JPWO2020095479A1 - モータ制御装置、電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

モータ印加電圧のデューティ飽和を回避しつつｄ軸電流を任意の値に制限する。モータ制御装置は、ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値に基づいてモータ（２０）に印加する電圧の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部（４５、４６）と、電圧指令値に基づいてモータ（２０）に駆動電力を出力する駆動回路（４８）と、弱め界磁制御により電圧指令値を駆動回路に印加可能な最大電圧以下に制限するｄ軸電流指令値を演算するｄ軸電流指令値演算部（７３）と、ｄ軸電流指令値演算部（７３）が演算したｄ軸電流指令値を制限するｄ軸電流指令値制限部（７４）と、ｄ軸電流指令値制限部（７４）によるｄ軸電流指令値の制限により電圧指令値が最大電圧を超えないようにｑ軸電流指令値を制限するｑ軸電流指令値制限部（７５）を備える。

Description

本発明は、モータをベクトル制御で駆動するモータ制御装置、並びにこのモータ制御装置により制御されるモータを備える電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置に関する。

モータのベクトル制御において、デューティ飽和（電圧飽和）、すなわち、駆動回路に印加可能な最大電圧を電圧指令値が超える状態を回避し、デューティ飽和によるモータ作動音を抑制するため技術として、例えば特許文献１に記載のモータ制御装置が知られている。
特許文献１に記載のモータ制御装置は、ｄ／ｑ座標系における電流制御の実行によりモータ制御信号を生成するモータ制御信号生成手段と、モータ制御信号に基づいてモータに三相の駆動電力を出力する駆動回路とを備える。

モータ制御信号生成手段は、モータの回転角速度、及びｄ／ｑ座標系の電流指令値に基づいて、駆動回路に印加可能な最大電圧に対する要求出力電圧の割合である予想電圧利用率を推定し、その推定される予想電圧利用率が電圧飽和限界に相当する所定値を超えないように電流指令値を補正する。
さらにモータ制御信号生成手段は、推定される予想電圧利用率が所定値を超えないように弱め界磁制御を実行すべくｄ軸電流指令値を演算するとともに、推定される予想電圧利用率が弱め界磁制御により対応可能な限界値を超える場合には、併せてｑ軸電流指令値を低減することにより、予想電圧利用率が所定値を超えないように補正する。

特許第５２９２９９５号明細書

しかしながら、弱め界磁制御の際にｄ軸電流が過大になると、モータのエネルギー効率が低下したりモータ作動音が悪化する。例えば作動音については、電気自動車等の静粛性の高い車両の普及に伴い、車両に使用されるモータ及びモータ制御装置に要求される静粛性のレベルは高まっている。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであり、モータのデューティ飽和を回避しつつｄ軸電流を任意の値に制限することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様によるモータ制御装置は、ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値に基づいてモータに印加する電圧の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、電圧指令値に基づいてモータに駆動電力を出力する駆動回路と、弱め界磁制御により電圧指令値を駆動回路に印加可能な最大電圧以下に制限するｄ軸電流指令値を演算するｄ軸電流指令値演算部と、ｄ軸電流指令値演算部が演算したｄ軸電流指令値を制限するｄ軸電流指令値制限部と、ｄ軸電流指令値制限部によるｄ軸電流指令値の制限により電圧指令値が最大電圧を超えないようにｑ軸電流指令値を制限するｑ軸電流指令値制限部と、を備える。

本発明の他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御されるモータと、を備える電動アクチュエータ製品が与えられる。
本発明の更なる他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御されるモータと、を備え、モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が与えられる。

本発明によれば、モータのデューティ飽和を回避しつつｄ軸電流を任意の値に制限できる。

実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。 第１実施形態のコントロールユニットの機能構成の一例を示すブロック図である。 第１実施形態の第２電流指令値演算部の機能構成の一例を示すブロック図である。 （ａ）はｄ軸電流指令値の大きさを制限した場合のｑ軸電流指令値とモータ回転角速度との間の関係を概略的に説明するグラフであり、（ｂ）は制限されたｄ軸電流指令値とモータ回転角速度との間の関係を概略的に説明するグラフである。 （ａ）はモータ回転角速度ωの時間変化を示すグラフであり、（ｂ）はｄ軸電流指令値の時間変化率を制限した場合のｑ軸電流指令値の時間変化を概略的に示すグラフであり、（ｃ）は時間変化率が制限されたｄ軸電流指令値の時間変化を概略的に示すグラフである。 実施形態のモータ制御方法の一例のフローチャートである。 第２実施形態のコントロールユニットの機能構成の一例を示すブロック図である。 第２実施形態の第２電流指令値演算部の機能構成の一例を示すブロック図である。 第２実施形態の第２電流指令値演算部の変形例の機能構成の一例を示すブロック図である。 第２実施形態における一般的な伝達関数フィルタ構成の一例を示すブロック図である。 第３実施形態の第２電流指令値演算部の機能構成の一例を示すブロック図である。 第４実施形態の第２電流指令値演算部の機能構成の一例を示すブロック図である。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（第１実施形態）
（構成）
実施形態の電動パワーステアリング装置の構成例を図１に示す。操向ハンドル１のコラム軸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を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル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。

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、電源であるバッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１からイグニションキー信号が入力され、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Ｖｈとに基づいて、アシストマップ等を用いてアシスト指令の操舵補助指令値の演算を行い、演算された操舵補助指令値に基づいてモータ２０に供給する電流Ｉを制御する。

このような構成の電動パワーステアリング装置において、操向ハンドル１から伝達された運転手のハンドル操作による操舵トルクＴｈをトルクセンサ１０で検出し、検出された操舵トルクＴｈや車速Ｖｈに基づいて算出される操舵補助指令値によってモータ２０は駆動制御され、この駆動が運転手のハンドル操作の補助力（操舵補助力）として操舵系に付与され、運転手は軽い力でハンドル操作を行うことができる。つまり、ハンドル操作によって出力された操舵トルクＴｈと車速Ｖｈから操舵補助指令値を算出し、この操舵補助指令値に基づきモータ２０をどのように制御するかによって、ハンドル操作におけるフィーリングの善し悪しが決まり、電動パワーステアリング装置の性能が大きく左右される。

