JP5131432B2

JP5131432B2 - モータ用制御装置

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Publication number: JP5131432B2
Application number: JP2007029764A
Authority: JP
Inventors: 武史上田; 寛須増; 茂樹長瀬
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2013-01-30
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Description

本発明は、例えば電動パワーステアリング装置において操舵補助力を発生するために用いられるモータの出力を制御するのに適したモータ用制御装置に関する。

モータへの電力供給ラインに配置されるＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子を備えるモータ用制御装置においては、モータの目標出力に対応する電流指令値を求め、その電流指令値に基づきモータへの目標印加電圧値を演算し、その目標印加電圧値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を形成し、そのＰＷＭ制御信号によりインバータ回路を構成するスイッチング素子を開閉することで、そのモータの出力を制御している（特許文献１参照）。
特開２００１−２６８９８０号公報

モータ用制御装置においては、モータの目標出力と実出力の偏差を低減することが要求される。しかし、その偏差を十分に低減できないために所望の特性を得ることができないという問題がある。特に、モータの出力をオープンループ制御する場合、その問題は顕著になる。本発明は、そのような問題を解決することのできるモータ用制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、モータへの電力供給ラインに配置されるスイッチング素子を制御信号により開閉することで、前記モータの出力を制御するモータ用制御装置であって、前記モータの目標出力に対応する電流指令値を求める電流指令値決定部と、前記電流指令値に対応する前記モータへの目標印加電圧値の演算部と、前記スイッチング素子の開閉により生じる電力損失に対応する予め求めた等価抵抗に対応する値と、前記スイッチング素子に流れる電流の値と、前記スイッチング素子に印加される電圧の値との間の関係を記憶する記憶部と、前記スイッチング素子に流れる電流の値として、前記モータの電機子を構成する３相コイルそれぞれに流れる電流の値であるＵ相電流値、Ｖ相電流値およびＷ相電流値を求める電流決定部と、前記スイッチング素子に印加される電圧の値を求める電圧決定部と、前記モータのロータの回転位置を求める回転位置決定部と、前記回転位置に基づいて前記ロータの角速度を演算する演算部と、前記ロータの有する界磁の磁束方向に沿う軸をｄ軸、前記ｄ軸と前記ロータの回転軸とに直交する軸をｑ軸として、前記Ｕ相電流値、Ｖ相電流値、Ｗ相電流値および前記回転位置に基づいて、ｄ軸電流値とｑ軸電流値を演算する相電流座標変換部と、前記目標印加電圧値に、前記等価抵抗に対応する値と前記スイッチング素子に流れる電流の値から定まる電圧降下値を加えることで電圧指令値を求める演算部と、前記電圧指令値に応じて前記制御信号を生成する信号生成部とを備える。
本発明は、スイッチング素子の開閉により生じる電力損失が、モータの目標出力と実出力の偏差の原因の一つであることに着目したことに基づく。すなわち図６は、スイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦの動作タイミングとスイッチング素子の電力損失と時間との関係を例示している。従来、そのようなスイッチング素子の開閉により生じる過渡的な電力損失は、モータへの印加電圧に対応する電圧指令値を求める際に何ら考慮されていなかった。そのため、その電力損失によりモータへの印加電圧が降下し、モータの目標出力と実出力の偏差が生じていた。
これに対し本発明によれば、スイッチング素子の開閉により生じる電力損失に対応する等価抵抗に対応する値を予め求めて記憶し、その等価抵抗に対応する値とスイッチング素子に流れる電流の値から定まる電圧降下値を目標印加電圧値に加えることで電圧指令値を求め、その電圧指令値に応じた制御信号によりモータの出力を制御している。これにより、スイッチング素子の開閉により生じる電力損失に基づく電圧降下を補償し、モータの目標出力と実出力の偏差を低減できる。

また、スイッチング素子の開閉により生じる電力損失は、スイッチング素子に流れる電流の値とスイッチング素子に印加される電圧の値に応じて変化することから、電圧指令値を求める際に用いる等価抵抗に対応する値を、その電流の値と電圧の値に対応する値とすることで、モータの目標出力と実出力の偏差をより低減できる。

