WO2019189646A1 - モータ制御装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

モータ制御装置および電動パワーステアリング装置 Download PDF

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WO2019189646A1
WO2019189646A1 PCT/JP2019/013771 JP2019013771W WO2019189646A1 WO 2019189646 A1 WO2019189646 A1 WO 2019189646A1 JP 2019013771 W JP2019013771 W JP 2019013771W WO 2019189646 A1 WO2019189646 A1 WO 2019189646A1
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WO
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motor
angle
unit
angle sensor
frequency
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Application number
PCT/JP2019/013771
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English (en)
French (fr)
Inventor
石村　裕幸
Original Assignee
日本電産エレシス株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device and an electric power steering device.
  • a motor control device including an inverter is used for rotation control of a motor constituting the electric power steering device.
  • the rotation angle information of the motor is detected by an angle sensor such as a resolver, and the torque supplied to the motor is controlled based on the detection result to control the motor torque.
  • the operation noise from the motor may be increased. It is known that the frequency of the motor operating sound is synchronized with the order component of the angle sensor, and the order component of the torque ripple of the motor is synchronized with the order component of the angle sensor. Therefore, if the frequency of the order component of the angle sensor can be reduced, it is predicted that the order component depending on the angle sensor of the torque ripple can be reduced and the operating noise of the motor can be improved.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2015-228723 discloses a post-filter resolver in which an angle error having a frequency component that is twice the resolver rotation frequency from the resolver rotation frequency is reduced in order to solve the problem of motor torque.
  • a motor control device having a notch filter function for calculating a rotation frequency is disclosed.
  • the frequency component of the resolver rotation frequency can be reduced, but the electrical angular velocity is calculated from the electrical angle of the resolver, A notch filter process is performed on the calculated electrical angle, and then an integration process is performed on the electrical angle after the filter process. For this reason, the conventional motor control device has a problem that the calculation processing load of the motor control device is increased.
  • the present invention provides a motor control device and an electric power steering capable of improving the operation sound of the motor based on the steering wheel operation while reducing the burden of arithmetic processing of the motor control device.
  • An object is to provide an apparatus.
  • An exemplary motor control device of the present invention includes a processing unit that calculates an electrical angle of the angle sensor based on a detection result of an angle sensor that detects a rotation angle of the motor, and the angle sensor calculated by the processing unit.
  • a filter unit that performs a filter process for attenuating a specific frequency with respect to an electrical angle; and a control unit that drives and controls the motor based on at least the corrected electrical angle of the angle sensor that has been filtered by the filter unit; Is provided.
  • An exemplary electric power steering apparatus of the present invention is an electric power steering apparatus that assists a driver's steering wheel operation, and includes a torque sensor that detects torque generated by steering wheel operation, and the motor that is driven by the motor controller. .
  • the electrical angle after the specific frequency attenuation can be easily obtained because the filter processing is performed on the electrical angle of the angle sensor.
  • the filter processing is performed on the electrical angle of the angle sensor.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an electric power steering system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of the electric power steering apparatus.
  • FIG. 3 is a block diagram of the filter unit.
  • FIG. 4 is a block diagram of the first frequency variable notch filter section.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining offset correction performed when the electrical angle of the angle sensor circulates.
  • FIG. 6 is a block diagram of the second frequency variable notch filter section.
  • FIG. 7 is a block diagram of the delay correction unit.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation example of the angle calculation processing unit.
  • FIG. 9 is a notch filter processing subroutine.
  • FIG. 9 is a notch filter processing subroutine.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the frequency component of the mechanical angle of the motor and the torque ripple amplitude when notch filter processing is not performed.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the frequency component of the mechanical angle of the motor and the torque ripple amplitude when notch filter processing is performed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the electric power steering system 10.
  • the electric power steering system 10 is a device that assists a driver's steering wheel operation in a transportation device such as an automobile.
  • the electric power steering system 10 includes a steering wheel (hereinafter also referred to as “handle”) 12, an electric power steering device 20, a power supply unit 80, and wheels 82.
  • handle a steering wheel
  • the electric power steering device 20 includes a power steering wheel (hereinafter also referred to as “handle”) 12, an electric power steering device 20, a power supply unit 80, and wheels 82.
  • handle a steering wheel
  • 80 electric power steering device 20
  • wheels 82 a power supply unit 80
  • the electric power steering device 20 includes a torque sensor 22, a motor control device 30, and a motor 70.
  • the torque sensor 22 is attached to the steering shaft 14.
  • the torque sensor 22 detects the torque applied to the steering shaft 14 when the steering shaft 14 is rotated by the operation of the steering wheel 12 by the driver.
  • the torque signal detected by the torque sensor 22 is output to the motor control device 30.
  • the motor control device 30 uses the electric power obtained from the power supply source 80 to drive the motor 70 by supplying a drive current to the motor 70 based on the torque signal input from the torque sensor 22.
  • the motor control device 30 can drive the motor 70 using not only the torque signal but also other information such as the vehicle speed. *
  • the driving force generated from the motor 70 is transmitted to the wheel 82 via the gear box 84. Thereby, the rudder angle of the wheel 82 changes.
  • the electric power steering apparatus 20 amplifies the torque of the steering shaft 14 by the motor 70 and changes the steering angle of the wheel 82. Therefore, the driver can operate the steering wheel 12 with a light force.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the electric power steering device 20.
  • the electric power steering device 20 includes a torque sensor 22, a motor control device 30, a motor 70, and an angle sensor 72. *
  • the motor control device 30 includes an electrolytic capacitor 62, a power supply relay unit 64, an inverter 66, a switch relay unit 67, a control unit 50, and a coil 86.
  • a direct current is supplied to the motor control device 30 from the power supply unit 80 via the coil 86.
  • the power relay unit 64 is provided in a power path between the power supply unit 80 and the inverter 66 and includes two power relay switching elements 640 and 641.
  • the power relay switching element 640 prevents a current from flowing from the power supply unit 80 side to the inverter 66 side when shut off.
  • the power relay switching element 641 prevents a current from flowing from the power supply unit 80 side to the inverter 66 side when shut off.
  • the electrolytic capacitor 62 is connected between the power path of the input part of the inverter 66 and the ground path.
  • the electrolytic capacitor 62 accumulates electric charges, assists power supply to the inverter 66, and smoothes pulsation.
  • the inverter 66 includes six switching elements 661 to 666 that are bridge-connected.
  • the switching elements 661 to 666 for example, a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) or IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be used.
  • the inverter 66 converts the DC from the power supply source 80 into a three-phase AC voltage and applies it to the motor 70 by controlling the switching elements 661 to 666 based on a PWM signal supplied from the control unit 50 described later. . Since the configuration of the three-phase inverter circuit and the like is a known technique, detailed description thereof is omitted. *
  • the current detection unit 68 detects current signals Iu, Iv, Iw supplied from the inverter 66 to each of the three phases of the motor 70, and the detected current signals Iu, Iv, Iw are sent to the current control unit 58 of the control unit 50. Entered. *
  • the control unit 50 includes an angle calculation processing unit 52, a rotation speed calculation processing unit 54, a torque command calculation unit 56, a current control unit 58, and a PWM generation unit 60. *
  • the angle calculation processing unit 52 includes an angle information processing unit 520, a filter unit 521, and a motor electrical angle calculation unit 522.
  • the angle information processing unit 520 converts the angle signal ⁇ detected by the angle sensor 72 into an electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72.
  • the filter unit 521 attenuates frequencies (order components) twice and five times the electrical angular frequency of the motor 70 by notch filtering the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72.