コントロールユニット３０は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含むコンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。

なお、コントロールユニット３０を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントロールユニット３０は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントロールユニット３０はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。

図２を参照して、第１実施形態のコントロールユニット３０の機能構成の一例を説明する。コントロールユニット３０は、第１電流指令値演算部４０と、減算器４３及び４４と、比例積分（ＰＩ：Proportional-Integral）制御部４５と、２相／３相変換部４６と、ＰＷＭ制御部４７と、インバータ４８と、３相／２相変換部４９と、角速度変換部５０と、第２電流指令値演算部５１を備え、モータ２０をベクトル制御で駆動する。なお、添付図面においてインバータを「ＩＮＶ」と表記する。

第１電流指令値演算部４０、減算器４３及び４４、ＰＩ制御部４５、２相／３相変換部４６、ＰＷＭ制御部４７、インバータ４８、３相／２相変換部４９、角速度変換部５０、並びに第２電流指令値演算部５１の機能は、例えばコントロールユニット３０のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

第１電流指令値演算部４０は、操舵トルクＴｈや車速Ｖｈに基づいてモータ２０に流すべき基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を演算する。
第２電流指令値演算部５１は、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０と、電圧センサ６４が検出した電源電圧Ｖ_Ｒ（すなわち、バッテリ１４によりインバータ４８に印加されるインバータ印加電圧）と、モータ２０の回転角速度ωに基づいて、モータ２０に流すべきｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算する。

ここで第２電流指令値演算部５１は、モータ２０に印加する電圧指令値が、インバータ４８に印加可能な最大電圧（すなわち、電源電圧Ｖ_Ｒ）を超えないようなｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を演算する。第２電流指令値演算部５１の構成及び動作の詳細は後述する。

一方で、モータ２０のモータ電流ｉａ、ｉｂ及びｉｃはそれぞれ電流センサ６０、６１及び６２で検出され、検出されたモータ電流ｉａ、ｉｂ及びｉｃは３相／２相変換部４９でｄ−ｑ２軸の電流ｉｄ、ｉｑに変換される。
減算器４３、４４は、フィードバックされた電流ｉｑ、ｉｄをｑ軸電流指令値Ｉｑ＊及びｄ軸電流指令値Ｉｄ＊からそれぞれ減じることにより、ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄを算出する。ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄは、ＰＩ制御部４５に入力される。

ＰＩ制御部４５は、ｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄを各々０とするような電圧指令値ｖｑ、ｖｄを算出する。モータ２０は３相モータであり、２相／３相変換部４６は、電圧指令値ｖｄ、ｖｑを３相の電圧指令値ｖａ、ｖｂ及びｖｃに変換する。
ＰＷＭ制御部４７は、３相の電圧指令値ｖａ、ｖｂ及びｖｃに基づいてＰＷＭ制御されたゲート信号を生成する。

インバータ４８は、ＰＷＭ制御部４７で生成されたゲート信号によって駆動され、モータ２０にはｑ軸偏差電流Δｑ及びｄ軸偏差電流Δｄが０になるような電流が供給される。
レゾルバ６３は、モータ２０のモータ角度（回転角）θを検出し、角速度変換部５０は、モータ角度θの変化に基づいてモータ２０の回転角速度ωを算出する。これらモータ角度θ及び回転角速度ωは、ベクトル制御に使用される。

次に、第２電流指令値演算部５１の構成及び動作を説明する。図３を参照する。第２電流指令値演算部５１は、絶対値算出部７０及び７１と、前段ｑ軸電流指令値制限部７２と、ｄ軸電流指令値演算部７３と、ｄ軸電流指令値制限部７４と、後段ｑ軸電流指令値制限部７５と、符号検出部７６と、乗算部７７を備える。なお、添付図面において絶対値算出部及び符号検出部をそれぞれ「ａｂｓ」及び「ｓｉｇｎ」と表記する。
絶対値算出部７０は、モータ２０の回転角速度ωの絶対値を算出して前段ｑ軸電流指令値制限部７２、ｄ軸電流指令値演算部７３、及び後段ｑ軸電流指令値制限部７５に出力する。

絶対値算出部７１は、第１電流指令値演算部４０が演算した基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の絶対値を算出して、前段ｑ軸電流指令値制限部７２へ出力する。
前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、第１電流指令値演算部４０が演算した基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が、弱め界磁制御により電圧指令値ｖａ、ｖｂ及びｖｃを電源電圧Ｖ_Ｒ以下にできる限界（すなわち、弱め界磁制御によりデューティ飽和を回避できる限界）を超えているか否かを判断する。

弱め界磁制御によりデューティ飽和を回避できる限界を超えているか否かを判定する方法の一例を以下に示す。
一般的な表面磁石型モータ（ＳＰＭモータ）の電気方程式は、次式（１）にて与えられる。

式（１）において、Ｖｄはｄ軸電圧を示し、Ｖｑはｑ軸電圧を示し、Ｌはモータの１相当たりのインダクタンスを示し、Ｒはモータの１相当たりの抵抗を示し、ωはモータの回転角速度（電気角速度）を示し、ｓは微分演算子を示し、Ｉｄはｄ軸電流を示し、Ｉｑはｑ軸電流を示し、Ψはモータにより定まる磁束鎖交数を示す。
また、３次高調波補償を行った際のデューティ飽和が発生する限界での電源電圧Ｖ_Ｒと、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧Ｖｑの関係式は次式（２）にて与えられる。３次高調波補償は、モータ印加電圧に３次高調波を重畳して印加電圧波形のピークを潰すことにより、デューティ飽和を発生しにくくする処理である。

式（１）に式（２）を代入してＶｄ及びＶｑを消去しＩｄについて解くと、デューティ飽和が発生する限界でのｄ軸電流を表す次式（３）が得られる。

式（３）のＩｄが複素数であると、いかなるｄ軸電流Ｉｄを用いて弱め界磁制御を行ってもデューティ飽和を回避できないことを意味する。すなわち、ｑ軸電流指令値Ｉｑが弱め界磁制御によりデューティ飽和を回避できる限界を超えていることを意味する。
そこで、前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を式（３）中のＩｑに代入した場合に式（３）の平方根が負値の平方根となるか否かに応じて、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が、弱め界磁制御によりデューティ飽和を回避できる限界を超えているか否かを判断する。なお、回転角速度ω及び基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０として、絶対値算出部７０及び７１が算出した絶対値を使用する。