さらに本発明においては、前記モータの出力として３相ブラシレスモータの出力が、前記スイッチング素子により構成されるインバータ回路を介してオープンループ制御され、前記電流指令値決定部は、前記モータの目標出力に基づいて前記電流指令値としてｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を求めるｄｑ軸電流指令値演算部を有し、前記電圧決定部は、前記スイッチング素子に印加される実際の電圧値を検出する電圧検出器を有し、前記記憶部に、ｄ軸電流値と前記スイッチング素子に印加される電圧値とｄ軸等価抵抗値との間の関係、及び、ｑ軸電流値と前記スイッチング素子に印加される電圧値とｑ軸等価抵抗値との間の関係が記憶され、前記電圧検出器により検出される実際の電圧値と前記相電流座標変換部により求められる前記ｄ軸電流値と前記ｑ軸電流値に基づき、前記記憶部から前記ｄ軸等価抵抗値と前記ｑ軸等価抵抗値が読み出され、前記目標印加電圧値として、以下の式（１）、（２）から、ｄ軸目標印加電圧値Ｖ_dとｑ軸目標印加電圧値Ｖ_qが求められ、
Ｖ_d＝（Ｒ＋ＰＬ_d）・Ｉ_d ^*−ω・Ｌ_q・Ｉ_q ^*…（１）
Ｖ_q＝（Ｒ＋ＰＬ_q）・Ｉ_q ^*−ω・Ｌ_d・Ｉ_d ^*＋ω・Φ…（２）
前記電圧降下値として、以下の式（３）、（４）から、ｄ軸電圧降下値δＶ_dとｑ軸電圧降下値δＶ_qが求められ、
δＶ_d＝Ｒ_d・Ｉ_d…（３）
δＶ_q＝Ｒ_q・Ｉ_q…（４）
前記電圧指令値として、以下の式（５）、（６）から、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*が求められる。
Ｖ_d ^*＝Ｖ_d＋δＶ_d…（５）
Ｖ_q ^*＝Ｖ_q＋δＶ_q…（６）
式（１）〜（６）において、Ｒ_dは前記記憶部から読み出されたｄ軸等価抵抗値、Ｒ_qは前記記憶部から読み出されたｑ軸等価抵抗値、Ｉ_dはｄ軸電流値、Ｉ_qはｑ軸電流値、Ｒは予め求められた前記３相コイルの抵抗、Ｐは微分演算子、Ｌ_dは予め求められた前記３相コイルのｄ軸自己インダクタンス、Ｌ_qは予め求められた前記３相コイルのｑ軸自己インダクタンス、Ｉ_d ^*はｄ軸電流指令値、Ｉ_q ^*はｑ軸電流指令値、ωは前記ロータの角速度、Φは予め求められた前記３相コイルの鎖交磁束数の最大値の（３／２）^1/2である。
これにより、インバータ回路を介してオープンループ制御される３相ブラシレスモータの目標出力と実出力の偏差を低減できる。

本発明のモータ用制御装置によれば、モータの目標出力と実出力の偏差を低減し、モータ性能を十分に発揮できる。

図１に示す本発明の実施形態の車両用ラックピニオン式電動パワーステアリング装置１０１は、操舵により回転するステアリングシャフト１０３と、ステアリングシャフト１０３に設けられるピニオン１０３ａと、ピニオン１０３ａに噛み合うラック１０４と、操舵補助力発生用の三相ブラシレスモータ１と、モータ１の出力をラック１０４に伝達するネジ機構１１０とを備える。ラック１０４の両端は車輪（図示省略）に連結される。操舵によるピニオン１０３ａの回転により、ラック１０４が車両幅方向に沿い移動し、このラック１０４の移動により舵角が変化する。

モータ１は、ラック１０４を覆うハウジング１０８に固定されるステータ１ａと、ハウジング１０８によりベアリング１０８ａ、１０８ｂを介して回転可能に支持される筒状ロータ１ｂと、ロータ１ｂに設けられる界磁としてのマグネット１ｃとを有する。ステータ１ａは、モータ１の電機子捲線を構成するＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを有する。ロータ１ｂはラック１０４を囲む。ロータ１ｂの回転位置を求める回転位置決定部がレゾルバ２により構成され、レゾルバ２はステータ側の基準位置に対するロータ１ｂの回転角を回転位置として出力する。

