(57)【要約】【課題】低速域用位置検出と高速域用位置検出との切換えを適切に行うことにより、正確なロータ位置の推定を可能とし、モータを効率的に制御できるようにする。【解決手段】位置推定部２１は、電動モータ３の回転位置を求める。位置推定部２１は、低速域用位置推定部４１と、高速域用位置推定部４２と、切換判定部４３と、切換部４４とを備えている。低速域用位置推定部４１は、電動モータ３が低速域で回転しているときに低速推定回転位置θ^Ｌを生成する。高速域用位置推定部４２は、電動モータ３が高速域で回転しているときに高速推定回転位置θ^Ｈを生成する。切換部４４は、低速推定回転位置θ＾Ｌおよび高速推定回転位置θ＾Ｈのいずれかを選択し、推定回転位置θ＾として出力する。切換判定部４３は、低速域と高速域との重複領域である切換速度領域において、回転速度ωと回転加速度αとの符号の異同に応じて、切換部４４に切換えを指令する。【選択図】図１
2010178609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、このロータに対向するステータとを備えたモータを制御するためのモータ制御装置であって、
ロータの回転速度が所定の低速領域にあるときにロータ回転位置を演算するための低速域用位置演算手段と、
ロータの回転速度が所定の高速領域にあるときにロータ回転位置を演算するための高速域用位置演算手段と、
前記ロータの回転速度を演算するロータ速度演算手段と、
前記ロータの回転加速度を演算するロータ加速度演算手段と、
低速領域と高速領域との重複領域にあり、前記低速域用位置演算手段および前記高速域用位置演算手段の作動切換えを行うための切換用速度領域において、当該切換用速度領域におけるロータ回転速度の符号およびロータ回転加速度の符号に基づいて、その時点におけるモータ駆動に使用するロータ回転位置を取得するために、前記低速域用位置演算手段および前記高速域用位置演算手段の選択切換えを行うための切換手段と
を含む、モータ制御装置。
【請求項２】
前記切換手段は、前記切換用速度領域において、前記高速域用位置演算手段および前記低速域用位置演算手段により各々演算されたロータ回転位置の差に基づいて、前記選択切換えのための判定処理を起動させるための起動手段を含む、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記切換手段は、ロータ回転速度の符号およびロータ回転加速度の符号が同符号であれば前記高速域用位置演算手段を選択し、ロータ回転速度の符号およびロータ回転加速度の符号が異符号であれば前記低速域用位置演算手段を選択する、請求項１または２記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスモータをセンサレス駆動するためのモータ制御装置に関する。ブラシレスモータは、たとえば、電動パワーステアリング装置における操舵補助力の発生源として利用される。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータを駆動制御するためのモータ制御装置は、一般に、ロータの回転位置を検出するための位置センサの出力に応じてモータ電流の供給を制御するように構成されている。しかし、位置センサの耐環境性が問題となるうえ、高価な位置センサおよびこれに関連する配線がコストの削減を阻害し、かつ、小型化を阻害している。そこで、位置センサを用いることなくブラシレスモータを駆動するセンサレス駆動方式が提案されている。センサレス駆動方式は、ロータの回転に伴う誘起電圧を推定することによって、磁極の位相（ロータの電気角）を推定する方式である。
【０００３】
ロータ停止時および極低速回転時には、誘起電圧を推定できないので、別の方式で磁極の位相が推定される。具体的には、図２(a)に示すように、ロータ５０の回転中心を原点とする固定座標であるαβ座標の原点まわりにロータ５０の回転方向に沿って回転する高周波電圧ベクトル（大きさは一定）が形成されるように、高周波探査電圧がＵ，Ｖ，Ｗ相のステータ巻線５１，５２，５３に印加される。高周波電圧ベクトルは、ロータ５０の回転速度に対して十分に高速に回転する電圧ベクトルである。この高周波電圧ベクトルの印加に伴って、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のステータ巻線５１，５２，５３に電流が流れる。この三相の電流の大きさおよび方向をαβ座標上で表した電流ベクトルは、原点まわりに回転することになる。
【０００４】
ロータ５０のインダクタンスは、磁束方向に沿う磁極軸であるｄ軸と、これに直交するｑ軸（トルク方向に沿う軸）とで異なる値をとる。そのため、電流ベクトルの大きさは、ｄ軸に近い方向の場合に大きく、ｑ軸に近い方向の場合に小さくなる。その結果、図２(b)に示すように、電流ベクトルの終点は、αβ座標上において、ロータ５０のｄ軸方向を長軸とする楕円形の軌跡５４を描く。
【０００５】