  • the motor electrical angle calculation unit 522 calculates the mechanical angle ⁇ m of the motor 70 from the electrical angle ⁇ 3 of the angle sensor 72 after the notch filter process, and calculates the calculated mechanical angle ⁇ m of the motor 70 as the rotation speed calculation processing unit 54 and the current control unit. 58 for each output.
  • the mechanical angle ⁇ m of the motor 70 is calculated based on the shaft multiple angle of the angle sensor 72, the number of pole pairs of the motor 70, and the like. *
  • the rotation speed calculation processing unit 54 calculates the mechanical angle rotation number ⁇ m of the motor 70 based on the mechanical angle ⁇ m of the motor 70 supplied from the angle calculation processing unit 52, and uses the calculated mechanical angle rotation number ⁇ m of the motor 70 as a current. Output to the control unit 58. In addition, the rotation speed calculation processing unit 54 feeds back the calculated mechanical angle rotation speed ⁇ m of the motor 70 to the angle calculation processing unit 52 (filter unit 521) for calculation of the cutoff frequency of the notch filter process. *
  • the torque command calculation unit 56 generates a torque command value Tref based on information such as the steering torque signal Tq from the torque sensor 22 and outputs the generated torque command value Tref to the current control unit 58. *
  • Current control unit 58 generates a dq-axis current command value corresponding to torque command value Tref from torque command calculation unit 56.
  • the current control unit 58 converts the generated dq axis current command value and the current signals Iu, Iv, and Iw from the current detection unit 68 into a three-phase / two-phase conversion based on the mechanical angle ⁇ m of the motor 70 from the angle calculation processing unit 52.
  • a voltage command value for converging the deviation from the detected dq axis detection current value to 0 is calculated.
  • the current control unit 58 converts the two-phase voltage command values into the three-phase AC voltage command values Vu, Vv, and Vw and outputs them to the PWM generation unit 60.
  • the PWM generator 60 generates a PWM signal based on the AC voltage command values Vu, Vv, and Vw supplied from the current controller 58, and outputs the generated PWM signal to the gates of the switching elements 661 to 666 of the inverter 66. To. *
  • the motor 70 has a stator and a rotor.
  • the stator generates a magnetic field based on the three-phase AC voltage applied by the inverter 66.
  • the rotor generates torque by being rotated by a magnetic field generated from the stator.
  • the angle sensor 72 is attached so as to face the rotation shaft of the motor 70.
  • the angle sensor 72 outputs an angle signal ⁇ to the angle calculation processing unit 52 of the control unit 50 according to a change in the angle of the rotation shaft of the motor 70.
  • a known angle detector such as a resolver or an MR sensor can be used.
  • FIG. 3 shows a filter unit 521 in the angle calculation processing unit 52.
  • the filter unit 521 includes a first frequency variable notch filter unit 100, a second frequency variable notch filter unit 200, a delay correction unit 300, and an addition unit 400.
  • the first variable frequency notch filter unit 100 includes an electric angle (electrical angle signal) ⁇ s of the angle sensor 72 supplied from the angle information processing unit 520 and a motor that is footed back from the rotation speed calculation processing unit 54 shown in FIG. Based on the mechanical angular speed ⁇ m of 70, notch filter processing is performed with a frequency twice the electrical angular frequency of the motor 70 (hereinafter sometimes referred to as a secondary component) as a cutoff frequency.
  • the electrical angle ⁇ 1 of the angle sensor 72 after the notch filter processing is output to the second frequency variable notch filter unit 200.
  • the second frequency variable notch filter unit 200 includes an electrical angle ⁇ 1 of the angle sensor 72 after the filtering process in which the second-order component is attenuated by the first frequency variable notch filter unit 100, and a footback from the rotation speed calculation processing unit 54.
  • the notch filter processing is performed with a frequency that is five times the electrical angular frequency of the motor 70 (hereinafter sometimes referred to as a fifth-order component) as a cutoff frequency.
  • the electrical angle ⁇ 2 of the angle sensor 72 after the notch filter processing is output to the adding unit 400.
  • the delay correction unit 300 calculates the phase delay correction value ⁇ c of the motor 70 based on the mechanical angle rotation number ⁇ m of the motor 70 that is backed by the rotation number calculation processing unit 54.
  • the calculated phase delay correction value ⁇ c of the motor 70 is output to the adding unit 400.
  • the adding unit 400 calculates the electrical angle ⁇ 2 of the angle sensor 72 after the filter processing in which the fifth-order component is attenuated by the second frequency variable notch filter unit 200 and the phase delay correction value ⁇ c of the motor 70 from the delay correction unit 300. Addition is performed to calculate the electrical angle ⁇ 3 of the angle sensor 72 in which the second-order component and the fifth-order component are attenuated and the phase delay is corrected.
  • the electrical angle ⁇ 3 of the angle sensor 72 is output to the motor electrical angle calculation unit 522 described above. *
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the first frequency variable notch filter unit 100.
  • the first frequency variable notch filter unit 100 for example, an IIR filter can be used.
  • the first frequency variable notch filter unit 100 includes a circulation determination unit 110, an internal state update unit 120, a secondary cutoff frequency calculation unit 130, a filter coefficient calculation unit 140, and a difference equation calculation.
  • Unit 150 *
  • the circulation determination unit 110 determines a time when the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 supplied from the angle information processing unit 520 changes suddenly, and prevents a state where the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 changes suddenly based on the determination result.
  • An offset correction value ⁇ b is acquired.
  • the offset correction value ⁇ b is output to the internal state update unit 120.
  • the offset correction value ⁇ b may be stored in advance in a memory (not shown) in association with each rotation direction of the motor 70, or may be obtained by calculation processing. *
  • FIG. 5 is a diagram for explaining offset correction when the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 changes suddenly.
  • the circulation determination unit 110 changes the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 from 360 degrees to 0 degrees in the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 that circulates repeatedly between 0 and 360 degrees. It is determined that the timing at which the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 changes suddenly, and ⁇ 360 degrees is acquired as the offset correction value ⁇ b.
  • the circulation determining unit 110 determines the angle at the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 that circulates between 0 to 360 degrees.
  • a state in which the electrical angle ⁇ s of the sensor 72 changes from 0 degree to 360 degrees is determined to be a state in which the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 changes suddenly, and 360 degrees is acquired as the offset correction value ⁇ b.
  • the internal state updating unit 120 generates the first frequency based on the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 supplied from the angle information processing unit 520 and the offset correction value ⁇ b (determination result information) supplied from the circulation determination unit 110.
  • the internal state of the variable notch filter unit 100 is updated. Specifically, as illustrated in FIG. 5, the internal state update unit 120 performs an electrical angle [x1] (previous to one sample) from the current value when the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 is 360 degrees [x0]. Value) is moved by -360 degrees based on the offset correction value ⁇ b. Thereby, before one sample, the electrical angle [x1] of the angle sensor 72 is offset to the electrical angle ⁇ [y1], and the internal state of the filter unit is updated.
  • the internal state updating unit 120 uses the electrical angle [x2] (previous time value) two sample seconds before the current value when the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 is 360 degrees [x0] based on the offset correction value ⁇ b. Move -360 degrees. Thereby, before two samples, the electrical angle [x2] of the angle sensor 72 is offset to the electrical angle [y2], and the internal state of the filter unit is updated. With such offset correction, the state in which the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 changes abruptly can be treated as a change from around 0 degrees [y0] in the electrical angle ⁇ s.
