差を「１８０°」近傍の値としやすくなる。

なお、取得部によって取得されるｑ軸電流成分にはノイズ成分が含まれることが想定される。
そのため、閾値を、想定されるノイズ成分の大きさ以上の値に設定することが好ましい。この構成によれば、制御軸設定制御の実施中において、位相差が「＋９０°」近傍の値、又は、位相差が「－９０°」近傍の値になったときには、取得されるｑ軸電流成分の大きさが閾値未満となりやすくなる。そのため、推定ｄ軸の方向を規定角変更させることにより、位相差を「＋９０°」から離間させたり、位相差を「－９０°」から離間させたりし、その上で修正部による推定ｄ軸の方向の修正が行われる。そのため、位相差が「＋９０°」の近傍の値である状態で、又は、位相差が「－９０°」の近傍の値である状態で、当該修正を完了させにくくすることができる。

また、規定角を、想定されるノイズ成分の大きさに基づいて設定することが好ましい。
例えば、取得部によって取得される、ノイズ成分を含むｑ軸電流成分の大きさが閾値未満となり得る位相差の領域を所定領域とした場合、所定領域は、想定されるノイズ成分の大きさが大きいほど広くなりやすい。そして、上記構成によれば、所定領域が広いほど規定角を大きくすることができる。その結果、制御軸変更部が実行する処理によって、位相差を所定領域の外の値とすることが可能となる。そして、当該処理の実行後では、修正部による推定ｄ軸の方向の修正を実行させることによって、「０°」又は「１８０°」に位相差を接近させることができる。

上記モータ制御装置において、制御軸変更部は、ｑ軸電流成分の大きさが閾値未満であると判定したときの制御軸設定制御を開始してからの経過時間が規定時間未満であることを条件に、推定ｄ軸の方向を規定角変更することが好ましい。この場合、規定時間は、例えば、制御軸設定制御の開始から終了までの時間よりも短いようにしてもよい。

ｑ軸電流成分の大きさが閾値未満であると判定したときの制御軸設定制御を開始してからの経過時間がある程度長い状態で推定ｄ軸の方向を規定角変更した場合、制御軸設定制御の終了までに残された時間が短いことがある。その結果、推定ｄ軸の方向を規定角変更した後に修正部によって推定ｄ軸の方向を修正しても、位相差を「０°」近傍の値又は「１８０°」近傍の値に収束できないおそれがある。この点、上記構成によれば、ｑ軸電流成分の大きさが閾値未満であると判定したときの制御軸設定制御を開始してからの経過時間が規定時間未満であることを条件に、推定ｄ軸の方向を規定角変更する処理が実行される。この場合、推定ｄ軸の方向を規定角変更する処理を実行した後でも、制御軸設定制御の終了までに残された時間が短くない。そのため、修正部による推定ｄ軸の方向の修正によって、位相差を「０°」近傍の値又は「１８０°」近傍の値に収束させることができる。

実施形態のモータ制御装置と、同モータ制御装置によって制御されるブラシレスモータとを示す概略構成図。 実ｄ軸と推定ｄ軸とがずれている状況下で推定ｄ軸に電圧ベクトルを発生させた際に、同電圧ベクトルと電流ベクトルとがずれている様子を示すグラフ。 ベクトル制御の回転座標における制御軸を連続的に変化させた際における推定ｑ軸高周波電流の推移を示すグラフ。 ノイズ成分が重畳した推定ｑ軸高周波電流の推移を示すグラフ。 実ｄ軸の方向に推定ｄ軸の方向を接近させる際に実行される処理ルーチンを説明するフローチャート。 同処理ルーチンの実行に伴う位相差の推移を示すタイミングチャート。 同処理ルーチンの実行に伴う位相差の推移を示す作用図。 推定ロータ速度を算出するための演算回路を示すブロック図。 変更例において、実ｄ軸の方向に推定ｄ軸の方向を接近させる際に実行される処理ルーチンの一部を説明するフローチャート。

以下、モータ制御装置の一実施形態を図１～図７に従って説明する。
図１には、本実施形態のモータ制御装置１０と、モータ制御装置１０によって制御されるブラシレスモータ１００とが図示されている。ブラシレスモータ１００は、車載のブレーキ装置におけるブレーキ液の吐出用の動力源として用いられる。ブラシレスモータ１００は、永久磁石埋込型同期モータである。ブラシレスモータ１００は、複数の相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）のコイル１０１，１０２，１０３と、突極性を有するロータ１０５とを備えている。ロータ１０５としては、例えば、Ｎ極とＳ極とが一極ずつ着磁されている２極ロータを挙げることができる。