式（３）の平方根が負値の場合（すなわち、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０がデューティ飽和を回避できる限界を超えている場合）には、前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、次式（４）で与えられる第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１を算出する。ここでも回転角速度ωとして絶対値算出部７０が算出した絶対値を使用する。
前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１以下に制限することにより得られる指令値を、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒとして算出する。ｑ軸電流Ｉｑを第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１以下に制限することにより、式（３）の平方根が正値の平方根となる。

なお、式（３）の平方根が正値の場合（すなわち、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０がデューティ飽和を回避できる限界を超えていない場合）には、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を制限しない。前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０をそのまま制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒとして出力する。

前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒをｄ軸電流指令値演算部７３と後段ｑ軸電流指令値制限部７５に出力する。
ｄ軸電流指令値演算部７３は、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒを式（３）中のＩｑへ代入することにより得られるｄ軸電流Ｉｄを、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗとして算出する。ここでも回転角速度ωとして絶対値算出部７０が算出した絶対値を使用する。
この弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗは、電圧指令値ｖａ、ｖｂ及びｖｃを電源電圧Ｖ_Ｒに制限するｄ軸電流指令値となる。ｄ軸電流指令値演算部７３は、電圧指令値ｖａ、ｖｂ及びｖｃが電源電圧Ｖ_Ｒよりも小さくなるように弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗを算出してもよい。

なお、式（３）のＩｄが正値であるときはｄ軸電流を用いて弱め界磁制御を行わなくてもデューティ飽和は発生しない。このためｄ軸電流指令値演算部７３は、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗを０に設定する。
ｄ軸電流指令値演算部７３は、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗをｄ軸電流指令値制限部７４へ出力する。

ｄ軸電流指令値制限部７４は、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗを制限して得られる指令値を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊として算出する。
例えば、ｄ軸電流指令値制限部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値（大きさ）の最大値を任意の上限値以下に制限する。このようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値の最大値を制限することにより、エネルギー効率の低下を緩和したり、モータ作動音の悪化を緩和できる。なお、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗが０に設定されている場合には弱め界磁制御の必要が無いため、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を０に設定する。
また、例えば、ｄ軸電流指令値制限部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の変化速度を任意の上限値以下に制限する。このようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の変化速度を制限することにより、モータ作動音の悪化を緩和できる。

ｄ軸電流指令値制限部７４は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を後段ｑ軸電流指令値制限部７５へ出力する。
前段ｑ軸電流指令値制限部７２から出力される制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒは、ｄ軸電流指令値演算部７３が演算した弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗにより弱め界磁制御を行った場合にデューティ飽和が発生しない値に設定されている。

ここで、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊は、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗよりも制限されているため、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊により弱め界磁制御を行うと、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒは、デューティ飽和が発生するおそれがある。
そこで後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒを制限して得られる指令値を、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として算出する。

具体的には、上式（３）をｑ軸電流Ｉｑについて解くと、デューティ飽和が発生する限界でのｑ軸電流の上限ＩｑＬｉｍ２を表す次式（５）が得られる。後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、次式（５）中のＩｄにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を代入することにより、第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２を算出する。後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、回転角速度ωとして絶対値算出部７０が算出した絶対値を使用する。

後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒを第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２以下に制限することにより得られる指令値を、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として算出する。
符号検出部７６は、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の符号を検出して符号信号を出力する。基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が正値の場合に符号信号の値は「１」に設定され、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が負値の場合に符号信号の値は「−１」に設定される。乗算部７７は、後段ｑ軸電流指令値制限部７５から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に符号信号を乗ずることによりｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の符号を基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の符号に一致させる。

なお、ＰＩ制御部４５及び２相／３相変換部４６は、特許請求の範囲に記載される電圧指令値演算部の一例である。インバータ４８は、特許請求の範囲に記載される駆動回路の一例である。コントロールユニット３０及び電圧センサ６４は、特許請求の範囲に記載されるモータ制御装置の一例である。電源電圧Ｖ_Ｒは、特許請求の範囲に記載される駆動回路に印加可能な最大電圧の一例である。後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、特許請求の範囲に記載されるｑ軸電流指令値制限部の一例である。第１電流指令値演算部４０は、特許請求の範囲に記載されるｑ軸電流指令値演算部の一例である。前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、特許請求の範囲に記載される第２のｑ軸電流指令値制限部の一例である。

（実施形態の作用）
図４の（ａ）及び図４の（ｂ）を参照して、モータ２０の回転角速度の増大に対してｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が大きくなるのを任意の値で制限した場合の、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の制限状態を説明する。

図４の（ｂ）の実線８４、８５及び８６は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の最小値（すなわち、絶対値の最大値）がそれぞれ０、Ｉｄ１、Ｉｄ２に制限される場合のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とモータ回転角速度ωとの間の関係を示し、実線８７は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を制限しない場合のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊とモータ回転角速度ωとの間の関係を示す。
一方で、図４の（ａ）の実線８３、８２及び８１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の最小値がそれぞれ０、Ｉｄ１、Ｉｄ２に制限される場合のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とモータ回転角速度ωとの間の関係を示し、実線８０は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を制限しない場合のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とモータ回転角速度ωとの間の関係を示す。

例えば、実線８４に示すようにモータ回転角速度ω１においてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の最小値を０に制限し始めると、これに応じて実線８３に示すように後段ｑ軸電流指令値制限部７５の第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２による制限が始まりｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が減少し始める。
また、実線８５に示すようにモータ回転角速度ω２においてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の最小値をＩｄ１に制限し始めると、これに応じて実線８２に示すように第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２による制限が始まりｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が減少し始める。

また、実線８６に示すようにモータ回転角速度ω３においてｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の最小値をＩｄ２に制限し始めると、これに応じて実線８１に示すように第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２による制限が始まりｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が減少し始める。
また、実線８７に示すようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊が制限されなかった場合には、モータ回転角速度ω４において基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が弱め界磁制御によりデューティ飽和を回避できる限界を超えると、第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１による制限が始まりｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が減少し始める。