ネジ機構１１０は、ラック１０４の外周に一体的に形成されたボールスクリューシャフト１１０ａと、ボールスクリューシャフト１１０ａにボールを介してねじ合わされるボールナット１１０ｂとを有する。ボールナット１１０ｂはロータ１ｂに連結されている。これにより、モータ１がボールナット１１０ｂを回転させることで、ラック１０４の長手方向に沿う操舵補助力が付与される。モータ１は制御装置１０に接続される。

図２は実施形態の制御装置１０の機能ブロック図である。制御装置１０に、レゾルバ２、ステアリングシャフト１０３により伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ７、車速を検出する車速センサ８が接続される。制御装置１０は、電流決定部１１、信号処理部１２、および駆動部１３を有する。駆動部１３は、モータ１への電力供給ラインに配置されるスイッチング素子として一対のＵ相用ＭＯＳ−ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、一対のＶ相用ＭＯＳ−ＦＥＴ１３ｖ１、１３ｖ２、および一対のＷ相用ＭＯＳ−ＦＥＴ１３ｗ１、１３ｗ２を有する。ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２はインバータ回路を構成し、ＰＷＭ制御信号により開閉されることでモータ１０の出力がインバータ回路を介してオープンループ制御される。

電流決定部１１は、ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２に流れる実際の電流の値として、３相コイルそれぞれに流れる電流の値であるＵ相電流値Ｉ_u、Ｖ相電流値Ｉ_vおよびＷ相電流値Ｉ_wを求める。本実施形態の電流決定部１１は、電流検出器１１ｕ、１１ｖ、１１ｗと、電流検出器１１ｕ、１１ｖ、１１ｗによる電流検出信号をＡＤ変換するＡＤ変換器１１ｕ′、１１ｖ′、１１ｗ′を有する。各電流検出器１１ｕ、１１ｖ、１１ｗは電流検出用抵抗ρと検出回路δを有する。各電流検出用抵抗ρは各下アームＦＥＴ１３ｕ２、ＦＥＴ１３ｖ２、ＦＥＴ１３ｗ２と接地端との間に配置される。各検出回路δは電流検出信号を出力するために電流検出用抵抗ρを流れる電流を増幅する。
なお、電流決定部１１の構成は、ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２に流れる電流の値を求めることができれば特に限定されない。例えば、電流検出器を上アームＦＥＴ１３ｕ１、１３ｖ１、１３ｗ１それぞれの上流位置や、上アームＦＥＴ１３ｕ１、１３ｖ１、１３ｗ１と下アームＦＥＴ１３ｕ２、ＦＥＴ１３ｖ２、ＦＥＴ１３ｗ２との間に配置してもよい。また、３つの電流検出器１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを設けるのに代えて、図２におけるα位置またはβ位置に配置される単一の電流検出用抵抗を有する電流検出器を用い、その電流検出器による検出電流とＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２の開閉タイミングとから各相電流値Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wを演算により求めるようにしてもよい。あるいは、３相の中の１相あるいは二相の相電流値を電流検出器により求め、残りの相電流値を演算により求めてもよい。

信号処理部１２は、制御プログラムを記憶するコンピュータにより構成され、基本目標電流演算部１５、ｄｑ軸電流指令値演算部５０、相電流座標変換部５１、ｄｑ軸電圧指令値演算部５２、電圧決定部５３、電圧座標変換部５４、記憶部５５、三相のコイルそれぞれに対応するＰＷＭ（パルス幅変調）制御部１８ｕ、１８ｖ、１８ｗを有する。記憶部５５は、制御プログラムを記憶する記憶装置の一部により構成してもよいし、その記憶装置とは別の記憶装置により構成してもよい。

基本目標電流演算部１５において、トルクセンサ７により検知される操舵トルクと、車速センサ８により検出される車速に基づいて、モータ１の目標出力に対応する基本目標電流値Ｉ^*が演算される。基本目標電流値Ｉ^*の演算は公知の方法で行うことができ、例えば、操舵トルクの大きさが大きく、車速が小さい程に基本目標電流値Ｉ^*は大きくされる。なお、基本目標電流値Ｉ^*の求め方は特に限定されず、任意の方法で求めればよい。