モータ制御装置１０は、ベクトル制御によってブラシレスモータ１００を駆動させる。このようなモータ制御装置１０は、指令電流算出部１１、指令電圧算出部１２、２相／３相変換部１３、インバータ１４、３相／２相変換部１５及びロータ位置推定部１６を有している。

指令電流算出部１１は、ブラシレスモータ１００に対する要求トルクＴＲ＊に基づき、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊及びｑ軸指令電流Ｉｑ＊を算出する。ｄ軸指令電流Ｉｄ＊は、ベクトル制御の回転座標におけるｄ軸の方向の電流成分の指令値である。ｑ軸指令電流Ｉｑ＊は、回転座標におけるｑ軸の方向の電流成分の指令値である。ｄ軸及びｑ軸は、回転座標上で互いに直交している。

指令電圧算出部１２は、ｄ軸指令電流Ｉｄ＊と、ｄ軸電流Ｉｄとに基づいたフィードバック制御によって、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出する。ｄ軸電流Ｉｄとは、ブラシレスモータ１００の各コイル１０１～１０３への給電によって回転座標上で発生した電流ベクトルのうちの推定ｄ軸の方向の電流成分を示す値である。また、指令電圧算出部１２は、ｑ軸指令電流Ｉｑ＊と、ｑ軸電流Ｉｑとに基づいたフィードバック制御によって、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出する。ｑ軸電流Ｉｑとは、各コイル１０１～１０３への給電によって回転座標上で発生した電流ベクトルのうちの推定ｑ軸の方向の電流成分を示す値である。

なお、推定ｄ軸とは、回転座標のｄ軸と推定される軸のことである。回転座標の実際のｄ軸のことを実ｄ軸という。また、回転座標の実際のｑ軸のことを実ｑ軸といい、回転座標のｑ軸と推定される軸のことを推定ｑ軸という。

２相／３相変換部１３は、ロータ１０５の位置（すなわち、回転角）であるロータ回転角θを基に、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊及びｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を、Ｕ相指令電圧ＶＵ＊と、Ｖ相指令電圧ＶＶ＊と、Ｗ相指令電圧ＶＷ＊とに変換する。Ｕ相指令電圧ＶＵ＊は、Ｕ相のコイル１０１に印加する電圧の指令値である。Ｖ相指令電圧ＶＶ＊は、Ｖ相のコイル１０２に印加する電圧の指令値である。Ｗ相指令電圧ＶＷ＊は、Ｗ相のコイル１０３に印加する電圧の指令値である。

インバータ１４は、複数のスイッチング素子を有している。インバータ１４は、２相／３相変換部１３から入力されたＵ相指令電圧ＶＵ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＵ相信号を生成する。また、インバータ１４は、入力されたＶ相指令電圧ＶＶ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＶ相信号を生成する。また、インバータ１４は、入力されたＷ相指令電圧ＶＷ＊と、スイッチング素子のオン／オフ動作によってＷ相信号を生成する。すると、Ｕ相信号がブラシレスモータ１００のＵ相のコイル１０１に入力され、Ｖ相信号がＶ相のコイル１０２に入力され、Ｗ相信号がＷ相のコイル１０３に入力される。

３相／２相変換部１５には、ブラシレスモータ１００のＵ相のコイル１０１に流れた電流であるＵ相電流ＩＵが入力され、Ｖ相のコイル１０２に流れた電流であるＶ相電流ＩＶが入力され、Ｗ相のコイル１０３に流れた電流であるＷ相電流ＩＷが入力される。そして、３相／２相変換部１５は、ロータ回転角θを基に、Ｕ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶ及びＷ相電流ＩＷを、ｄ軸の方向の電流成分であるｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸の方向の電流成分であるｑ軸電流Ｉｑに変換する。

ロータ位置推定部１６は、ロータ回転角θを推定する。こうしたロータ位置推定部１６は、推定ｄ軸の方向を実ｄ軸の方向に近づける制御軸設定制御の実施を通じ、実ｄ軸の向きと推定ｄ軸の向きとの位相差Δθをほぼ「０°」又はほぼ「１８０°」とする。ここでいう位相差Δθとは、推定ｄ軸の向きから実ｄ軸の向きを引いた値である。こうしたロータ位置推定部１６は、制御軸設定制御を実施するための機能部として、交流電圧発生部１６１、取得部１６２、修正部１６３及び制御軸変更部１６４を有している。

交流電圧発生部１６１は、実ｄ軸の方向に推定ｄ軸の方向を接近させる際に、高周波で電圧を振動させる外乱電圧信号Ｖｄｈ＊を生成して第１の加算器１７に出力する外乱出力処理を実行する。外乱出力処理が交流電圧発生部１６１によって実行されている場合、指令電圧算出部１２によって算出されたｄ軸指令電圧Ｖｄ＊に外乱電圧信号Ｖｄｈ＊が加算され、加算後のｄ軸指令電圧Ｖｄ＊が２相／３相変換部１３に入力される。