図５の（ａ）、図５の（ｂ）及び図５の（ｃ）を参照して、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の変化速度を任意の値で制限した場合の、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の制限状態を説明する。
図５の（ａ）はモータ回転角速度ωの時間変化を示し、図５の（ｃ）の実線はｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の変化速度を一定値に制限した場合のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の時間変化を示し、図５の（ｃ）の破線はｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の変化速度を制限しない場合のｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の時間変化を示す。

図５の（ｂ）の実線はｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の変化速度を一定値に制限した場合のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の時間変化を示し、図５の（ｂ）の破線はｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の変化速度を制限しない場合のｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の時間変化を示す。
図５の（ｃ）に示すように期間ｔ１〜ｔ３において、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の時間変化の制限のために、制限されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値（実線）は制限されていない場合の値（破線）よりも小さくなっている。その結果、期間ｔ１〜ｔ３ではｑ軸電流指令値Ｉｑ＊も制限される。
なお、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が減少する時間変化がｄ軸電流指令値制限部７４により制限され、制限されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊の絶対値が制限されていない場合の値よりも大きくなった場合、後段ｑ軸電流指令値制限部７５によってｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が制限されることはない。

（動作）
次に、図６を参照して実施形態のモータ制御方法の一例を説明する。
ステップＳ１において第１電流指令値演算部４０は、モータ２０に流すべき基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を演算する。
ステップＳ２において電圧センサ６４は、バッテリ１４によりインバータ４８に印加される電源電圧Ｖ_Ｒを検出する。

ステップＳ３においてレゾルバ６３及び角速度変換部５０は、モータ２０の回転角速度ωを検出する。
ステップＳ４において前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、式（３）に基づいて、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が弱め界磁制御により電圧指令値を電源電圧Ｖ_Ｒ以下にできる限界を超えているか否かを判断する。基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が限界を超えている場合（ステップＳ４：Ｙ）に処理はステップＳ５に進む。基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が限界を超えていない場合（ステップＳ４：Ｎ）に処理はステップＳ６に進む。

ステップＳ５において前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、式（４）で与えられる第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１を算出する。前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１以下に制限することにより得られる指令値を制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒとして算出する。その後に処理はステップＳ７へ進む。
ステップＳ６において前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０をそのまま制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒとして出力する。その後に処理はステップＳ７へ進む。

ステップＳ７においてｄ軸電流指令値演算部７３は、式（３）と制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒに基づいて弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗを算出する。
ステップＳ８においてｄ軸電流指令値制限部７４は、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗを制限して得られる指令値を、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊として算出する。

ステップＳ９において後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、式（５）とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に基づいて第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２を算出する。後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒを第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２以下に制限することにより得られる指令値をｑ軸電流指令値Ｉｑ＊として算出する。
ステップＳ１０において減算器４３及び４４と、ＰＩ制御部４５と、２相／３相変換部４６と、ＰＷＭ制御部４７と、インバータ４８と、３相／２相変換部４９は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊とｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に基づいてモータ２０を駆動する。その後に処理は終了する。

（第１実施形態の効果）
（１）第１実施形態のモータ制御装置は、ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値に基づいてモータ２０に印加する電圧の電圧指令値を演算するＰＩ制御部４５及び２相／３相変換部４６と、電圧指令値に基づいてモータ２０に駆動電力を出力するインバータ４８と、弱め界磁制御により電圧指令値を電源電圧Ｖ_Ｒ以下に制限するｄ軸電流指令値を演算するｄ軸電流指令値演算部７３と、ｄ軸電流指令値演算部７３が演算したｄ軸電流指令値を制限するｄ軸電流指令値制限部７４と、ｄ軸電流指令値制限部７４によるｄ軸電流指令値の制限により電圧指令値が電源電圧Ｖ_Ｒを超えないようにｑ軸電流指令値を制限する後段ｑ軸電流指令値制限部７５を備える。

これにより、弱め界磁制御に使用するｄ軸電流指令値を制限しても、デューティ飽和を回避することができる。すなわちモータのデューティ飽和を回避しつつｄ軸電流を任意の値に制限することができる。この結果、エネルギー効率の低下を緩和したり、モータ作動音の悪化を緩和できる。

（２）ｄ軸電流指令値制限部７４は、ｄ軸電流指令値演算部７３が演算したｄ軸電流指令値の大きさ及び変化速度の少なくとも一方を制限する。ｄ軸電流指令値Ｉｄの大きさを制限することにより、エネルギー効率の低下を緩和したり、モータ作動音の悪化を緩和できる。ｄ軸電流指令値Ｉｄの変化速度を制限することにより、モータ作動音の悪化を緩和できる。

（３）モータ制御装置は、基本ｑ軸電流指令値を演算する第１電流指令値演算部４０と、第１電流指令値演算部４０が演算した基本ｑ軸電流指令値が、弱め界磁制御により電圧指令値を電源電圧Ｖ_Ｒ以下にできる限界を超えている場合に、第１電流指令値演算部４０が演算した基本ｑ軸電流指令値を制限する前段ｑ軸電流指令値制限部７２と、を備える。ｄ軸電流指令値演算部７３は、前段ｑ軸電流指令値制限部７２が制限したｑ軸電流指令値に基づいてｄ軸電流指令値を演算し、後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、前段ｑ軸電流指令値制限部７２が制限したｑ軸電流指令値をさらに制限する。
これにより、所定のパラメータ（例えば操舵トルクＴｈや車速Ｖｈ）に基づいて算出された基本ｑ軸電流指令値をデューティ飽和が発生しないように制限することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を説明する。第２実施形態のモータ制御装置は、インバータ４８のデッドタイムによるモータ電流の非線形特性を補償するためにデッドタイム補償を行う。デッドタイム補償では、インバータ４８を駆動するＰＷＭ信号のデューティ値に、（デッドタイム／ＰＷＭ周期）に相当する補償値が加算される。このため、第２実施形態のモータ制御装置では、加算された補償値によってデューティ飽和が発生しないように、電源電圧Ｖ_Ｒからデッドタイム補償の補償分を低減した電圧に基づいて、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗ、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒ、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を補正する。