  • the updated internal state of the first frequency variable notch filter unit 100 is output to the difference equation calculation unit 150. *
  • the secondary cutoff frequency calculation unit 130 is based on the mechanical angle rotational speed ⁇ m of the motor 70 from the rotational speed calculation processing unit 54, and the secondary component cutoff frequency that changes according to the rotational speed of the motor 70. ⁇ a is calculated.
  • the calculated cutoff frequency ⁇ a of the secondary component is output to the filter coefficient calculation unit 140. For example, when the rotational speed of the motor 70 is 8.33 rps (500 rpm), the electrical angular frequency of the motor 70 is 33.33 [Hz], and the cutoff frequency of the secondary component is 66.67 [Hz]. *
  • the filter coefficient calculation unit 140 refers to the table for the filter coefficients a0, a1, a2, a3, a4 of the transfer function associated with the cutoff frequency ⁇ a of the secondary component supplied from the secondary cutoff frequency calculation unit 130. Get.
  • the table is stored in a memory (not shown), for example, and stores the cutoff frequency ⁇ a of a specific secondary component obtained by simulation and the filter coefficients a0, a1, a2, a3, a4 of the transfer function in association with each other.
  • the transfer function is given by the following equation (1). *
  • the difference equation calculation unit 150 includes the internal state information of the first frequency variable notch filter unit 100 supplied from the internal state update unit 120 and the filter coefficients a0, a1, a2, a3 supplied from the filter coefficient calculation unit 140.
  • the difference equation is calculated based on a4.
  • the difference equation is given by the following equation (2). *
  • x [0] is the input electrical angle of the current angle sensor 72
  • x [1] is the electrical angle of the angle sensor 72 one sample before the current value
  • x [2] is the current value.
  • the electrical angle of the angle sensor 72 two samples before y [0] is the output electrical angle of the current angle sensor 72
  • y [1] is the electrical angle of the angle sensor 72 one sample before the current value
  • y [2] Is the electrical angle of the angle sensor 72 two samples before the current value.
  • x [1], x [2], y [1], y [2] are objects of offset correction. Since x [0] is an input signal of the filter and y [0] is an output signal of the filter, it is not subject to offset correction. *
  • the difference equation calculation unit 150 calculates the electrical angle ⁇ 1 of the angle sensor 72 in which the secondary component is attenuated by the calculation of Expression (2).
  • the offset correction is performed at the timing when the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 circulates and changes suddenly, the occurrence of hunting or the like can be suppressed after the filtering process.
  • the calculated electrical angle ⁇ 1 of the motor 70 is output to the second frequency variable notch filter unit 200.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a configuration of the second frequency variable notch filter unit 200.
  • the second frequency variable notch filter section 200 for example, an IIR filter can be used.
  • the second frequency variable notch filter unit 200 includes a circulation determination unit 210, an internal state update unit 220, a fifth-order cutoff frequency calculation unit 230, a filter coefficient calculation unit 240, and a differential equation calculation. Part 250.
  • the configuration of the second frequency variable notch filter section 200 is substantially the same as the configuration of the first frequency variable notch filter section 100 described above, and therefore description of common portions is omitted or simplified. *
  • the circulation determination unit 210 determines a time during which the electrical angle ⁇ 1 of the angle sensor 72 supplied from the first frequency variable notch filter unit 100 changes suddenly, and suddenly changes the electrical angle ⁇ 1 of the angle sensor 72 based on the determination result.
  • An offset correction value ⁇ b for preventing the state is acquired.
  • the offset correction value ⁇ b is output to the internal state update unit 220.
  • the internal state update unit 220 is based on the electrical angle ⁇ 1 of the angle sensor 72 supplied from the first frequency variable notch filter unit 100 and the offset correction value ⁇ b (determination result information) supplied from the circulation determination unit 210.
  • the internal state of the second frequency variable notch filter unit 200 is updated. By such offset correction, the state in which the electrical angle ⁇ 1 of the angle sensor 72 changes abruptly can be treated as a change from around 0 degrees in the electrical angle ⁇ 1.
  • the updated internal state of the second frequency variable notch filter unit 200 is output to the difference equation calculation unit 250. *
  • the fifth cutoff frequency calculation unit 230 calculates the cutoff frequency ⁇ b of the fifth component that changes in accordance with the rotation speed of the motor 70 based on the mechanical angle rotation speed ⁇ m of the motor 70 from the rotation speed calculation processing unit 54.
  • the calculated cutoff frequency ⁇ b of the fifth-order component is output to the filter coefficient calculation unit 240. For example, when the rotation speed of the motor 70 is 8.33 rps (500 rpm), the electrical angular frequency of the motor 70 is 33.33 [Hz], and the cutoff frequency of the fifth component is 166.67 [Hz]. *
  • the filter coefficient calculation unit 240 transmits the filter coefficients a0, a1, a2, a3 of the transfer function (see Expression (1)) associated with the cutoff frequency ⁇ b of the fifth-order component supplied from the fifth-order cutoff frequency calculation unit 230.
  • a4 is acquired with reference to the table.
  • Each of the filter coefficients a0, a1, a2, a3, a4 is output to the difference equation calculation unit 250. *
  • the difference equation calculation unit 250 includes the internal state information of the second frequency variable notch filter unit 200 supplied from the internal state update unit 220 and the filter coefficients a0, a1, a2, a3 supplied from the filter coefficient calculation unit 240. Based on a4, a difference equation (see equation (2)) is calculated.
  • the difference equation calculation unit 250 calculates the electrical angle ⁇ 2 of the angle sensor 72 in which the fifth-order component is attenuated by the calculation of Expression (2).
  • the offset correction is performed at the timing when the electrical angle ⁇ 1 of the angle sensor 72 circulates and changes suddenly, the occurrence of hunting or the like can be suppressed after the filtering process.
  • the calculated electrical angle ⁇ 2 of the motor 70 is output to the second frequency variable notch filter unit 200.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the delay correction unit 300.
  • the delay correction unit 300 includes a motor rotation speed unit conversion unit 310, a delay correction value calculation unit 320, a motor rotation speed response ratio calculation unit 330, a ratio integration unit 340, and an UP count time code. And an inversion unit 350. *
  • the motor rotation speed unit conversion unit 310 converts the unit of the mechanical angle rotation speed of the motor 70 from the rotation speed calculation processing unit 54 from rps (revolutions per second) to rpm (revolutions per minute).
  • the converted mechanical angle rotation speed ⁇ m of the motor 70 is output to each of the delay correction value calculation section 320 and the motor rotation speed response ratio calculation section 330.
  • the delay correction value calculation unit 320 calculates the phase delay correction value ⁇ b based on the mechanical angle rotation number ⁇ m of the motor 70 supplied from the motor rotation number unit conversion unit 310. Since the delay correction value calculation unit 320 uses the first rotation direction of the motor 70 as a reference, the sign of the phase delay correction value in the second rotation direction opposite to the first rotation direction is reversed. The calculated phase delay correction value ⁇ b is output to the ratio integration unit 340. *
  • the motor rotation speed responsive ratio calculation unit 330 calculates a ratio (ratio) that is responsive to the mechanical angle rotation speed ⁇ m of the motor 70 so that a delay can be corrected as the mechanical rotation speed ⁇ m of the motor 70 increases. This is because the phase delay is proportional to the rotational speed of the motor 70 when the mechanical angle rotational speed ⁇ m of the motor 70 is less than a predetermined rotational speed.
  • the calculated ratio is output to the ratio integration unit 340. *
  • the ratio integration unit 340 integrates the phase delay correction value ⁇ b of the motor 70 supplied from the delay correction value calculation unit 320 and the ratio supplied from the motor rotation speed response ratio calculation unit 330.