取得部１６２は、制御軸設定制御を実施しているときに回転座標上で発生する電流ベクトルのうち、推定ｑ軸の方向の電流成分であるｑ軸電流成分を取得する。本実施形態では、取得部１６２は、当該ｑ軸電流成分を数値化した推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈを取得する。すなわち、取得部１６２は、３相／２相変換部１５から入力されたｑ軸電流Ｉｑをバンドパスフィルタに通すことにより、ｑ軸電流Ｉｑの高周波成分である推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈを取得する。

修正部１６３は、推定ｄ軸の方向を実ｄ軸の方向に近づけるべく、取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈに応じて推定ｄ軸の方向を修正する修正処理を実施する。

なお、ブラシレスモータ１００のロータ１０５が突極性を有しているため、ｑ軸の方向のインダクタンスがｄ軸の方向のインダクタンスよりも大きいことがある。この場合、推定ｄ軸の方向と実ｄ軸の方向とが異なっていると、推定ｄ軸の方向に電圧ベクトルを発生させたときに電圧ベクトルに対して実ｄ軸側に偏角した電流ベクトルが発生する。

詳しくは、図２に示すように、推定ｄ軸が実ｄ軸に対して偏角する場合、推定ｄ軸の方向に電圧ベクトルが発生するようにブラシレスモータ１００に給電が行われると、回転座標上では、推定ｄ軸に対して実ｄ軸側に偏角して電流ベクトルが発生する。このため、推定ｄ軸が実ｄ軸に対して偏角している場合、推定ｑ軸の方向の電流成分である推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが生じる。推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈは、推定ｑ軸の方向に発生する電流ベクトルである。すなわち、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が、推定ｑ軸の方向の電流成分の大きさに相当する。また、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの正負が、推定ｑ軸の方向の電流成分の向き、すなわち正向き又は負向きを表している。

一方、推定ｄ軸の方向が実ｄ軸の方向と一致する場合、推定ｄ軸の方向に電圧ベクトルが発生するようにブラシレスモータ１００に給電が行われると、回転座標上で発生する電流ベクトルが推定ｄ軸に対して偏角しない。よって、推定ｄ軸が実ｄ軸に対して傾いていない場合、推定ｑ軸の方向に電流が流れない。すなわち、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの大きさが「０」となる。

図３には、推定ｄ軸上に電圧ベクトルを発生させつつ、推定ｄ軸と実ｄ軸との位相差Δθを連続的に変化させた場合における推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推移が図示されている。図３に示すように、位相差Δθの変化に応じて、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの正負、すなわち推定ｑ軸の方向の電流成分の向きが変化したり、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値、すなわち推定ｑ軸の方向の電流成分の大きさが変化したりする。

図３を参照し、修正処理の一例について説明する。外乱出力処理が実行されると、推定ｄ軸上には、外乱電圧信号Ｖｄｈ＊に基づいた電圧ベクトルが発生する。すると、回転座標には、電流ベクトルが発生する。この電流ベクトルのうちの推定ｑ軸の方向の電流成分が、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈである。

図３に示すように、修正部１６３は、修正処理では、取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが正の値である場合、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｑ軸の方向の電流成分の向きが正向きであるため、推定ｄ軸を進角させる方向である図中の第１の方向Ｃ１に推定ｄ軸の方向を修正する。一方、修正部１６３は、修正処理では、取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが負の値である場合、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｑ軸の方向の電流成分の向きが負向きであるため、推定ｄ軸を遅角させる方向である図中の第２の方向Ｃ２に推定ｄ軸の方向を修正する。すなわち、修正部１６３は、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの推定ｑ軸の方向の電流成分の向きに応じた方向に推定ｄ軸の向きを修正する。そして、取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が所定の閾値以下になるなどして終了条件が成立すると、修正部１６３は、修正処理を終了し、外乱出力処理の停止を交流電圧発生部１６１に指示する。

図１に戻り、制御軸変更部１６４は、規定の実行条件が成立しているとの判定をなすときに、推定ｄ軸の向きを規定角θＡ変更する変更処理を実行する。制御軸変更部１６４は、以下に示す２つ条件のうち、何れか一方が成立しているときに、規定の実行条件が成立しているとの判定をなす。
（条件１）制御軸修正制御を開始してから初めて、修正部１６３による修正処理の実行に伴う推定ｄ軸の向きの修正によって取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの大きさが閾値ＩｑｈＴｈ未満になったと判定されること。
（条件２）制御軸設定制御の開始時に取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの大きさが閾値ＩｑｈＴｈ未満であると判定されること。