したがって、電流ベクトルの大きさは、ロータ５０のＮ極方向およびＳ極方向において極大値を有する。すなわち、電圧ベクトルの大きさが図３(b)のように変化するのに対して、電流ベクトルの大きさは、図３(a)に示すように、その１周期中に、２つの極大値を有する。この場合、電圧ベクトルの大きさが十分に大きければ、ステータの磁気飽和の影響により、ロータ５０のＮ極側の方がＳ極側よりもインダクタンスが小さくなり、Ｎ極方向の電流ベクトルの大きさが最大値をとることになる（曲線Ｌ１参照）。
【０００６】
そこで、十分に大きな高周波電圧ベクトルを印加してＮ極に対応した電流ベクトルの極大を特定しておき、その後は、大きさを小さくした高周波電圧ベクトルを印加し、電流ベクトルの極大値に基づいて、ロータ５０の位相を推定することができる。より具体的には、大きさが最大値をとるときの電流ベクトルのα軸成分Ｉαおよびβ軸成分Ｉβにより、ロータ５０の位相角（電気角）θは、θ＝Ｔan-1（Ｉβ／Ｉα）として求められる。
【０００７】
誘起電圧を用いてロータ位置を推定できる高速域においては、高周波探査電圧を用いた位置推定手法を用いることは適切ではない。これは、高周波探査電圧の印加によって効率が低下するおそれがあるうえ、モータの制御に悪影響を及ぼすおそれがあるからである。
そこで、ロータ停止時および極低速回転時には、高周波探査電圧を用いてロータ位置を推定する低速域用位置推定処理で推定位置θＬを求める一方で、高速域では、誘起電圧を用いてロータ位置を推定する高速域用位置推定処理で推定位置θＨを求めることが提案されている（特許文献１）。モータの回転速度が低くも高くもない中間領域においては、低速域用および高速域用の位置推定処理で求められた推定位置θＬ，θＨを内分処理して推定位置θＭが求められる。内分比は、ロータ回転速度に応じて徐々に変化させられる。これにより、ロータ推定位置θＬ，θＨが不一致のときでもロータ推定位置の連続性が確保されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２０１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１の先行技術では、中間領域の上限速度と下限速度とを、事前に調査して決定しておく必要がある。ところが、モータの使用条件が変われば、低速域用および高速域用の位置推定処理の精度はそれぞれ変化するから、上限速度および下限速度を各一定の値に定めることは必ずしも適切ではない。具体的には、中間領域において、低速域用および高速域用の位置推定処理のうちのいずれかの推定精度が著しく悪化している条件では、内分処理を行うことによって、推定精度が悪化していない位置推定処理結果を単独で用いるよりも、位置推定精度が低くなる。これにより、モータの効率的な駆動が阻害されるおそれがある。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、低速域用位置推定処理と高速域用位置推定処理との切換えを適切に行うことができ、これによって正確なロータ位置の推定が可能になり、それによってモータを効率的に制御することができるモータ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、ロータ（５０）と、このロータに対向するステータ（５５）とを備えたモータ（３）を制御するためのモータ制御装置（５）であって、ロータの回転速度が所定の低速領域（６１）にあるときにロータ回転位置（θ＾Ｌ）を演算するための低速域用位置演算手段（４１）と、ロータの回転速度が所定の高速領域（６２）にあるときにロータ回転位置（θ＾Ｈ）を演算するための高速域用位置演算手段（４２）と、前記ロータの回転速度（ω）を演算するロータ速度演算手段（２２）と、前記ロータの回転加速度（α）を演算するロータ加速度演算手段（２３）と、低速領域と高速領域との重複領域にあり、前記低速域用位置演算手段および前記高速域用位置演算手段の作動切換えを行うための切換用速度領域（６０）において、当該切換用速度領域におけるロータ回転速度の符号およびロータ回転加速度の符号に基づいて、その時点におけるモータ駆動に使用するロータ回転位置（θ＾）を取得するために、前記低速域用位置演算手段および前記高速域用位置演算手段の選択切換えを行うための切換手段（４３，４４，Ｓ４，Ｓ８）とを含む、モータ制御装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１２】
この構成によれば、低速域用位置演算手段が求めるロータ回転位置（低速回転位置）および高速域用位置演算手段が求めるロータ回転位置（高速回転位置）のいずれかが選択されて、モータ駆動のためのロータ回転位置として用いられる。低速領域と高速領域との重複領域にある切換用速度領域（中間領域）においては、切換手段によって、低速回転位置および高速回転位置のうちのいずれかが選択される。この切換えは、ロータ回転速度の符号およびロータ回転加速度の符号に基づいて適切に行うことができるので、切換えの前後に選択される回転位置はいずれも一定以上の精度を有することができる。また、低速回転位置および高速回転位置の内分処理を行う構成ではないので、いずれかに大きな誤差が生じている場合でも、この誤差が、選択される回転位置に影響することがない。よって、良好な精度で回転位置を推定できるから、この推定された回転位置に基づいて、モータを効率的に駆動することができる。