  • the phase delay correction value ⁇ c obtained by the integration is output to the UP count sign inversion unit 350.
  • the phase delay correction value ⁇ c Invert the sign.
  • the phase delay correction value ⁇ c that has passed through the UP count sign inverting unit 350 is output to the adding unit 400 shown in FIG. *
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of operation of the angle calculation processing unit 52 of the control unit 50.
  • the angle calculation processing unit 52 acquires the rotation angle of the motor 70 detected by the angle sensor 72.
  • the angle calculation processing unit 52 calculates the electrical angle of the angle sensor 72 from the acquired rotation speed of the motor 70.
  • step S30 the angle calculation processing unit 52 performs linearity correction.
  • the linearity correction the order component during the low-speed rotation of the angle sensor 72 is corrected.
  • step S40 the angle calculation processing unit 52 performs zero point correction. In the zero point correction, correction is performed so that the electrical angle in the control of the motor 70 when the angle sensor 72 becomes 0 degree is 0 degree.
  • step S50 the angle calculation processing unit 52 performs notch filter processing for attenuating the second and fifth order components of the electrical angular frequency of the angle sensor 72.
  • FIG. 9 shows a notch filter processing subroutine.
  • the angle calculation processing unit 52 performs a notch filter process on the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 using a frequency that is twice the electrical angular frequency of the angle sensor 72 as a cutoff frequency.
  • the angle calculation processing unit 52 performs notch filter processing on the electrical angle ⁇ ⁇ b> 1 of the angle sensor 72 using a frequency five times the electrical angular frequency of the angle sensor 72 as a cutoff frequency.
  • step S56 the angle calculation processing unit 52 corrects the phase delay by the notch filter processing.
  • step S ⁇ b> 60 the angle calculation processing unit 52 acquires the electrical angle of the angle sensor 72 in which the frequency twice and five times the electrical angular frequency of the angle sensor 72 is attenuated. In the present embodiment, such a series of processes is repeatedly executed.
  • the notch filter processing and the like are performed.
  • the electrical angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the angle sensor 72 with the frequency attenuated can be easily obtained. This eliminates the need for complicated arithmetic processing as in the prior art, so that the processing load of the motor control device 30 can be reduced, and the secondary component and the fifth component of the angle sensor 72 when the motor 70 is driven.
  • the torque ripple of the motor synchronized with the frequency of the motor can be reduced, and the operation noise can be improved.
  • the offset correction is performed when the electrical angles ⁇ s and ⁇ 1 of the angle sensor 72 change abruptly beyond 0 degree or 360 degrees, and the electrical angles ⁇ s and ⁇ 1 of the angle sensor 72 thereafter are corrected. Therefore, the notch filter process can be performed without generating unnecessary vibration.
  • the filter processing for attenuating the frequency of the second-order component and the fifth-order component of the angle sensor 72 is performed as means for reducing the torque ripple of the motor 70.
  • the present invention is not limited to this. For example, even when any one of the frequency of the secondary component and the fifth component of the angle sensor 72 is attenuated, the torque ripple of the motor 70 can be reduced, and the operating sound of the motor 70 can be improved.
  • the other order components of the angle sensor 72 can be attenuated.
  • the offset correction target for the electrical angle ⁇ s of the angle sensor 72 is one sample before (previous value) and two samples before (previous value), but three or more offset correction targets may be set. . *
  • the measurement conditions for the torque ripple amplitude of the motor are shown below.
  • a 6-pole 9-slot brushless motor manufactured by Nidec Corporation was used as the motor.
  • the rotation speed of the motor was set to 1000 rpm.
  • a resolver was used as the angle sensor, and a resolver with 4 poles was used as the resolver.
  • the power supply voltage was 13.5V. *
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the frequency component of the motor mechanical angle and the torque ripple amplitude of the motor when notch filter processing according to the present embodiment is not performed.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the frequency component of the motor mechanical angle and the torque ripple amplitude of the motor when the notch filter processing according to the present embodiment is performed. 10 and 11, the vertical axis represents the torque ripple amplitude, the horizontal axis represents the order component of the mechanical angle of the motor, and the scale of the vertical axis represents the same scale.
  • the eighth-order component of the motor mechanical angle on the horizontal axis corresponds to the second-order component of the resolver, and the twentieth-order component of the motor mechanical angle corresponds to the fifth-order component of the resolver.
  • the torque ripple amplitude is Y1 mNm in the eighth-order component of the motor mechanical angle
  • the torque ripple amplitude is Y2 mNm in the twentieth-order component of the motor mechanical angle. It was. *
  • the torque ripple amplitude becomes Y1′mNm in the eighth-order component of the mechanical angle of the motor, and the torque ripple amplitude shown in FIG. It attenuated about 70% with respect to Y1mNm.
  • the torque ripple amplitude was Y2′mNm, which was attenuated by about 80% with respect to Y2mNm of the torque ripple amplitude shown in FIG. *
  • the torque ripple amplitude of the motor was attenuated in both the 8th order component and the 20th order component by performing the notch filter processing according to the present embodiment. That is, the notch filter processing of the present embodiment is performed on the electrical angle of the resolver, and the second-order component and fifth-order component of the resolver electrical angle are attenuated, so that the eighth-order component and the twentieth-order motor mechanical angle. It was confirmed that the torque ripple amplitude (motor operating sound) of the component can also be attenuated.