図４に示すように、取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈには、高周波のノイズ成分Ｉｑｎが重畳されることがある。このように推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈにノイズ成分Ｉｑｎが重畳される場合、推定ｄ軸の方向を連続的に変化させると、位相差Δθが「＋９０°」の近傍の領域、及び、位相差Δθが「－９０°」の近傍の領域で推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが「０」を挟んで振動することとなる。このように位相差Δθが「＋９０°」の近傍で推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが「０」を挟んで振動する位相差Δθの領域、及び、位相差Δθが「－９０°」の近傍で推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈが「０」を挟んで振動する位相差Δθの領域のことを、図６に示す「所定領域ＲＡ」という。

推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈに重畳されるノイズ成分Ｉｑｎの大きさ、及び、所定領域ＲＡの広さは、実験やシミュレーションなどによって予め予測することができる。所定領域ＲＡの広さとは、所定領域ＲＡの下限となる位相差Δθと、所定領域ＲＡの上限となる位相差Δθとの差分である。そして、上記の閾値ＩｑｈＴｈ及び規定角θＡは、ノイズ成分Ｉｑｎの大きさに基づいてそれぞれ設定されている。

閾値ＩｑｈＴｈは、想定されるノイズ成分Ｉｑｎの大きさ以上の値に設定されている。具体的には、所定領域ＲＡ内で推移するノイズ成分Ｉｑｎを含む推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈのうち、絶対値が最大となる値のことを最大電流Ｉｑｈｍａｘとした場合、閾値ＩｑｈＴｈは、最大電流Ｉｑｈｍａｘの絶対値よりも大きい値に設定されている。

規定角θＡは、想定される所定領域ＲＡの広さの半分の値よりも大きい値に設定されている。そのため、上記の変更処理を実行することにより、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値、すなわち推定ｑ軸の方向の電流成分の大きさを閾値ＩｑｈＴｈよりも大きい値とすることができる。ちなみに、変更処理は、位相差Δθが「０°」近傍の値である場合、位相差Δθが「１８０°」近傍の値である場合、位相差Δθが「＋９０°」近傍の値である場合、及び、位相差Δθが「－９０°」近傍の値である場合に実行され得る。そして、何れの場合であっても変更処理の実行によって、位相差Δθが「０°」近傍の値になったり、位相差Δθが「１８０°」近傍の値になったり、位相差Δθが「＋９０°」近傍の値になったり、位相差Δθが「－９０°」近傍の値になったりしないように、規定角θＡが設定されている。

例えば、規定角θＡは、「３０°」以上の値であって且つ「６０°」未満の値に設定されている。規定角θＡをこのような範囲の値に設定することにより、変更処理の実行によって位相差Δθが「＋９０°」近傍の値になったり、位相差Δθが「－９０°」近傍の値になったりすることはなくなる。なお、本実施形態では、規定角θＡは「４５°」に設定されているものとする。

次に、図５を参照し、制御軸設定制御の実施を実現するためにロータ位置推定部１６によって実行される処理ルーチンについて説明する。なお、本処理ルーチンの実行は、ブラシレスモータ１００の駆動の開始時に開始される。そして、本処理ルーチンの実行が開始されてからの経過時間が位置推定時間ＴＭＴｈ１に達すると、本処理ルーチンの実行が終了される。すなわち、位置推定時間ＴＭＴｈ１が、制御軸設定制御の開始から終了までの時間に相当する。

本処理ルーチンにおいて、はじめのステップＳ１１では、修正部１６３によって修正処理が開始される。すなわち、修正処理の開始に先立って、修正部１６３は、外乱出力処理の実行を交流電圧発生部１６１に指示する。この指示によって外乱出力処理の実行が開始され、外乱電圧信号Ｖｄｈ＊が第１の加算器１７に入力されるようになると、修正部１６３は、修正処理を開始する。なお、修正部１６３は、例えば、修正処理の開始時における推定ｄ軸の向きを、ブラシレスモータ１００の前回の駆動の終了時点での推定ｄ軸の向きと同じとする。

そして、次のステップＳ１２において、修正処理の実行中に取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満であるか否かの判定が行われる。すなわち、修正処理の実行中における推定ｄ軸の方向の電流成分の大きさが閾値ＩｑｈＴｈ未満であるか否かの判定が行われる。具体的には、修正処理の実行中において推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満である状態の継続時間が判定継続時間ＴＭＴｈ２に達した場合に、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満になったとの判定がなされる。なお、判定継続時間ＴＭＴｈ２は、位置推定時間ＴＭＴｈ１よりも短い時間に設定されている。例えば、判定継続時間ＴＭＴｈ２は、位置推定時間ＴＭＴｈ１の半分の時間、又は、位置推定時間ＴＭＴｈ１の半分の時間よりも短い時間に設定されている。