基本目標電流演算部１５において演算された基本目標電流値Ｉ^*はｄｑ軸電流指令値演算部５０に入力される。ｄｑ軸電流指令値演算部５０は、基本目標電流値Ｉ^*に基づいて電流指令値としてｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*とｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*を求める。すなわち、ロータ１ｂの有する界磁（マグネット１ｃ）の磁束方向に沿う軸をｄ軸、ｄ軸とロータ１ｂの回転軸とに直交する軸をｑ軸として、ｄｑ座標においてｄ軸方向の磁界を生成するためのｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*と、ｑ軸方向の磁界を生成するためのｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*が演算される。ｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*がモータ１の目標出力トルクに対応するものとされる。ｄｑ軸電流指令値演算部５０における演算は公知の演算式を用いて行うことができる。これにより、本実施形態では基本目標電流演算部１５とｄｑ軸電流指令値演算部５０が、モータ１の目標出力に対応する電流指令値を求める電流指令値決定部として機能する。なお、電流指令値決定部の構成は、モータ１の目標出力に対応する電流指令値を求めるものであれば特に限定されず、例えば電流指令値として一定の値を設定するものでもよい。

相電流座標変換部５１は、電流決定部１１により求められた相電流値Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wとレゾルバ２により検出されたロータ１ｂの回転位置とに基づいて、ｄ軸電流値Ｉ_dとｑ軸電流値Ｉ_qを演算する。相電流座標変換部５１における演算は公知の演算式を用いて行うことができる。

電圧決定部５３は、ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２に印加される実際の電圧の値Ｖ_Eを求める。本実施形態の電圧決定部５３は、図２におけるＥ１、Ｅ２で示すインバータ回路の接続点間の電圧値Ｖ_Eを検出し、検出値に対応する信号を出力する公知の電圧検出器により構成できる。

記憶部５５は、ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２の開閉により生じる電力損失に対応する予め求めた等価抵抗値を記憶する。本実施形態においては、その等価抵抗値として、ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２に流れる実際の電流の値とＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２に印加される実際の電圧の値に対応する値であるｄ軸等価抵抗値Ｒ_dとｑ軸等価抵抗値Ｒ_qが記憶される。図３は、ＦＥＴに流れる電流の値と、ＦＥＴに印加される電圧の値Ｖ_Eと、等価抵抗値との間の関係の一例を示し、このような関係に対応する値が記憶される。すなわち、相電流座標変換部５１により求められるｄ軸電流値Ｉ_dと電圧決定部５３により求められる電圧値Ｖ_Eとｄ軸等価抵抗値Ｒ_dとの間の関係が予め求められてテーブルや演算式等の形式で記憶され、また、相電流座標変換部５１により求められるｑ軸電流値Ｉ_qと電圧決定部５３により求められる電圧値Ｖ_Eとｑ軸等価抵抗値Ｒ_qとの間の関係が予め求められてテーブルや演算式等の形式で記憶される。
また、上記式（１）、（２）における３相コイルの抵抗Ｒ、ｄ軸自己インダクタンスＬ_d、ｑ軸自己インダクタンスＬ_q、鎖交磁束数の最大値の（３／２）^1/2の値Φが予め求められ、記憶部５５に記憶される。

ｄｑ軸電圧指令値演算部５２は、電流指令値と式（１）、（２）で表される関係とから定まる目標印加電圧値に、上記等価抵抗値とＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２に流れる電流の値から定まる電圧降下値を加えることで電圧指令値を求める。すなわちｄｑ軸電圧指令値演算部５２は、ｄｑ軸電流指令値演算部５０により求められたｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*およびｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*と式（１）、（２）から、目標印加電圧値であるｄ軸目標印加電圧値Ｖ_dおよびｑ軸目標印加電圧値Ｖ_qを求め、これにより電流指令値に対応するモータ１への目標印加電圧値の演算部として機能する。また、ｄｑ軸電圧指令値演算部５２は、相電流座標変換部５１により求められるｄ軸電流値Ｉ_dとｑ軸電流値Ｉ_qと上記式（３）、（４）から電圧降下値としてｄ軸電圧降下値δＶ_dとｑ軸電圧降下値δＶ_qを求め、上記式（５）、（６）から電圧指令値としてｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*を求める。この際、ｄｑ軸電圧指令値演算部５２は、レゾルバ２から時系列に入力されるロータ１ｂの回転位置に基づいて、ロータ１ｂの角速度ωを演算する演算部として機能し、また、ｄ軸等価抵抗値Ｒ_dとｑ軸等価抵抗値Ｒ_qを、電圧決定部５３により求められる電圧値Ｖ_Eと相電流座標変換部５１により求められるｄ軸電流値Ｉ_dとｑ軸電流値Ｉ_qに基づき、記憶部５５から読み出す。