図７を参照する。第２実施形態のコントロールユニット３０は、第１実施形態のコントロールユニットと同様の構成を有しており、同様の構成要素には同じ参照符号を付している。第２実施形態のコントロールユニット３０は、デッドタイム補償を行うデッドタイム補償部５２を備える。
デッドタイム補償部５２は、（デッドタイム／ＰＷＭ周期）に相当する次式の補償値をＰＷＭ制御部４７へ出力する。

上式のＤＴはデッドタイムを示し、ＰＷＭ＿ｔｉｍｅはＰＷＭ周期を示す。ＰＷＭ制御部４７は、インバータ４８を駆動するＰＷＭ信号のデューティ値にデューティ値に換算された補償値を加算する。
図８を参照する。第２実施形態の第２電流指令値演算部５１は、第１実施形態の第２電流指令値演算部５１と同様の構成を有しており、同様の構成要素には同じ参照符号を付している。第２実施形態の第２電流指令値演算部５１は、補正部９０を備える。

補正部９０は、電源電圧Ｖ_Ｒからデッドタイム補償の補償分を低減した補正後電圧を算出する。ここでデッドタイム補償の補償値は、デューティの増加方向及び減少方向の両方に加減算される。このため、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗ、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒ、及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を計算するために使用する電源電圧Ｖ_Ｒを補正するためには、上記の補償値の２倍の値を電源電圧Ｖ_Ｒから減じる。
したがって補正部９０は、補正後電圧として次式の値を算出する。

補正部９０は、前段ｑ軸電流指令値制限部７２と、ｄ軸電流指令値演算部７３と、後段ｑ軸電流指令値制限部７５に、補正後電圧を出力する。
前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、補正後電圧を上式（３）中のＶ_Ｒに代入して、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０が、弱め界磁制御によりデューティ飽和を回避できる限界を超えているか否かを判断する。

また、前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、補正後電圧を上式（４）中のＶ_Ｒに代入して、第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１を算出する。
ｄ軸電流指令値演算部７３は、補正後電圧を上式（３）中のＶ_Ｒに代入して、弱め界磁制御用ｄ軸電流指令値Ｉｄｗを算出する。
後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、補正後電圧を上式（５）中のＶ_Ｒに代入して、第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２を算出する。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態のモータ制御装置は、インバータ４８を電圧指令値に基づき駆動するＰＷＭ信号のデューティ値をデッドタイム補償するデッドタイム補償部５２を備える。ｄ軸電流指令値演算部７３は、電源電圧Ｖ_Ｒからデッドタイム補償の補償分を低減した補正後電圧に基づいてｄ軸電流指令値Ｉｄｗを補正する。前段ｑ軸電流指令値制限部７２及び後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、それぞれ制限したｑ軸電流指令値を補正後電圧に基づいて補正する。
これにより、デッドタイム補償によりＰＷＭ信号のデューティ値に補償値が加えられていてもデューティ飽和が発生しないようにｄ軸電流指令値Ｉｄ＊及びｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を補正することができる。

（変形例）
前段ｑ軸電流指令値制限部７２と、ｄ軸電流指令値演算部７３と、後段ｑ軸電流指令値制限部７５では、上記の式（３）、式（４）及び式（５）の演算を行う。これら数式の演算には、以下の３つ係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が共通して現れる。

これら係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を、異なる電源電圧Ｖ_Ｒの値及び異なるモータ回転角速度ωの組み合わせに対して予め計算してルックアップテーブルやマップに格納し、随時読み出すことにより、前段ｑ軸電流指令値制限部７２と、ｄ軸電流指令値演算部７３と、後段ｑ軸電流指令値制限部７５における計算負荷を低減できる。
なお、上記特許文献１では、時間的変動が小さいと仮定して微分演算子を無視して計算を行っている。しかしながら、電動パワーステアリング装置のような応用分野では、トルクや回転角速度が急転しやすく電流指令値は容易に急変する。従って、微分演算子を考慮して演算し、入力変数の変動に適切に応答することが、デューティ飽和抑制にとって望ましい。

変形例のモータ制御装置は、係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を、随時変化する電源電圧Ｖ_Ｒの値又は補正後電圧及びモータ回転角速度ω並びにシステムパラメータであるインダクタンスＬ、モータ抵抗Ｒ及び磁束鎖交数Ψを用いて演算した値をフィルタの係数とする異なる２次の伝達関数のフィルタとして取り扱い、例えば入力を「１」に固定したときの出力を離散時間で求めることにより、これらの係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の値を決定できる。これにより、微分演算子を無視せずに算出できるので、電流指令値の急変にも対応できる。また、データを格納するための大きなルックアップテーブルやマップを使用しなくてもよくなる。
ここで、２次の伝達関数の連続時間系での実現方法を説明する。一般的な伝達関数は、式（６）で表現される。

ここで、ｍ＝ｎ−１とすると次式（７）が得られる。

式（７）を、入力を１としたブロック図で示すと図１０のようになる。
ここで、Ｃ１を例としてフィルタの係数を求めると、次式（８）及び（９）を求めることができる。

ここで、ｎ＝２であるから、

となる。Ｃ２及びＣ３についても同様にして求めることができる。また、公知の手法を用いて、連続時間系伝達関数から離散時間系伝達関数に変換できる。
図９を参照する。変形例の第２電流指令値演算部５１は、第２実施形態の第２電流指令値演算部５１と同様の構成を有しており同様の構成要素には同じ参照符号を付している。

変形例の第２電流指令値演算部５１は、係数演算部９１を備える。係数演算部９１は、電源電圧Ｖ_Ｒの補正電圧値及びモータ回転角速度ωを入力し、係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を演算する前述した２次の伝達関数のフィルタを有する。
係数演算部９１は、電圧センサ６４が検出した電源電圧Ｖ_Ｒの補正電圧値と、角速度変換部５０が算出したモータ２０の回転角速度ωを入力し、２次の伝達関数フィルタを随時演算して係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を求めて、前段ｑ軸電流指令値制限部７２、ｄ軸電流指令値演算部７３、及び後段ｑ軸電流指令値制限部７５へ出力する。