そして、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満であるとの判定がなされている場合では、規定の実行条件が成立していると判断する。つまり、この場合では、位相差Δθが、「０°」近傍の値、「１８０°」近傍の値、「＋９０°」近傍の値及び「－９０°」近傍の値の何れかの値になっている。

そのため、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満になったとの判定がなされていない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、規定の実行条件が成立していないため、ステップＳ１２の判定が繰り返される。すなわち、修正処理の実行による推定ｄ軸の方向の修正が継続される。一方、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満になったとの判定がなされている場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、規定の実行条件が成立しているため、処理が次のステップＳ１２１に移行される。ステップＳ１２１において、今回の修正処理の開始時点からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３以上であるか否かの判定が行われる。すなわち、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満であると判定したときの制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３以上であるか否かの判定が行われる。規定時間ＴＭＴｈ３は、制御軸設定制御の開始から推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満になったと判定できるまでに要した時間が長かったか否かの判断基準として設定されている。すなわち、規定時間ＴＭＴｈ３は、位置推定時間ＴＭＴｈ１よりも短い時間であればよく、判定継続時間ＴＭＴｈ２と等しくてもよいし、判定継続時間ＴＭＴｈ２よりも長くてもよい。

そのため、制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３以上である場合には、当該経過時間が長いとの判定がなされる。つまり、制御軸設定制御を実施できる残り時間が短いとの判定がなされる。一方、制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３未満である場合には、当該経過時間が長いとの判定がなされない。つまり、制御軸設定制御を実施できる残り時間が短いとの判定がなされない。

そして、制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３以上である場合（Ｓ１２１：ＹＥＳ）、処理が後述するステップＳ１６に移行される。一方、制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３未満である場合（Ｓ１２１：ＮＯ）、処理が次のステップＳ１３に移行される。ステップＳ１３において、修正処理の実行が中断される。つまり、修正部１６３による制御軸の方向、すなわち推定ｄ軸の方向及び推定ｑ軸の方向の修正が中断される。この場合、交流電圧発生部１６１による外乱出力処理の実行も中断させるようにしてもよい。

続いて、ステップＳ１４では、制御軸変更部１６４によって変更処理が実行される。そして、変更処理の実行によって、推定ｄ軸の向きが、修正処理の中断直前における向きから規定角θＡ変更されると、処理が次のステップＳ１５に移行される。ステップＳ１５において、修正部１６３による修正処理の実行が再開される。なお、修正処理の中断時に外乱出力処理の実行も中断させていた場合、修正部１６３は、修正処理の再開に先立って外乱出力処理の再開を交流電圧発生部１６１に指示する。そして、外乱電圧信号Ｖｄｈ＊が第１の加算器１７に入力されるようになると、修正部１６３は、修正処理を再開する。

続いて、ステップＳ１６では、本処理ルーチンの実行が開始されてからの経過時間が予め設定された位置推定時間ＴＭＴｈ１に達したか否かの判定が行われる。この経過時間は、制御軸設定制御の実施の継続時間でもある。位置推定時間ＴＭＴｈ１は、位相差Δθを「０°」近傍の値又は「１８０°」近傍の値に収束させるのに十分な長さに設定されている。そのため、経過時間が位置推定時間ＴＭＴｈ１に達している場合、位相差Δθが「０°」近傍の値又は「１８０°」近傍の値になっており、上記の終了条件が成立しているとの判断がなされる。そして、経過時間が位置推定時間ＴＭＴｈ１に達していない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、終了条件が未だ成立していないため、ステップＳ１６の判定が繰り返される。すなわち、修正処理が未だ実行される。

一方、経過時間が位置推定時間ＴＭＴｈ１に達している場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、終了条件が成立しているため、処理が次のステップＳ１７に移行される。ステップＳ１７において、修正処理が終了される。すなわち、修正部１６３は、制御軸の方向の修正を終了し、且つ、外乱出力処理の終了を交流電圧発生部１６１に指示する。そして、外乱電圧信号Ｖｄｈ＊が第１の加算器１７に入力されなくなると、本処理ルーチンが終了される。