本実施形態においては、電圧座標変換部５４とＰＷＭ制御部１８ｕ、１８ｖ、１８ｗが、電圧指令値であるｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*に応じて、ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２を開閉するＰＷＭ制御信号を生成する信号生成部として機能する。
すなわち、電圧座標変換部５４において、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*、ｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*およびレゾルバ２により検出されたロータ１ｂの回転位置に基づいて、Ｕ相電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ相電圧指令値Ｖ_v ^*およびＷ相電圧指令値Ｖ_w ^*が演算される。電圧座標変換部５４における演算は公知の演算式を用いて行うことができる。
ＰＷＭ制御部１８ｕ、１８ｖ、１８ｗはそれぞれ、各相電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に対応するデューティ比を有するパルス信号であるＰＷＭ制御信号を生成する。バッテリＥによりモータ１の各相のコイルに印加される電圧が電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*になるように、駆動部１３の各ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２がＰＷＭ制御信号により開閉される。すなわち、インバータ回路におけるＵ相の上アームＦＥＴ１３ｕ１のゲートに入力されるＰＷＭ制御信号と下アームＦＥＴ１３ｕ２のゲートに入力されるＰＷＭ制御信号は、一方がハイパルスである時は他方がローパルスとされ、一方の立ち下がり時と他方の立ち上がり時との間にデッドタイムが設定される。Ｖ相、Ｗ相においても同様である。これにより、モータの３相コイルに目標出力に応じた電圧が印加され、モータが駆動される。

図４のフローチャートは、実施形態の制御装置１０によるモータ１の制御手順を示す。まず、レゾルバ２、トルクセンサ７、車速センサ８、電流検出器１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ、電圧決定部５３による検出値を読み込み（ステップＳ１）、検出された操舵トルクと車速に基づき基本目標電流値Ｉ^*を演算する（ステップＳ２）。その目標電流値Ｉ^*に対応するｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*とｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*を演算し（ステップＳ３）、検出された相電流値Ｉ_u、Ｉ_v、Ｉ_wとロータ１ｂの回転位置に対応するｄ軸電流値Ｉ_dおよびｑ軸電流値Ｉ_qを演算し（ステップＳ４）、時系列に求められるロータ１ｂの回転位置に基づいてロータ１ｂの角速度ωを演算する（ステップＳ５）。その演算されたｄ軸電流値Ｉ_d、ｑ軸電流値Ｉ_qおよび検出された電圧値Ｖ_Eに対応するｄ軸等価抵抗値Ｒ_dとｑ軸等価抵抗値Ｒ_qを記憶部５５から読み出す（ステップＳ６）。次に、演算されたｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*、ｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*、ｄ軸電流値Ｉ_d、ｑ軸電流値Ｉ_q、角速度ω、読み出したｄ軸等価抵抗値Ｒ_d、ｑ軸等価抵抗値Ｒ_q、および式（１）〜（６）で表される関係から、ｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*を演算する（ステップＳ７）。その演算されたｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*とｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*に対応するＵ相電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ相電圧指令値Ｖ_v ^*およびＷ相電圧指令値Ｖ_w ^*を演算する（ステップＳ８）。演算された各相電圧指令値Ｖ_u ^*、Ｖ_v ^*、Ｖ_w ^*に対応するＰＷＭ制御信号を生成し、そのＰＷＭ制御によりＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２を開閉することでモータ１を駆動し（ステップＳ９）、制御を終了するか否かを例えばイグニッションスイッチのオン・オフにより判断し（ステップＳ１０）、終了しない場合はステップＳ１に戻る。