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Abstract

【課題】モータ制御装置の演算処理の負担を軽減しつつ、ハンドル操作に基づくモータの作動音の改善を図ることが可能なモータ制御装置等を提供する。【解決手段】モータ制御装置３０は、モータ７０の回転角度θを検出する角度センサ７２の検出結果に基づいて角度センサ７２の電気角θｓを算出する角度情報処理部５２０と、角度センサ７２の電気角θｓに対する電気角周波数の２倍および５倍の周波数を減衰させるノッチフィルタ処理を行うフィルタ部５２１と、少なくともノッチフィルタ処理された補正後の角度センサ７２の電気角θ３に基づいてモータ７０を駆動制御する電流制御部５８と、を備える。

Description

モータ制御装置および電動パワーステアリング装置
本発明は、モータ制御装置および電動パワーステアリング装置に関する。
従来から、電動パワーステアリング装置を構成するモータの回転制御には、インバータを含むモータ制御装置が利用されている。モータ制御装置では、モータの回転角度情報をレゾルバ等の角度センサにより検出し、その検出結果に基づいてモータに供給する電流を制御することでモータのトルク制御を行っている。　
ところで、電動パワーステアリング装置においては、ハンドルを素早く操作したときに、モータからの作動音が大きくなってしまう場合があった。モータの作動音の周波数は、角度センサの次数成分に同期し、モータのトルクリプルの次数成分が角度センサの次数成分に同期することが知られている。そのため、角度センサの次数成分の周波数を低減できれば、トルクリプルの角度センサに依存した次数成分を低減でき、かつモータの作動音も改善できると予測される。　
例えば、日本国公開公報特開２０１５－２２８７２３号公報には、モータトルクの問題を解決するために、レゾルバ回転周波数からレゾルバ回転周波数を２倍の周波数成分を持つ角度誤差を低減したフィルタ後のレゾルバ回転周波数を算出するノッチフィルタ機能を備えたモータ制御装置が開示されている。
日本国公開公報：特開２０１５－２２８７２３号公報
しかしながら、日本国公開公報特開２０１５－２２８７２３号公報に開示される従来のモータ制御装置では、レゾルバ回転周波数の周波数成分を低減させることができるが、レゾルバの電気角から電気角速度を算出し、その算出した電気角にノッチフィルタ処理を行い、その後、フィルタ処理後の電気角に積分処理を行っている。そのため、従来のモータ制御装置では、モータ制御装置の演算処理の負担が大きくなってしまうという問題があった。　
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、モータ制御装置の演算処理の負担を軽減しつつ、ハンドル操作に基づくモータの作動音の改善を図ることが可能なモータ制御装置および電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
本発明の例示的なモータ制御装置は、モータの回転角度を検出する角度センサの検出結果に基づいて当該角度センサの電気角を算出する処理部と、前記処理部により算出された前記角度センサの電気角に対して特定の周波数を減衰させるフィルタ処理を行うフィルタ部と、少なくとも前記フィルタ部によりフィルタ処理された補正後の前記角度センサの電気角に基づいて前記モータを駆動制御する制御部と、を備える。　
本発明の例示的な電動パワーステアリング装置は、運転者のハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置であって、ハンドル操作によるトルクを検出するトルクセンサと、前記モータ制御装置により駆動される前記モータと、を備える。
本発明によれば、角度センサの電気角に対してフィルタ処理を行うので、特定の周波数減衰後の電気角を簡単に求めることができる。これにより、モータ制御装置の処理負荷の軽減を図りつつ、モータの駆動時における特定周波数に同期するモータのトルクリプルを低減し、作動音の改善を図ることができる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す図である。 図２は、電動パワーステアリング装置のブロック図である。 図３は、フィルタ部のブロック図である。 図４は、第１の周波数可変ノッチフィルタ部のブロック図である。 図５は、角度センサの電気角が循環する場合に行うオフセット補正を説明するための図である。 図６は、第２の周波数可変ノッチフィルタ部のブロック図である。 図７は、遅れ補正部のブロック図である。 図８は、角度算出処理部の動作例を示すフローチャートである。 図９は、ノッチフィルタ処理のサブルーチンである。 図１０は、ノッチフィルタ処理を実施しない場合におけるモータの機械角の周波数成分とトルクリプル振幅との関係を示すグラフである。 図１１は、ノッチフィルタ処理を実施した場合におけるモータの機械角の周波数成分とトルクリプル振幅との関係を示すグラフである。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上拡張されており、実際の比率と異なる場合がある。　
＜電動パワーステアリングシステム１０の構成例＞　図１は、電動パワーステアリングシステム１０の概略構成の一例を示す図である。電動パワーステアリングシステム１０は、自動車等の輸送機器において、運転者のハンドル操作を補助する装置である。電動パワーステアリングシステム１０は、図１に示すように、ステアリングホイール（以下「ハンドル」ともいう）１２と、電動パワーステアリング装置２０と、電源供給部８０と、車輪８２とを備える。　
電動パワーステアリング装置２０は、トルクセンサ２２と、モータ制御装置３０と、モータ７０とを有する。トルクセンサ２２は、ステアリングシャフト１４に取り付けられている。トルクセンサ２２は、運転者によるステアリングホイール１２の操作によりステアリングシャフト１４が回転すると、ステアリングシャフト１４にかかるトルクを検出する。トルクセンサ２２により検出されたトルク信号は、モータ制御装置３０へ出力される。　
モータ制御装置３０は、電源供給源８０から得られる電力を利用し、トルクセンサ２２から入力されるトルク信号に基づいてモータ７０に駆動電流を供給することでモータ７０を駆動する。なお、モータ制御装置３０は、トルク信号だけではなく、例えば車速等の他の情報等を用いてモータ７０を駆動させることができる。　
モータ７０から生じる駆動力は、ギアボックス８４を介して車輪８２に伝達される。これにより、車輪８２の舵角が変化する。このように、電動パワーステアリング装置２０は、ステアリングシャフト１４のトルクを、モータ７０により増幅させて、車輪８２の舵角を変化させる。したがって、運転者は、軽い力でステアリングホイール１２を操作することができる。　
＜電動パワーステアリング装置２０の構成例＞　図２は、電動パワーステアリング装置２０の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、電動パワーステアリング装置２０は、トルクセンサ２２と、モータ制御装置３０と、モータ７０と、角度センサ７２とを備える。　
モータ制御装置３０は、電解コンデンサ６２と、電源リレー部６４と、インバータ６６と、スイッチリレー部６７と、制御部５０と、コイル８６とを有する。モータ制御装置３０には、電源供給部８０からコイル８６を介して直流電流が供給される。　
電源リレー部６４は、電源供給部８０とインバータ６６との間の電力経路に設けられ、２つの電源リレー用スイッチング素子６４０、６４１を有する。電源リレー用スイッチング素子６４０は、電源供給部８０が図示通りの極性で接続された場合、遮断時に電源供給部８０側からインバータ６６側へ電流が流れることを防止する。電源リレー用スイッチング素子６４１は、電源供給部８０が図示とは逆の極性で接続された場合、遮断時に電源供給部８０側からインバータ６６側へ電流が流れることを防止する。　
電解コンデンサ６２は、インバータ６６の入力部の電力経路とグランド経路との間に接続されている。電解コンデンサ６２は、電荷を蓄積し、インバータ６６への電力供給を補助したり、脈動を平滑化したりする。　
インバータ６６は、ブリッジ接続された６個のスイッチング素子６６１～６６６を有する。スイッチング素子６６１～６６６には、例えばＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等を用いることができる。インバータ６６は、後述する制御部５０から供給されるＰＷＭ信号に基づいてスイッチング素子６６１～６６６を制御することで、電源供給源８０からの直流を三相交流電圧に変換してモータ７０に印加する。なお、３相インバータ回路等の構成は公知技術であるので、詳細な説明は省略する。　
電流検出部６８は、インバータ６６からモータ７０の３相のそれぞれに供給される電流信号Ｉｕ，Ｉｖ,Ｉｗを検出し、検出した電流信号Ｉｕ，Ｉｖ,Ｉｗは制御部５０の電流制御部５８に入力される。　
制御部５０は、角度算出処理部５２と、回転数算出処理部５４と、トルク指令演算部５６と、電流制御部５８と、ＰＷＭ生成部６０とを有する。　