次に、図６及び図７を参照し、本実施形態の作用及び効果について説明する。
ブラシレスモータ１００の駆動開始が指示されると、修正処理が実行される。そして、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値、すなわち推定ｑ軸の方向の電流成分の大きさが閾値ＩｑｈＴｈ未満になったとの判定がなされると、規定の実行条件が成立したため、修正処理の実行が中断される。このように修正処理の実行が中断されている場合、位相差Δθが所定領域ＲＡ内の値になっている可能性がある。図６に示す例は、位相差Δθが、「－９０°」を含む所定領域ＲＡ内の値である場合の例であり、タイミングｔ１１で推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満になったと判断される。すなわち、規定の実行条件が成立したと判断される。

また、図６に示す例では、タイミングｔ１２が、制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３に達する時点である。本例では、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満であるとの判定がなされた後に、制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３に達する。

そのため、タイミングｔ１１で修正処理の実行が中断され、変更処理が実行される。すると、推定ｄ軸の向きが規定角θＡだけ大きくなる。その結果、図６に示すように位相差Δθを所定領域ＲＡ外の値とすることができる。図６に示す例では、変更処理の実行によって、位相差Δθが「－９０°」近傍の値である状態から、位相差Δθが「０°」と「－９０°」との間の値である状態に移行する。このように変更処理の実行によって位相差Δθが大きく変わると、推定ｄ軸の向きが大きく変わるため、各コイル１０１～１０３に流れる電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷが変化する。

変更処理の実行によって位相差Δθが変更されると、修正処理が再開される。すると、修正処理の実行によって、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの正負、すなわち推定ｑ軸の方向の電流成分の向きに応じた方向に推定ｄ軸の方向が修正される。その結果、修正処理の実行によって位相差Δθを「０°」又は「１８０°」に接近させることができる。

変更処理の開始前では、図７に白抜きの丸で示すように位相差Δθが「－９０°」近傍の値である場合、変更処理が実行されると、図７に実線の矢印で示すように位相差Δθが変更される。その結果、位相差Δθは、図７に黒塗りの丸で示すように所定領域ＲＡ外の値となる。その後、修正処理が再開されると、図７に破線の矢印で示すように位相差Δθを「０°」に接近させる方向に推定ｄ軸の方向が修正される。図６に示したタイミングｔ１３は修正処理の開始から位置推定時間ＴＭＴｈ１が経過した時刻である。そして、タイミングｔ１３では、修正処理の実行が終了される。すなわち、推定ｄ軸の方向の修正が完了される。したがって、位相差Δθを「０°」近傍の値に収束させることができる。

また、変更処理の開始前では、図７に白抜きの四角で示すように位相差Δθが「＋９０°」近傍の値であることがある。この場合、変更処理が実行されると、図７に実線の矢印で示すように位相差Δθが変更される。その結果、位相差Δθが「＋９０°」近傍の値である状態から、図７に黒塗りの四角で示すように位相差Δθが「＋９０°」と「＋１８０°」との間の値である状態に移行する。すなわち、位相差Δθが所定領域ＲＡ外の値となる。その後、修正処理が再開されると、図７に破線の矢印で示すように位相差Δθを「１８０°」に接近させる方向に推定ｄ軸の方向が修正される。したがって、位相差Δθを「１８０°」近傍の値に収束させることができる。

すなわち、本実施形態では、位相差Δθが「＋９０°」の近傍の値、又は、位相差Δθが「－９０°」の近傍の値である状態で、推定ｄ軸の方向の修正が完了してしまうことを抑制できる。したがって、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈにノイズ成分Ｉｑｎが重畳している場合であっても、制御軸設定制御の実施によって、位相差Δθを「０°」近傍の値、又は、位相差Δθを「１８０°」近傍の値とすることができる。

ところで、ブラシレスモータ１００の駆動開始の指示によって修正処理が開始されると、位相差Δθが「０°」近傍の値になることがある。すなわち、変更処理の開始前では図７に白抜きの三角で示すように位相差Δθが「０°」近傍の値である場合、変更処理が実行されると、図７に実線の矢印で示すように位相差Δθが変更される。その結果、位相差Δθは、図７に黒塗りの三角で示すように「０°」から一旦離間される。ただし、この場合であっても、位相差Δθが所定領域ＲＡ内の値となることはない。その後、修正処理が再開されると、図７に破線の矢印で示すように位相差Δθを「０°」に接近させる方向に推定ｄ軸の方向が修正される。その結果、位相差Δθを「０°」近傍の値に収束させることができる。

また、変更処理の開始前では、位相差Δθが「１８０°」近傍の値であることがある。この場合、変更処理の実行によって位相差Δθが変更されると、位相差Δθは「１８０°」から一旦離間される。ただし、この場合であっても、位相差Δθが所定領域ＲＡ内の値となることはない。その後、修正処理が再開されると、位相差Δθを「１８０°」に接近させる方向に推定ｄ軸の方向が修正される。その結果、位相差Δθを「１８０°」近傍の値に収束させることができる。