前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、係数演算部９１が出力した係数Ｃ２、Ｃ３を用いて上記の式（４）を演算する。ｄ軸電流指令値演算部７３は、係数演算部９１が出力した係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を用いて上記の式（３）を演算する。後段ｑ軸電流指令値制限部７５では、係数演算部９１が出力した係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を用いて上記の式（５）を演算する。
このような入力を「１」とした伝達関数を用いて係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を演算して、各演算部で使用することで、微分演算子を無視することなく、また計算負荷やデータ格納領域を増加することなく、電源電圧や回転角速度に適切に応答した係数Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を求めることができる。この手法は、第２電流指令値演算部に限らず、その他の機能にも適用できる。
なお、上記の第１実施形態においても係数演算部９１を備えてもよく、後述の第３実施形態においても係数演算部９１を備えてよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を説明する。前段ｑ軸電流指令値制限部７２及び後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、電源電圧Ｖ_Ｒとモータ２０の回転角速度ωに基づいてｑ軸電流を制限する。このため、ｑ軸電流が制限されている状態では、回転角速度ω及び電源電圧Ｖ_Ｒに含まれるノイズ成分がｑ軸電流指令値に影響しトルク変動を引き起こす原因となる。そのため、ｑ軸電流が制限されている状態では回転角速度ω及び電源電圧Ｖ_Ｒに対する応答性を下げてノイズを抑える必要がある。

一方で、回転角速度ω及び電源電圧Ｖ_Ｒに対する応答性が低い状態では、回転角速度ω及び電源電圧Ｖ_Ｒが急変したときにｄ軸電流の投入やｑ軸電流の制限が遅れ、デューティ飽和が発生し作動音の悪化が懸念される。
このため、第３実施形態のモータ制御装置では、前段ｑ軸電流指令値制限部７２又は後段ｑ軸電流指令値制限部７５によりｑ軸電流指令値が制限されるまでのｑ軸電流指令値の余裕量を算出する。

そして、回転角速度ω及び電源電圧Ｖ_Ｒに対する前段ｑ軸電流指令値制限部７２又は後段ｑ軸電流指令値制限部７５の応答性を、この余裕量に応じて変更する。例えば、回転角速度ω及び電源電圧Ｖ_Ｒのノイズを除去するフィルタの特性を余裕量に応じて変更する。
これにより、ｑ軸電流が制限されていない状態では応答性を高めてｄ軸電流の投入及びｑ軸電流の制限を速やかに開始し、ｑ軸電流が制限されている状態では応答性を下げてノイズによるトルク変動を防ぐ。

図１１を参照する。第３実施形態の第２電流指令値演算部５１は、第２実施形態の第２電流指令値演算部５１と同様の構成を有しており、同様の構成要素には同じ参照符号を付している。
第３実施形態の第２電流指令値演算部５１は、余裕量算出部９２と可変フィルタ９３を備える。

余裕量算出部９２は、前段ｑ軸電流指令値制限部７２が算出した第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１と、後段ｑ軸電流指令値制限部７５が算出した第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２と基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を受信する。
余裕量算出部９２は、第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１及び第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２のうちいずれか小さい方から、基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０を減じた差分を余裕量ＭａｒｇＩｑとして算出する。

ここで、ＭａｒｇＩｑ≧０であれば、ｑ軸電流に対する制限が発生していないことを意味し、ＭａｒｇＩｑが０に近づくほどｑ軸電流に対する制限の開始が近くなる。また、ＭａｒｇＩｑ＜０であれば、ｑ軸電流が制限されていることを意味する。
可変フィルタ９３は、回転角速度ω及び電源電圧Ｖ_Ｒの高周波成分を除去することによりノイズを除去するフィルタである。可変フィルタ９３は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）や加重平均フィルタであってよい。

可変フィルタ９３は、ＭａｒｇＩｑに応じてカットオフ周波数を変化させる。これにより、ｑ軸電流の制限状態に応じて回転角速度ω及び電源電圧Ｖ_Ｒに対する前段ｑ軸電流指令値制限部７２又は後段ｑ軸電流指令値制限部７５の応答性を変更できる。
例えば可変フィルタ９３は、ＭａｒｇＩｑが大きいほどカットオフ周波数を高めて応答性を高くする。また、ＭａｒｇＩｑが小さいほどカットオフ周波数を下げて応答性を低くする。

なお、ｍｉｎ（ＩｑＬｉｍ１，ＩｑＬｉｍ２）とＩｑ０の大小関係のみを確認してｑ軸電流が制限されている状態か否かを判別し、その判別結果によってフィルタのカットオフ周波数を変化させてもよい。
ただし、上記のようにＭａｒｇＩｑの値に応じてカットオフ周波数を漸次変更することで、ｑ軸電流の制限の開始が迫るにつれ徐々にフィルタの応答性を下げるというような緩やかなフィルタ特性を実現できる。
なお、可変フィルタ９３は特許請求の範囲に記載の応答性変更部の一例である。

（第３実施形態の効果）
第２実施形態のモータ制御装置は、前段ｑ軸電流指令値制限部７２又は後段ｑ軸電流指令値制限部７５によりｑ軸電流指令値が制限されるまでのｑ軸電流指令値の余裕量ＭａｒｇＩｑを算出する余裕量算出部９２と、モータ２０の回転角速度ωの変化及び電源電圧Ｖ_Ｒの変化に対する、前段ｑ軸電流指令値制限部７２及び後段ｑ軸電流指令値制限部７５の応答性を、余裕量ＭａｒｇＩｑに応じて変化させる可変フィルタ９３を備える。
これにより、ｑ軸電流が制限されていない状態では応答性を高めてｄ軸電流の投入及びｑ軸電流の制限を速やかに開始し、ｑ軸電流が制限されている状態では応答性を下げて、ノイズによるトルク変動を防ぐことができる。

（第４実施形態）
第１実施形態では、モータが力行状態（ｑ軸電流指令値とモータ回転の方向が一致）を前提に演算式を定義した。第４実施形態では、モータが回生状態（ｑ軸電流指令値とモータ回転の方向が不一致）も考慮した演算について説明する。
ｄ軸電流指令値の演算においては、力行状態及び回生状態とも、式（３）を用いることができる。回生状態では、ｑ軸電流指令値と回転角速度の符号が異なるため、式（３）の平方根の値が大きくなる。このため、同じｑ軸電流に対して、回生状態でのｄ軸電流は、力行状態でのｄ軸電流と比較して正値側になる。回生状態ではｑ軸電流が逆起電力と逆位相であり、電圧を相殺するためにｄ軸電流を流さなくてよいからである。