角度算出処理部５２は、角度情報処理部５２０と、フィルタ部５２１と、モータ電気角演算部５２２とを有する。角度情報処理部５２０は、角度センサ７２により検出された角度信号θを角度センサ７２の電気角θｓに変換する。フィルタ部５２１は、角度センサ７２の電気角θｓをノッチフィルタ処理することでモータ７０の電気角周波数の２倍および５倍の周波数（次数成分）を減衰させる。モータ電気角演算部５２２は、ノッチフィルタ処理後の角度センサ７２の電気角θ３からモータ７０の機械角θｍを算出し、算出したモータ７０の機械角θｍを回転数算出処理部５４および電流制御部５８のそれぞれに出力する。モータ７０の機械角θｍは、角度センサ７２の軸倍角、モータ７０の極対数等に基づいて算出される。　
回転数算出処理部５４は、角度算出処理部５２から供給されたモータ７０の機械角θｍに基づいてモータ７０の機械角回転数ωｍを算出し、算出したモータ７０の機械角回転数ωｍを電流制御部５８に出力する。また、回転数算出処理部５４は、算出したモータ７０の機械角回転数ωｍを、ノッチフィルタ処理の遮断周波数の算出用として角度算出処理部５２（フィルタ部５２１）にフィードバックする。　
トルク指令演算部５６は、トルクセンサ２２からの操舵トルク信号Ｔｑ等の情報に基づいてトルク指令値Ｔｒｅｆを生成し、生成したトルク指令値Ｔｒｅｆを電流制御部５８に出力する。　
電流制御部５８は、トルク指令演算部５６からのトルク指令値Tｒｅｆに相当するｄｑ軸電流指令値を生成する。電流制御部５８は、生成したｄｑ軸電流指令値と、電流検出部６８からの電流信号Ｉｕ，Ｉｖ,Ｉｗを角度算出処理部５２からのモータ７０の機械角θｍに基づき３相／２相変換したｄｑ軸検出電流値との偏差を、０に収束させるための電圧指令値を算出する。また、電流制御部５８は、２相の電圧指令値を３相の交流電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ,Ｖｗに変換してＰＷＭ生成部６０に出力する。　
ＰＷＭ生成部６０は、電流制御部５８から供給された交流電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ,Ｖｗに基づいてＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号をインバータ６６の各スイッチング素子６６１～６６６のゲートに出力にする。　
モータ７０は、ステータと、ロータとを有する。ステータは、インバータ６６により印加される三相交流電圧に基づいて磁界を発生させる。ロータは、ステータから生じる磁界により回転することでトルクを発生させる。　
角度センサ７２は、モータ７０の回転軸に対向するように取り付けられている。角度センサ７２は、モータ７０の回転軸の角度変化に応じて角度信号θを制御部５０の角度算出処理部５２に出力する。なお、角度センサ７２には、例えば、レゾルバまたはＭＲセンサ等の公知の角度検出器を用いることができる。　
＜角度算出処理部５２（フィルタ部５２１）の構成例＞　図３は、角度算出処理部５２におけるフィルタ部５２１
の構成の一例をブロック図である。図３に示すように、フィルタ部５２１は、第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００と、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００と、遅れ補正部３００と、加算部４００とを備える。　
第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００は、角度情報処理部５２０から供給された角度センサ７２の電気角（電気角信号）θｓと、図２に示す回転数算出処理部５４からフィートバックされるモータ７０の機械角回転数ωｍとに基づいてモータ７０の電気角周波数の２倍の周波数（以下、２次成分という場合がある）を遮断周波数とするノッチフィルタ処理を行う。ノッチフィルタ処理後の角度センサ７２の電気角θ１は、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００に出力される。　
第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００は、第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００で２次成分が減衰されたフィルタ処理後の角度センサ７２の電気角θ１と、回転数算出処理部５４からフィートバックされるモータ７０の機械角回転数ωｍとに基づいて、モータ７０の電気角周波数の５倍の周波数（以下、５次成分という場合がある）を遮断周波数とするノッチフィルタ処理を行う。ノッチフィルタ処理後の角度センサ７２の電気角θ２は、加算部４００に出力される。　
遅れ補正部３００は、回転数算出処理部５４からフィートバックされたモータ７０の機械角回転数ωｍに基づいて、モータ７０の位相遅れ補正値θｃを算出する。算出されたモータ７０の位相遅れ補正値θｃは、加算部４００に出力される。　
加算部４００は、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００で５次成分が減衰されたフィルタ処理後の角度センサ７２の電気角θ２と遅れ補正部３００からのモータ７０の位相遅れ補正値θｃとを加算し、２次成分および５次成分が減衰されると共に位相遅れが補正された角度センサ７２の電気角θ３を算出する。角度センサ７２の電気角θ３は、上述したモータ電気角演算部５２２に出力される。　
＜第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００の構成例＞　図４は、第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００の構成の一例を示すブロック図である。第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００には、例えばＩＩＲフィルタを用いることができる。図４に示すように、第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００は、循環判定部１１０と、内部状態更新部１２０と、２次遮断周波数演算部１３０と、フィルタ係数算出部１４０と、差分方程式演算部１５０とを備える。　
循環判定部１１０は、角度情報処理部５２０から供給された角度センサ７２の電気角θｓが急変する時間を判定し、その判定結果に基づいて角度センサ７２の電気角θｓの急変する状態を防止するオフセット補正値θｂを取得する。オフセット補正値θｂは、内部状態更新部１２０に出力される。なお、オフセット補正値θｂは、モータ７０の各回転方向に対応付けて図示しないメモリに予め記憶するようにしても良いし、演算処理により求めるようにしても良い。　
図５は、角度センサ７２の電気角θｓが急変する場合におけるオフセット補正を説明する図である。図５に示すように、循環判定部１１０は、０～３６０度の間を繰り返し循環する角度センサ７２の電気角θｓにおいて、角度センサ７２の電気角θｓが３６０度から０度に変化する状態を角度センサ７２の電気角θｓが急変するタイミングであると判定し、オフセット補正値θｂとして－３６０度を取得する。一方で、モータ７０（角度センサ７２）の回転が図５の場合とは反対方向の場合、循環判定部１１０は、０～３６０度の間を繰り返し循環する角度センサ７２の電気角θｓにおいて、角度センサ７２の電気角θｓが０度から３６０度に変化する状態を角度センサ７２の電気角θｓが急変する状態であると判定し、オフセット補正値θｂとして３６０度を取得する。　
内部状態更新部１２０は、角度情報処理部５２０から供給された角度センサ７２の電気角θｓと、循環判定部１１０から供給されたオフセット補正値θｂ（判定結果情報）に基づいて、第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００の内部状態を更新する。具体的には、図５に示すように、内部状態更新部１２０は、角度センサ７２の電気角θｓが３６０度［ｘ０］であるときの現在値より１サンプル前の電気角［ｘ１］（前回値）をオフセット補正値θｂに基づいて－３６０度移動させる。これにより、１サンプル前では、角度センサ７２の電気角［ｘ１］が電気角θ［ｙ１］にオフセットし、フィルタ部の内部状態が更新される。また、内部状態更新部１２０は、角度センサ７２の電気角θｓが３６０度［ｘ０］であるときの現在値より２サンプル秒前の電気角［ｘ２］（前々回値）をオフセット補正値θｂに基づいて－３６０度移動させる。これにより、２サンプル前では、角度センサ７２の電気角［ｘ２］が電気角［ｙ２］にオフセットし、フィルタ部の内部状態が更新される。このようなオフセット補正により、角度センサ７２の電気角θｓが急激に変化する状態を、電気角θｓにおける０度［ｙ０］付近からの変化として扱うことができる。更新された第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００の内部状態は、差分方程式演算部１５０に出力される。　
また、モータ７０の回転方向が反対方向の場合でも、角度センサ７２の電気角θｓが急変する現在値の１サンプル前および２サンプル前のタイミングで、角度センサ７２の電気角θｓをオフセット補正値θｂに基づいてオフセット補正する。なお、オフセット補正の詳細は、上述した手法と同一であるため、省略する。　