なお、本実施形態では、以下に示す効果をさらに得ることができる。
（１）本実施形態では、制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３に達する時点以降に、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満であるとの判定がなされたときに変更処理を実行した場合、変更処理の実行後に修正処理を再開しても位相差Δθを「０°」又は「１８０°」近傍の値に収束させることができないことがある。これは、修正処理が再開されてから、制御軸設定制御が終了されるまでの時間が短いためである。この点、本実施形態では、制御軸設定制御の開始からの経過時間が規定時間ＴＭＴｈ３に達する時点以降に、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満であるとの判定がなされた場合には、変更処理を実行せず、修正処理の実行を継続するようにしている。これにより、制御軸設定処理の実施によって、位相差Δθを「０°」近傍の値又は「１８０°」近傍の値に収束させやすくなる。

（２）本実施形態では、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈに重畳されるノイズ成分Ｉｑｎの大きさの想定値を基に、閾値ＩｑｈＴｈ及び規定角θＡがそれぞれ設定されている。そのため、位相差Δθが所定領域ＲＡ内の値であるときに変更処理を実行させると、位相差Δθを所定領域ＲＡ外の値とすることができる。

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図５に示す一連の処理において、ステップＳ１２１の判定処理を省略してもよい。この場合、ステップＳ１２１の判定処理を省略しない場合と比較し、位置推定時間ＴＭＴｈ１を長くすることが好ましい。

・規定角θＡを、「３０°」以上の値であって且つ「６０°」未満の値であれば、「４５°」以外の任意の値（例えば、５５°）に設定してもよい。
・変更処理の実行によって位相差Δθが「＋９０°」近傍の値になったり、位相差Δθが「－９０°」近傍の値になったりすることがないのであれば、規定角θＡを、「３０°」以上の値であって且つ「６０°」未満の範囲外の値としてもよい。例えば、「－３０°」以上の値であって且つ「－６０°」未満の範囲内の任意の値を規定角θＡとしてもよい。

・修正処理は、実ｄ軸の方向に推定ｄ軸の方向を接近させることができるのであれば、上記実施形態で説明した内容とは異なる内容の処理であってもよい。
・上記実施形態では、変更処理では、図６に示したように位相差Δθを一気に規定角θＡ変更するようにしている。しかし、変更処理の実行によって位相差Δθを規定角θＡ変更することができるのであれば、位相差Δθを複数段（例えば、２段、３段）に分けて目標位相角に向けて変更するようにしてもよい。ここでいう目標位相角とは、変更処理の開始前の位相差Δθに規定角θＡを加算した値のことである。

・変更処理の実行後に再開された修正処理を、位相差Δθが「０°」近傍の値又は「１８０°」近傍の値に収束していると判断できるときには、上記の経過時間が位置推定時間ＴＭＴｈ１に達する前に終了するようにしてもよい。

・図５に示す一連の処理において、ステップＳ１２の判定が「ＹＥＳ」になることを、規定の実行条件が成立したというものとする。規定の実行条件が成立したか否かの判定を、上記実施形態で説明した方法以外の他の方法で行ってもよい。例えば、ロータ１０５の回転角の推定値である推定ロータ位置θｄｃの変動量が閾値θｄｃＴｈ未満になったと判定できた場合に、規定の実行条件が成立していると判定するようにしてもよい。

例えば、推定ロータ位置θｄｃは、図８に示すように算出することができる。すなわち、推定ロータ位置θｄｃは、第１の演算器３１によって推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈを比例積分演算することで推定ロータ速度ωｄｃを求め、第２の演算器３２によって推定ロータ速度ωｄｃを更に積分することで求めることができる。

推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満である状態が継続されている場合、推定ロータ位置θｄｃはあまり変化しない。そのため、推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈの絶対値が閾値ＩｑｈＴｈ未満である状態の継続時間が判定継続時間ＴＭＴｈ２以上であることと、推定ロータ位置θｄｃの変動量が閾値θｄｃＴｈ未満であることとは同義であるということができる。そのため、推定ロータ位置θｄｃの変動量が閾値θｄｃＴｈ未満になったときに規定の実行条件が成立したと判定し、その後の処理を実行することも、本発明の解釈に含まれる。

具体的に、図９を参照し、推定ロータ位置θｄｃの変動量を用いて制御軸設定制御を実施する際の処理ルーチンについて説明する。この場合の処理ルーチンと図５における処理ルーチンとの相違は、ステップＳ１２の判定処理の代わりにステップＳ１２Ａの処理及びステップＳ１２Ｂの処理を実行することである。すなわち、ステップＳ１２１以降の各処理は同じである。