次に、前段ｑ軸電流指令値制限部７２において基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の絶対値を制限するために用いる制限値について説明する。
まず、力行状態では、前段ｑ軸電流指令値制限部７２は上記の通り上式（４）により求められる第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１によって基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の絶対値を制限する。

一方で回生状態では、式（３）の平方根内における第２項のｑ軸電流指令値Ｉｑの大きさと、以下の回転角速度ωを含む項（すなわち、モータ２０の逆起電圧により生じる電流成分）

の大きさとの間の大小関係によって、式（３）の平方根が正値となる条件が異なる。
そこで、ｑ軸電流指令値Ｉｑの符号と回転角速度ωの符号を考慮して、式（３）の平方根が正値になるｑ軸電流指令値Ｉｑの範囲を求めると、以下に示す式（１０）から式（１３）を得る。

ｑ軸電流指令値Ｉｑ０≧０、且つ

が成立する場合には、

ｑ軸電流指令値Ｉｑ０≧０、且つ

が成立する場合には、

ｑ軸電流指令値Ｉｑ０＜０、且つ

が成立する場合には、

ｑ軸電流指令値Ｉｑ０＜０、且つ

が成立する場合には、

式（１０）から式（１３）を、ｑ軸電流指令値Ｉｑの絶対値を制限するようにまとめると、式（１４）から式（１６）が得られる。
式（１４）の成立状態、すなわちｑ軸電流指令値と回転角速度の項（逆起電圧により生じる電流成分）の大きさの大小関係に応じて、次式（１５）のようにｑ軸電流指令値Ｉｑの絶対値を上限値で制限するか、又は次式（１６）のように基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の絶対値を下限値で制限するように、異なる処理で基本ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の絶対値を制限する。

式（１４）が成立するとき、

式（１４）が不成立のとき、

すなわち、上式（１４）が成立する場合には、次式（１７）により得られる第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１によってｑ軸電流指令値Ｉｑ０の絶対値の上限値を制限する。
一方で上式（１４）が成立しない場合には、次式（１８）により得られる第１ｑ軸電流下限値ＩｑＬｉｍ３によってｑ軸電流指令値Ｉｑ０の絶対値の下限値を制限する。
そして、第１実施形態と同じように、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を求める際に、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０の符号とｑ軸電流指令値Ｉｑ＊の符号が同じになるような処理をする。

次に、後段ｑ軸電流指令値制限部７５において制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒを制限するために用いる制限値について説明する。
まず、力行状態では、式（５）により求められる第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２によって制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒを制限する。

一方で回生状態では、前段ｑ軸電流指令値制限部７２に対する上記説明と同様に式の展開を行うことで、次式（１９）及び（２０）により、制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒの上限値を制限する第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２と、下限値を制限する第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ４を求めることができる。
式（１４）が成立するとき、

式（１４）が不成立のとき、

図１２を参照する。第４実施形態の第２電流指令値演算部５１は、第１実施形態の第２電流指令値演算部５１と同様の構成を有しており、同様の構成要素には同じ参照符号を付している。第４実施形態の第２電流指令値演算部５１は、状態判定部９５を備える。
状態判定部９５は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０、回転角速度ω及びこれらの絶対値を入力する。状態判定部９５は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ０及び回転角速度ωの符号関係から、力行状態（符号一致）と回生状態（符号不一致）を判定する。

力行状態である場合には、状態Ｓｔｓを“Ｐ”に設定する。回生状態である場合には、状態判定部９５は上式（１４）が成立するか否かを判断する。状態判定部９５は、回生状態であり且つ上式（１４）が成立する場合は、状態Ｓｔｓを“Ｒ１”に設定し、回生状態であり且つ上式（１４）が不成立の場合は、状態Ｓｔｓを“Ｒ２”に設定する。
状態判定部９５は、状態Ｓｔｓを前段ｑ軸電流指令値制限部７２、後段ｑ軸電流指令値制限部７５及びｄ軸電流指令値演算部７３に入力する。

前段ｑ軸電流指令値制限部７２は、状態Ｓｔｓを参照して、状態Ｓｔｓが“Ｐ”のときは上式（４）を、状態Ｓｔｓが“Ｒ１”のときは上式（１７）を用いて第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１を算出し、第１ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ１によって基本電流指令値Ｉｑ０の絶対値の上限値を制限する。
一方で、状態Ｓｔｓが“Ｒ２”のときは、前段ｑ軸電流指令値制限部７２は上式（１８）を用いて第１ｑ軸電流下限値ＩｑＬｉｍ３を算出し、第１ｑ軸電流下限値ＩｑＬｉｍ３によって基本電流指令値Ｉｑ０の絶対値の下限値を制限する。

ｄ軸電流指令値演算部７３は、上式（３）を用いてｄ軸電流指令値Ｉｄｗを演算するが、状態Ｓｔｓに応じて、上式（３）の平方根内における第２項の回転角速度項の符号を切り替える。状態Ｓｔｓが“Ｐ”の場合は正とし、それ以外の場合は負とする。これは、回生状態の場合は、ｑ軸電流指令値と回転角速度の符号が不一致であることを考慮した処理である。

後段ｑ軸電流指令値制限部７５は、状態Ｓｔｓを参照して、状態Ｓｔｓが“Ｐ”のときは上式（５）を、状態Ｓｔｓが“Ｒ１”のときは上式（１９）を用いて第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２を算出し、第２ｑ軸電流上限値ＩｑＬｉｍ２によって制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒの上限値を制限する。
一方で、状態Ｓｔｓが“Ｒ２”のときは、後段ｑ軸電流指令値制限部７５は上式（２０）を用いて第２ｑ軸電流下限値ＩｑＬｉｍ４を算出し、第２ｑ軸電流下限値ＩｑＬｉｍ４によって制限後ｑ軸電流指令値Ｉｑｒの下限値を制限する。