図４に戻り、２次遮断周波数演算部１３０は、回転数算出処理部５４からのモータ７０の機械角回転数ωｍに基づいて、モータ７０の回転数に応じて変化する２次成分の遮断周波数ωａを算出する。算出された２次成分の遮断周波数ωａは、フィルタ係数算出部１４０に出力される。例えば、モータ７０の回転数が８．３３ｒｐｓ（５００ｒｐｍ）である場合、モータ７０の電気角周波数は３３．３３［Ｈｚ］となり、２次成分の遮断周波数は６６．６７［Ｈｚ］となる。　
フィルタ係数算出部１４０は、２次遮断周波数演算部１３０から供給された２次成分の遮断周波数ωａに対応付けられた伝達関数のフィルタ係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を、テーブルを参照して取得する。テーブルは、例えば図示しないメモリに記憶され、シミュレーションにより得られた特定の２次成分の遮断周波数ωａと伝達関数のフィルタ係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４とを対応付けて記憶する。伝達関数は、以下の式（１）により与えられる。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
なお、上記式（１）において、ノッチフィルタの場合、係数ａ０と係数ａ２、係数ａ１と係数ａ３とは同じ値となる。上記式（１）に基づくフィルタ係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４のそれぞれは、差分方程式演算部１５０に出力される。　
差分方程式演算部１５０は、内部状態更新部１２０から供給された第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００の内部状態情報と、フィルタ係数算出部１４０から供給されたフィルタ係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４とに基づいて差分方程式を演算する。差分方程式は、以下の式（２）により与えられる。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
上記式（２）において、ｘ［０］は現在値の角度センサ７２の入力電気角、ｘ［１］は現在値より１サンプル前の角度センサ７２の電気角、ｘ［２］は現在値より２サンプル前の角度センサ７２の電気角、ｙ［０］は現在値の角度センサ７２の出力電気角、ｙ［１］は現在値より１サンプル前の角度センサ７２の電気角、ｙ［２］は現在値より２サンプル前の角度センサ７２の電気角である。また、上記式（２）において、ｘ［１］，ｘ［２］，ｙ［１］，ｙ［２］がオフセット補正の対象である。ｘ［０］はフィルタの入力信号であり、ｙ［０］はフィルタの出力信号であるため、オフセット補正の対象外である。　
差分方程式演算部１５０は、式（２）の演算により、２次成分が減衰された角度センサ７２の電気角θ１を算出する。本実施の形態では、角度センサ７２の電気角θｓが循環して急激に変化するタイミングでオフセット補正を行うので、フィルタ処理後においてハンチング等の発生を抑制できる。算出されたモータ７０の電気角θ１は、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００に出力される。　
＜第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００の構成例＞　図６は、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００の構成の一例を示すブロック図である。第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００には、例えばＩＩＲフィルタを用いることができる。図６に示すように、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００は、循環判定部２１０と、内部状態更新部２２０と、５次遮断周波数演算部２３０と、フィルタ係数算出部２４０と、差分方程式演算部２５０とを備える。なお、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００の構成は、上述した第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００の構成と略同一であるため、共通する部分の説明は省略または簡略化する。　
循環判定部２１０は、第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００から供給された角度センサ７２の電気角θ１が急変する時間を判定し、その判定結果に基づいて角度センサ７２の電気角θ１の急変する状態を防止するオフセット補正値θｂを取得する。オフセット補正値θｂは、内部状態更新部２２０に出力される。　
内部状態更新部２２０は、第１の周波数可変ノッチフィルタ部１００から供給された角度センサ７２の電気角θ１と、循環判定部２１０から供給されたオフセット補正値θｂ（判定結果情報）とに基づいて、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００の内部状態を更新する。このようなオフセット補正により、角度センサ７２の電気角θ１が急激に変化する状態を、電気角θ１における０度付近からの変化として扱うことができる。更新された第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００の内部状態は、差分方程式演算部２５０に出力される。　
５次遮断周波数演算部２３０は、回転数算出処理部５４からのモータ７０の機械角回転数ωｍに基づいて、モータ７０の回転数に応じて変化する５次成分の遮断周波数ωｂを算出する。算出された５次成分の遮断周波数ωｂは、フィルタ係数算出部２４０に出力される。例えば、モータ７０の回転数が８．３３ｒｐｓ（５００ｒｐｍ）である場合、モータ７０の電気角周波数は３３．３３［Ｈｚ］となり、５次成分の遮断周波数は１６６．６７［Ｈｚ］となる。　
フィルタ係数算出部２４０は、５次遮断周波数演算部２３０から供給された５次成分の遮断周波数ωｂに対応付けられた伝達関数（式（１）参照）のフィルタ係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を、テーブルを参照して取得する。フィルタ係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４には、２次成分の場合の係数とは異なる値を用いることができる。フィルタ係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４のそれぞれは、差分方程式演算部２５０に出力される。　
差分方程式演算部２５０は、内部状態更新部２２０から供給された第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００の内部状態情報と、フィルタ係数算出部２４０から供給されたフィルタ係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３，ａ４とに基づいて差分方程式（式（２）参照）を演算する。差分方程式演算部２５０は、式（２）の演算により、５次成分が減衰された角度センサ７２の電気角θ２を算出する。本実施の形態では、角度センサ７２の電気角θ１が循環
して急激に変化するタイミングでオフセット補正を行うので、フィルタ処理後においてハンチング等の発生を抑制できる。算出されたモータ７０の電気角θ２は、第２の周波数可変ノッチフィルタ部２００に出力される。　
＜遅れ補正部３００の構成例＞　図７は、遅れ補正部３００の構成の一例を示すブロック図である。図７に示すように、遅れ補正部３００は、モータ回転数単位変換部３１０と、遅れ補正値算出部３２０と、モータ回転数応動レシオ算出部３３０と、レシオ積算部３４０と、ＵＰカウント時符号反転部３５０とを備える。　
モータ回転数単位変換部３１０は、回転数算出処理部５４からのモータ７０の機械角回転数の単位をｒｐｓ（revolutions per second）からｒｐｍ（revolutions per minute）に変換する。変換されたモータ７０の機械角回転数ωｍは、遅れ補正値算出部３２０およびモータ回転数応動レシオ算出部３３０のそれぞれに出力される。　
遅れ補正値算出部３２０は、モータ回転数単位変換部３１０から供給されたモータ７０の機械角回転数ωｍに基づいて位相遅れ補正値θｂを算出する。遅れ補正値算出部３２０は、モータ７０の第１の回転方向を基準とするので、第１の回転方向とは反対の第２の回転方向の位相遅れ補正値については符号を反転する。算出された位相遅れ補正値θｂは、レシオ積算部３４０に出力される。　
モータ回転数応動レシオ算出部３３０は、モータ７０の機械角回転数ωｍの上昇に合わせて遅れ補正が可能となるようにモータ７０の機械角回転数ωｍに応動したレシオ（比率）を算出する。これは、モータ７０の機械角回転数ωｍが所定回転未満では、位相遅れがモータ７０の回転数に比例するからである。算出されたレシオは、レシオ積算部３４０に出力される。　