上記実施形態によれば、ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２の開閉により生じる電力損失に対応するｄ軸等価抵抗値Ｒ_dとｑ軸等価抵抗値Ｒ_qを予め求めて記憶し、そのｄ軸等価抵抗値Ｒ_dとｄ軸電流値Ｉ_dから定まるｄ軸電圧降下値δＶ_dをｄ軸目標印加電圧値Ｖ_dに加えることでｄ軸電圧指令値Ｖ_d ^*を求め、そのｑ軸等価抵抗値Ｒ_qとｑ軸電流値Ｉ_qから定まるｑ軸電圧降下値δＶ_qをｑ軸目標印加電圧値Ｖ_qに加えることでｑ軸電圧指令値Ｖ_q ^*を求め、その電圧指令値Ｖ_d ^*、Ｖ_q ^*に応じた制御信号によりモータ１の出力を制御している。よって、ＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２の開閉により生じる電力損失に基づく電圧降下を補償し、インバータ回路を介してオープンループ制御される３相ブラシレスモータ１の目標出力と実出力の偏差を低減できる。さらに、電圧指令値Ｖ_d ^*、Ｖ_q ^*を求める際に用いる等価抵抗値Ｒ_d、Ｒ_qをＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２に流れる電流の値とＦＥＴ１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２に印加される電圧の値に対応する値とすることで、モータ１の目標出力と実出力の偏差をより低減できる。よって、モータ１の性能を十分に発揮し、電動パワーステアリング装置の性能を向上できる。図５はモータ１の角速度と出力トルクの関係であって、目標印加電圧値Ｖ_d、Ｖ_qに電圧降下値δＶ_d、δＶ_qを加える上記実施形態の場合の関係は実線で表され、目標印加電圧値Ｖ_d、Ｖ_qに電圧降下値δＶ_d、δＶ_qを加えない従来例の場合の関係は破線で表され、上記実施形態によれば従来例に比べ出力トルクの低下を防止できることが確認できる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、本発明の制御装置により制御されるモータの用途は特に限定されない。また、モータの相数や種類も限定されず、ブラシ式モータにも本発明を適用できる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の部分破断正面図本発明の実施形態に係るモータ用制御装置の構成説明図ＦＥＴに流れる電流の値と、ＦＥＴに印加される電圧の値Ｖ_Eと、等価抵抗値との間の関係の一例を示す図本発明の実施形態に係るモータ用制御装置による制御手順を示すフローチャート本発明の実施形態に係るモータ用制御装置と従来例に係るモータ用制御装置それぞれにより制御されたモータの角速度と出力トルクの関係を示す図スイッチング素子のＯＮ、ＯＦＦの動作タイミングとスイッチング素子の電力損失と時間との関係を例示する図

符号の説明

１…３相ブラシレスモータ、１ｂ…ロータ、１０…制御装置、１１…電流決定部、１３ｕ１、１３ｕ２、１３ｖ１、１３ｖ２、１３ｗ１、１３ｗ２…ＦＥＴ（スイッチング素子）、１５…基本目標電流演算部（電流指令値決定部）、１８ｕ、１８ｖ、１８ｗ…ＰＷＭ制御部（信号生成部）、５０…ｄｑ軸電流指令値演算部（電流指令値決定部、電圧指令値の演算部）、５１…相電流座標変換部、５２…ｄｑ軸電圧指令値演算部（目標印加電圧値の演算部、角速度の演算部）、５３…電圧決定部、５４…電圧座標変換部（信号生成部）、５５…記憶部、５６…降下電圧演算部（目標印加電圧値の演算部）