（第４実施形態の効果）
第４実施形態のモータ制御装置は、モータが力行である状態及びモータが回生であるときに、ｑ軸電流指令値と回転角速度の項（逆起電圧により生じる電流成分）大きさの大小関係によって区別される２つの状態を判別し、状態Ｓｔｓとして算出する状態判定部９５と、状態Ｓｔｓに応じて、ｑ軸電流指令値に対する上限値または下限値を設定して、ｑ軸電流指令値を制限する前段ｑ軸電流指令値制限部７２及び後段ｑ軸電流指令値制限部７５を備える。
これにより、モータが力行状態又は回生状態であっても、デューティ飽和を回避することができる。

以上、本発明の実施形態のモータ制御装置が、モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置に適用される例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の実施形態のモータ制御装置は、モータを利用して駆動力を発生させる様々な電動アクチュエータ製品に適用可能である。

１…操向ハンドル、２…コラム軸、３…減速ギア、４Ａ…ユニバーサルジョイント、４Ｂ…ユニバーサルジョイント、５…ピニオンラック機構、６…タイロッド、１０…トルクセンサ、１１…イグニションキー、１２…車速センサ、１４…バッテリ、２０…モータ、３０…コントロールユニット、４０…第１電流指令値演算部、４３、４４…減算器、４５…ＰＩ制御部、４６…２相／３相変換部、４７…ＰＷＭ制御部、４８…インバータ、４９…３相／２相変換部、５０…角速度変換部、５１…第２電流指令値演算部、５２…デッドタイム補償部、６０、６１、６２…電流センサ、６３…レゾルバ、６４…電圧センサ、７０、７１…絶対値算出部、７２…前段ｑ軸電流指令値制限部、７３…ｄ軸電流指令値演算部、７４…ｄ軸電流指令値制限部、７５…後段ｑ軸電流指令値制限部、７６…符号検出部、７７…乗算部、９０…補正部、９１…係数演算部、９２…余裕量算出部、９３…可変フィルタ、９５…状態判定部

Claims (9)

1. ｑ軸電流指令値及びｄ軸電流指令値に基づいてモータに印加する電圧の電圧指令値を演算する電圧指令値演算部と、
   前記電圧指令値に基づいて前記モータに駆動電力を出力する駆動回路と、
   弱め界磁制御により前記電圧指令値を前記駆動回路に印加可能な最大電圧以下に制限する前記ｄ軸電流指令値を演算するｄ軸電流指令値演算部と、
   前記ｄ軸電流指令値演算部が演算した前記ｄ軸電流指令値を制限するｄ軸電流指令値制限部と、
   前記ｄ軸電流指令値制限部による前記ｄ軸電流指令値の制限により前記電圧指令値が前記最大電圧を超えないように前記ｑ軸電流指令値を制限するｑ軸電流指令値制限部と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記ｄ軸電流指令値制限部は、前記ｄ軸電流指令値演算部が演算した前記ｄ軸電流指令値の大きさ及び変化速度の少なくとも一方を制限することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ｑ軸電流指令値を演算するｑ軸電流指令値演算部と、
   前記ｑ軸電流指令値演算部が演算した前記ｑ軸電流指令値が、弱め界磁制御により前記電圧指令値を前記最大電圧以下にできる限界を超えている場合に、前記ｑ軸電流指令値演算部が演算した前記ｑ軸電流指令値を制限する第２のｑ軸電流指令値制限部と、を備え、
   前記ｄ軸電流指令値演算部は、前記第２のｑ軸電流指令値制限部が制限した前記ｑ軸電流指令値に基づいて前記ｄ軸電流指令値を演算し、
   前記ｑ軸電流指令値制限部は、前記第２のｑ軸電流指令値制限部が制限した前記ｑ軸電流指令値をさらに制限する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記ｄ軸電流指令値演算部は、前記モータの回転角速度及び電源電圧を変数とする第１演算式に基づいて前記ｄ軸電流指令値を演算し、
   前記第２のｑ軸電流指令値制限部は、前記モータの回転角速度及び前記電源電圧を変数とする第２演算式に基づいて演算される第１ｑ軸制限値により、前記ｑ軸電流指令値演算部が演算した前記ｑ軸電流指令値を制限し、
   前記ｑ軸電流指令値制限部は、前記モータの回転角速度及び前記電源電圧を変数とする第３演算式に基づいて演算される第２ｑ軸制限値により、前記第２のｑ軸電流指令値制限部が制限した前記ｑ軸電流指令値を制限し、
   前記モータ制御装置は、前記第１演算式、前記第２演算式、及び前記第３演算式に共通の係数を演算する係数演算部を備え、
   前記係数演算部は、少なくとも前記モータの回転角速度及び前記電源電圧を係数に含む２次の伝達関数フィルタに所定値が入力された場合の出力を前記共通の係数として演算することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記駆動回路を前記電圧指令値に基づき駆動するＰＷＭ信号のデューティ値をデッドタイム補償するデッドタイム補償部、を備え、
   前記ｄ軸電流指令値演算部は、前記駆動回路への印加電圧から前記デッドタイム補償の補償分を低減した補正後電圧に基づいて、前記ｄ軸電流指令値を補正し、
   前記ｑ軸電流指令値制限部及び前記第２のｑ軸電流指令値制限部は、それぞれ制限した前記ｑ軸電流指令値を、前記補正後電圧に基づいて補正する、
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
6. 前記ｑ軸電流指令値が前記ｑ軸電流指令値制限部又は前記第２のｑ軸電流指令値制限部により制限されるまでの余裕量を算出する余裕量算出部と、
   前記モータの回転角速度の変化及び前記駆動回路への印加電圧の変化に対する、前記ｑ軸電流指令値制限部及び前記第２のｑ軸電流指令値制限部の応答性を、前記余裕量に応じて変化させる応答性変更部と、
   を備えることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
7. 前記モータが回生状態である場合に、前記ｑ軸電流指令値演算部が演算した前記ｑ軸電流指令値の大きさと前記モータの逆起電圧により生じる電流成分の大きさとの間の大小関係を判定する状態判定部を備え、
   前記ｑ軸電流指令値制限部及び前記第２のｑ軸電流指令値制限部は、前記ｑ軸電流指令値を上限値又は下限値のいずれで制限するかを、前記状態判定部が判定した前記大小関係に応じて定める、
   ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置によって制御されるモータと、
   を備えることを特徴とする電動アクチュエータ製品。
9. 請求項１〜７の何れか一項に記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置によって制御されるモータと、
   を備え、前記モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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