レシオ積算部３４０は、遅れ補正値算出部３２０から供給されたモータ７０の位相遅れ補正値θｂとモータ回転数応動レシオ算出部３３０から供給されたレシオとを積算する。積算により得られた位相遅れ補正値θｃは、ＵＰカウント時符号反転部３５０に出力される。　
ＵＰカウント時符号反転部３５０は、遅れ補正値算出部３２０ではモータ７０の第１の回転方向を基準としているので、モータ７０の回転方向が第２の回転方向の場合、位相遅れ補正値θｃの符号を反転する。ＵＰカウント時符号反転部３５０を経由した位相遅れ補正値θｃは、図３に示した加算部４００に出力される。　
＜角度算出処理部５２の動作例＞　図８は、制御部５０の角度算出処理部５２の動作の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、ステップＳ１０において、角度算出処理部５２は、角度センサ７２により検出されたモータ７０の回転角度を取得する。ステップＳ２０において、角度算出処理部５２は、取得したモータ７０の回転速度から角度センサ７２の電気角を算出する。　
ステップＳ３０において、角度算出処理部５２は、リニアリティ補正を行う。リニアリティ補正では、角度センサ７２の低速回転時における次数成分を補正する。ステップＳ４０において、角度算出処理部５２は、零点補正を行う。零点補正では、角度センサ７２が０度となったときのモータ７０の制御上の電気角が０度となるように補正する。ステップＳ５０において、角度算出処理部５２は、角度センサ７２の電気角周波数の２次および５次成分を減衰させるノッチフィルタ処理を行う。　
図９は、ノッチフィルタ処理のサブルーチンを示す。ステップＳ５２において、角度算出処理部５２は、角度センサ７２の電気角周波数の２倍の周波数を遮断周波数とするノッチフィルタ処理を角度センサ７２の電気角θｓに対して行う。ステップＳ５４において、角度算出処理部５２は、角度センサ７２の電気角周波数の５倍の周波数を遮断周波数とするノッチフィルタ処理を角度センサ７２の電気角θ１に対して行う。ステップＳ５６において、角度算出処理部５２は、ノッチフィルタ処理による位相遅れの補正を行う。ステップＳ５６のサブルーチンが終了したら、図８に示すステップＳ６０に進む。　
ステップＳ６０において、角度算出処理部５２は、角度センサ７２の電気角周波数の２倍および５倍の周波数が減衰された角度センサ７２の電気角を取得する。本実施の形態では、このような一連の処理が繰り返し実行される。　
以上説明したように、本実施の形態によれば、角度センサ７２の電気角θｓの急変するタイミングで電気角θｓをオフセット補正した後にノッチフィルタ処理等を行うので、２次成分および５次成分の周波数を減衰させた角度センサ７２の電気角θ１，θ２を簡単に得ることができる。これにより、従来のように複雑な演算処理が不要となるため、モータ制御装置３０の処理負荷の軽減を図ることができると共に、モータ７０の駆動時における角度センサ７２の２次成分および５次成分の周波数に同期するモータのトルクリプルを低減し、作動音の改善を図ることができる。　
また、本実施の形態によれば、角度センサ７２の電気角θｓ，θ１が０度または３６０度を超えて急激に変化する場合にオフセット補正を行い、その後の角度センサ７２の電気角θｓ，θ１に対してノッチフィルタ処理を行うので、不要な振動を発生させることなく、ノッチフィルタ処理を行うことができる。　
さらに、従来では、角度センサの次数成分毎に角度センサが検出したモータの回転角度に依存した補正値を計算し、次数成分の補正処理を行う場合があった。しかし、この技術では、角度センサの次数成分が速度依存性またはモータ電流依存性があると、補正を適切に行うことができないという問題があった。また、補正計算がモータの回転速度およびモータ電流に依存したマップ演算が必要になる場合があり、マップ作成作業負荷およびソフトウェアの処理負担が大きくなるという問題があった。これに対し、本実施の形態のノッチフィルタ処理によれば、２次成分および５次成分の遮断周波数ωａ，ωｂで効果の高い減衰が可能となるため、モータ７０の回転速度やモータ電流の依存性があったとしても、角度センサ７２の次数成分を十分に低減させることができる。　
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。上述した実施の形態では、モータ７０のトルクリプルの低減手段として、角度センサ７２の２次成分および５次成分の周波数を減衰させるフィルタ処理を行ったが、これに限定されることはない。例えば、角度センサ７２の２次成分および５次成分の周波数の何れか一方を減衰させた場合でも、モータ７０のトルクリプルを低減させることができ、モータ７０の作動音の改善を図ることができる。さらに、角度センサ７２の２次成分および５次成分の少なくとも一方に加えて、角度センサ７２の他の次数成分を減衰させることもできる。さらに、角度センサ７２の電気角θｓ等のオフセット補正の対象として、１サンプル前（前回値）、２サンプル前（前々回値）としたが、３個以上のオフセット補正の対象を設定しても良い。　
＜実施例＞　次に、本実施の形態に係るノッチフィルタ処理を行った場合におけるモータのトルクリプル振幅の減衰効果を確認する検証を行った。　
モータのトルクリプル振幅の測定条件を以下に示す。モータには、６極９スロットのブラシレスモータ（日本電産株式会社製）を使用した。モータの回転数は１０００ｒｐｍに設定した。角度センサにはレゾルバを使用し、レゾルバとしては極数４のレゾルバを使用した。電源電圧は１３．５Ｖとした。　
図１０は、本実施の形態に係るノッチフィルタ処理を実施しない場合におけるモータの機械角の周波数成分とモータのトルクリプル振幅との関係を示すグラフである。図１１は、本実施の形態に係るノッチフィルタ処理を実施した場合におけるモータの機械角の周波数成分とモータのトルクリプル振幅との関係を示すグラフである。なお、図１０および図１１において、縦軸はトルクリプルの振幅を示し、横軸はモータの機械角の次数成分を示し、縦軸の目盛は同一スケールである。また、横軸におけるモータの機械角の８次成分がレゾルバの２次成分に相当し、モータの機械角の２０次成分がレゾルバの５次成分に相当する。　
図１０に示すように、本実施の形態のノッチフィルタ処理を行わない場合、モータの機械角の８次成分ではトルクリプル振幅がＹ１ｍＮｍとなり、モータの機械角の２０次成分ではトルクリプル振幅がＹ２ｍＮｍとなった。　
これに対し、図１１に示すように、本実施の形態のノッチフィルタ処理を行った場合、モータの機械角の８次成分では、トルクリプル振幅がＹ１´ｍＮｍとなり、図１０に示したトルクリプル振幅のＹ１ｍＮｍに対して約７０％減衰した。また、モータの機械角の２０次成分では、トルクリプル振幅がＹ２´ｍＮｍとなり、図１０に示したトルクリプル振幅のＹ２ｍＮｍに対して約８０％減衰した。　
これらの結果から、本実施の形態に係るノッチフィルタ処理を行うことで、８次成分および２０次成分の両方においてモータのトルクリプル振幅が減衰していることが確認された。すなわち、本実施の形態のノッチフィルタ処理をレゾルバの電気角に対して実施し、レゾルバの電気角の２次成分および５次成分を減衰させることで、モータの機械角の８次成分および２０次成分のトルクリプル振幅（モータ作動音）も減衰できることが確認された。
２０　電動パワーステアリング装置２２　トルクセンサ３０　モータ制御装置５２　角度算出処理部５４　回転数算出処理部５８　電流制御部（制御部）７０　モータ７２　角度センサ１００　第１の周波数可変ノッチフィルタ部２００　第２の周波数可変ノッチフィルタ部５２１　フィルタ部

Claims (5)

  1. モータの回転角度を検出する角度センサの検出結果に基づいて当該角度センサの電気角を算出する処理部と、　前記処理部により算出された前記角度センサの電気角に対して特定の周波数を減衰させるフィルタ処理を行うフィルタ部と、　少なくとも前記フィルタ部によりフィルタ処理された補正後の前記角度センサの電気角に基づいて前記モータを駆動制御する制御部と、　を備える、モータ制御装置。
  2. 前記フィルタ部は、前記処理部により算出された前記角度センサの前記電気角が０から３６０度の間で循環したときに前記電気角の前回値および前々回値をオフセットする　請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 前記モータの回転数を算出する回転数算出処理部を備え、　前記フィルタ部は、前記回転数算出処理部により算出される前記モータの回転数に基づいて前記周波数を可変する　請求項１または２に記載のモータ制御装置。
  4. 前記周波数は、前記モータの回転数から算出される前記モータの電気角周波数の２倍および５倍の少なくとも一方の周波数である　請求項１から３の何れか一項に記載のモータ制御装置。
  5. 運転者のハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置であって、　ハンドル操作によるトルクを検出するトルクセンサと、　前記請求項１から４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り駆動される前記モータと、　を備える、電動パワーステアリング装置。  
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