【００１３】
より具体的には、請求項３に記載されているように、前記切換手段は、ロータ回転速度の符号およびロータ回転加速度の符号が同符号であれば前記高速域用位置演算手段を選択し、ロータ回転速度の符号およびロータ回転加速度の符号が異符号であれば前記低速域用位置演算手段を選択するものであってもよい。
ロータ回転速度およびロータ回転加速度が同符号であれば、ロータが加速中（回転速度の絶対値が増加中）であることになる。したがって、ロータ回転速度が高速域へと突入する過程であると判断できるから、高速回転位置を選択することが適切である。逆に、ロータ回転速度およびロータ回転加速度が異符号であれば、ロータが減速中（回転速度の絶対値が減少中）であることになる。したがって、ロータ回転速度が低速域へと突入する過程であると判断できるから、低速回転位置を選択することが適切である。
【００１４】
また、請求項２に記載されているように、前記切換手段は、前記切換用速度領域において、前記高速域用位置演算手段および前記低速域用位置演算手段により各々演算されたロータ回転位置の差に基づいて、前記選択切換えの判定処理（Ｓ４，Ｓ８）を起動させるための起動手段（Ｓ３，Ｓ７）を含むことが好ましい。この構成により、低速回転位置と高速回転位置との切換えを、適切なタイミングで行うことができる。
【００１５】
たとえば、低速回転位置および高速回転位置の差が所定のしきい値以下であれば、低速回転位置および高速回転位置のいずれもが妥当な値（すなわち、ある程度以上の精度を有している値）であり、しかも、低速回転位置と高速回転位置とを切り換えても、実質的な不連続が生じない。より具体的には、低速回転位置および高速回転位置の偏差が所定のしきい値以下である状態が所定時間以上継続すれば、低速回転位置および高速回転位置が妥当な値を有しており、それらを切り換えることができる条件が整っていると考えられる。そこで、このような状況のときに、選択切換えのための判定処理を起動させ、低速回転位置と高速回転位置との切換判定を行わせるとよい。これにより、切換えの前後において、いずれも一定以上の精度でロータ回転位置を推定できるから、効率のよいモータ制御を行うことができる。しかも、低速回転位置と高速回転位置との切換えが生じる回転速度を予め定めているわけでもなく、モータの使用条件が変動しても、適切な切換えを行うことができる。
【００１６】
前記モータ制御装置は、前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段（９）をさらに含み、前記低速域用位置演算手段は、前記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流に基づいてモータの回転位置を推定するものであってもよい。この場合、さらに、前記モータに印加されるモータ電圧を指示するモータ電圧指示手段（１３，１４）を備え、モータ電流およびモータ電圧に基づいてモータの回転位置を推定する構成としてもよい。
【００１７】
また、前記モータ制御装置は、前記モータに流れるモータ電流を検出するモータ電流検出手段（９）と、前記モータに印加されるモータ電圧を指示するモータ電圧指示手段（１３，１４）とをさらに含み、前記高速域用位置演算手段は、前記モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流および前記モータ電圧指示手段によって指示されるモータ電圧に基づいてモータの回転位置を推定するものであってもよい。たとえば、モータ電流とモータ指示電圧とに基づいてモータの誘起電圧を推定し、この推定された誘起電圧に基づいてモータの回転位置を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図２】高周波電圧ベクトルおよび電流ベクトルの回転を説明するための図である。
【図３】高周波電圧ベクトルの印加によるロータ位相角推定動作を説明するための図である。
【図４】低速域用位置推定部の構成例を説明するためのブロック図である。
【図５】高速域用位置推定部の構成例を示すブロック図である。
【図６】外乱オブザーバおよびこれに関連する構成の一例を説明するためのブロック図である。
【図７】低速域用位置推定部および高速域用位置推定部の位置推定誤差を説明するための図である。