Claims

モータへの電力供給ラインに配置されるスイッチング素子を制御信号により開閉することで、前記モータの出力を制御するモータ用制御装置であって、
前記モータの目標出力に対応する電流指令値を求める電流指令値決定部と、
前記電流指令値に対応する前記モータへの目標印加電圧値の演算部と、
前記スイッチング素子の開閉により生じる電力損失に対応する予め求めた等価抵抗に対応する値と、前記スイッチング素子に流れる電流の値と、前記スイッチング素子に印加される電圧の値との間の関係を記憶する記憶部と、
前記スイッチング素子に流れる電流の値として、前記モータの電機子を構成する３相コイルそれぞれに流れる電流の値であるＵ相電流値、Ｖ相電流値およびＷ相電流値を求める電流決定部と、
前記スイッチング素子に印加される電圧の値を求める電圧決定部と、
前記モータのロータの回転位置を求める回転位置決定部と、
前記回転位置に基づいて前記ロータの角速度を演算する演算部と、
前記ロータの有する界磁の磁束方向に沿う軸をｄ軸、前記ｄ軸と前記ロータの回転軸とに直交する軸をｑ軸として、前記Ｕ相電流値、Ｖ相電流値、Ｗ相電流値および前記回転位置に基づいて、ｄ軸電流値とｑ軸電流値を演算する相電流座標変換部と、
前記目標印加電圧値に、前記等価抵抗に対応する値と前記スイッチング素子に流れる電流の値から定まる電圧降下値を加えることで電圧指令値を求める演算部と、
前記電圧指令値に応じて前記制御信号を生成する信号生成部とを備え、
前記モータの出力として３相ブラシレスモータの出力が、前記スイッチング素子により構成されるインバータ回路を介してオープンループ制御され、
前記電流指令値決定部は、前記モータの目標出力に基づいて前記電流指令値としてｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を求めるｄｑ軸電流指令値演算部を有し、
前記電圧決定部は、前記スイッチング素子に印加される実際の電圧値を検出する電圧検出器を有し、
前記記憶部に、ｄ軸電流値と前記スイッチング素子に印加される電圧値とｄ軸等価抵抗値との間の関係、及び、ｑ軸電流値と前記スイッチング素子に印加される電圧値とｑ軸等価抵抗値との間の関係が記憶され、
前記電圧検出器により検出される実際の電圧値と前記相電流座標変換部により求められる前記ｄ軸電流値と前記ｑ軸電流値に基づき、前記記憶部から前記ｄ軸等価抵抗値と前記ｑ軸等価抵抗値が読み出され、
前記目標印加電圧値として、以下の式（１）、（２）から、ｄ軸目標印加電圧値Ｖ _d とｑ軸目標印加電圧値Ｖ _q が求められ、
Ｖ _d ＝（Ｒ＋ＰＬ _d ）・Ｉ _d ^* −ω・Ｌ _q ・Ｉ _q ^* …（１）
Ｖ _q ＝（Ｒ＋ＰＬ _q ）・Ｉ _q ^* −ω・Ｌ _d ・Ｉ _d ^* ＋ω・Φ…（２）
前記電圧降下値として、以下の式（３）、（４）から、ｄ軸電圧降下値δＶ _d とｑ軸電圧降下値δＶ _q が求められ、
δＶ _d ＝Ｒ _d ・Ｉ _d …（３）
δＶ _q ＝Ｒ _q ・Ｉ _q …（４）
前記電圧指令値として、以下の式（５）、（６）から、ｄ軸電圧指令値Ｖ _d ^* とｑ軸電圧指令値Ｖ _q ^* が求められ、
Ｖ _d ^* ＝Ｖ _d ＋δＶ _d …（５）
Ｖ _q ^* ＝Ｖ _q ＋δＶ _q …（６）
式（１）〜（６）において、Ｒ _d は前記記憶部から読み出されたｄ軸等価抵抗値、Ｒ _q は前記記憶部から読み出されたｑ軸等価抵抗値、Ｉ _d はｄ軸電流値、Ｉ _q はｑ軸電流値、Ｒは予め求められた前記３相コイルの抵抗、Ｐは微分演算子、Ｌ _d は予め求められた前記３相コイルのｄ軸自己インダクタンス、Ｌ _q は予め求められた前記３相コイルのｑ軸自己インダクタンス、Ｉ _d ^* はｄ軸電流指令値、Ｉ _q ^* はｑ軸電流指令値、ωは前記ロータの角速度、Φは予め求められた前記３相コイルの鎖交磁束数の最大値の（３／２） ^1/2 であるモータ用制御装置。