図９に示すように、ステップＳ１１において修正処理が開始されると、次のステップＳ１２Ａでは、修正処理の実行中に取得部１６２によって取得される推定ｑ軸高周波電流Ｉｑｈを基に、推定ロータ位置θｄｃが算出される。そして、ステップＳ１２Ｂにおいて、推定ロータ位置θｄｃの変動量が閾値θｄｃＴｈ未満になったか否かの判定が行われる。具体的には、推定ロータ位置θｄｃの変動量が閾値θｄｃＴｈ未満である状態の継続時間が判定継続時間ＴＭＴｈ２に達した場合に、推定ロータ位置θｄｃの変動量が閾値θｄｃＴｈ未満になったとの判定がなされる。推定ロータ位置θｄｃの変動量は、例えば、初回に取得した推定ロータ位置θｄｃと初回以降に取得した推定ロータ位置θｄｃとの差分から算出することができる。

そして、推定ロータ位置θｄｃの変動量が閾値θｄｃＴｈ未満になったとの判定がなされていない場合（Ｓ１２Ｂ：ＮＯ）、処理が前述したステップＳ１２Ａに移行される。一方、推定ロータ位置θｄｃの変動量が閾値θｄｃＴｈ未満になったとの判定がなされている場合（Ｓ１２Ｂ：ＹＥＳ）、規定の実行条件が成立したと判定できる。そのため、処理が次のステップＳ１２１に移行される。

なお、規定の実行条件が成立しているか否かの判定中、すなわちステップＳ１２Ａの処理及びステップＳ１２Ｂの処理が実行されているときに、推定ロータ位置θｄｃの変動量が１度でも閾値θｄｃＴｈ以上であると判定された場合には、規定の実行条件が成立しないと判定するようにしてもよい。このように規定の実行条件が成立しないと判定された場合には、処理がステップＳ１６に移行される。

・モータ制御装置１０は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する専用のハードウェア（特定用途向け集積回路：ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路又はこれらの組み合わせを含む回路として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリ、すなわち記憶媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

・ブラシレスモータ１００に適用されるロータ１０５は、２極ロータではなく、４極ロータであってもよい。
・モータ制御装置１０が適用されるブラシレスモータは、車載のブレーキ装置とは別のアクチュエータの動力源であってもよい。

１０…モータ制御装置、１６…ロータ位置推定部、１６２…取得部、１６３…修正部、１６４…制御軸変更部、１００…ブラシレスモータ、１０１～１０３…コイル。

Claims (4)

1. ブラシレスモータをベクトル制御するに際し、前記ベクトル制御の回転座標のｄ軸として推定される軸である推定ｄ軸の方向を、前記回転座標の実際のｄ軸である実ｄ軸の方向に近づける制御軸設定制御を実施するモータ制御装置において、
   前記回転座標のｑ軸として推定される軸を推定ｑ軸とした場合、前記制御軸設定制御によって前記推定ｄ軸の方向に電圧ベクトルが発生するように前記ブラシレスモータに給電しているときに前記回転座標で発生する電流ベクトルのうち、前記推定ｑ軸の方向の電流成分であるｑ軸電流成分を取得する取得部と、
   前記制御軸設定制御の実施中に前記推定ｄ軸の方向を前記実ｄ軸の方向に近づけるべく、前記取得部によって取得される前記ｑ軸電流成分に応じて前記推定ｄ軸の方向を修正する修正部と、
   前記制御軸設定制御の実施中に、当該制御軸設定制御を開始してから初めて、前記修正部による前記推定ｄ軸の方向の修正によって前記取得部によって取得される前記ｑ軸電流成分の大きさが閾値未満になったと判定したときに、又は、前記制御軸設定制御の開始時に前記取得部によって取得された前記ｑ軸電流成分の大きさが前記閾値未満であると判定したときに、前記推定ｄ軸の方向を規定角変更する制御軸変更部と、を備える
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記取得部によって取得される前記ｑ軸電流成分にはノイズ成分が含まれることが想定され、
   前記閾値は、想定される前記ノイズ成分の大きさ以上の値に設定されている
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記取得部によって取得される前記ｑ軸電流成分にはノイズ成分が含まれることが想定され、
   前記規定角は、想定される前記ノイズ成分の大きさに基づいて設定されている
   請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記制御軸変更部は、前記ｑ軸電流成分の大きさが前記閾値未満であると判定したときの前記制御軸設定制御を開始してからの経過時間が規定時間未満であることを条件に、前記推定ｄ軸の方向を前記規定角変更するようになっており、
   前記規定時間は、前記制御軸設定制御の開始から終了までの時間よりも短い
   請求項１～請求項３のうち何れか一項に記載のモータ制御装置。

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