【図８】位置推定部の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】低速推定回転位置と高速推定回転位置との間での切換判定処理を起動するための切換可能条件を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るモータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、車両のステアリングホイールに加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ１と、車両の舵取り機構２に操舵補助力を与える電動モータ３と、この電動モータ３を駆動制御するモータ制御装置５とを備えている。モータ制御装置５は、トルクセンサ１が検出する操舵トルクに応じて電動モータ３を駆動することによって、操舵状況に応じた適切な操舵補助を実現する。電動モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスＤＣモータであり、図２(a)に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、このロータ５０に対向するステータ５５に配置されたＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３とを備えている。電動モータ３は、ロータの外部にステータを配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを配置したアウターロータ型のものであってもよい。
【００２０】
モータ制御装置５は、マイクロコンピュータ７と、このマイクロコンピュータ７によって制御され、電動モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）８と、電動モータ３の各相のステータ巻線に流れる電流を検出する電流センサ９とを備えている。マイクロコンピュータ７は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、電流指令値生成部１１と、ＰＩ（比例積分）制御部１２と、指示電圧生成部１３と、γδ／αβ座標変換部１４と、αβ／ＵＶＷ座標変換部１５と、ＰＷＭ制御部１６と、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７と、αβ／γδ座標変換部１８と、偏差演算部１９と、位置推定部２１と、回転速度推定部２２と、回転加速度推定部２３と、高周波電圧発生部２４とを備えている。
【００２１】
電流指令値生成部１１は、電動モータ３のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の指令値Ｉｄ＊と、ｄ軸に直交するｑ軸電流成分の指令値Ｉｑ＊を生成する。以下、これらをまとめて言うときには、「電流指令値Ｉｄｑ＊」という。ただし、ｄｑ座標平面はロータ５０の回転方向に沿う平面であり、ｄ軸およびｑ軸は、ロータ５０とともに回転する回転座標系を規定する（図２参照）。
【００２２】
電動モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相に与えるべき電流（正弦波電流）の振幅を表す電流指令値Ｉ＊を用いると、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊は、次式(1)(2)のように表される。
【００２３】
【数１】
2010178609.tif 000003
【００２４】
したがって、電流指令値生成部１１は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊＝０を生成する一方で、トルクセンサ１によって検出される操舵トルクに応じたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を生成する。より具体的には、操舵トルクに対応したｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を記憶したマップ（テーブル）を用いてｑ軸電流指令値Ｉｑ＊が生成されるようになっていてもよい。電動モータ３が発生するトルクは、モータ電流に対応するから、電流指令値Ｉｄｑは、電動モータ３から発生させるべきトルクを指令するための「トルク指令値」と言い換えることもできる。
【００２５】
電流センサ９は、電動モータ３のＵ相電流ＩＵ、Ｖ相電流ＩＶおよびＷ相電流Ｉｗを検出する（以下、これらをまとめていうときには「三相検出電流ＩＵＶＷ」という）。その検出値は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７に与えられる。
ＵＶＷ／αβ座標変換部１７は、三相検出電流ＩＵＶＷを、二相固定座標系上での電流ＩαおよびＩβ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉαβ」という。）に座標変換する。二相固定座標系とは、ロータ５０の回転中心を原点としてα軸およびこれに直交するβ軸を定めた固定座標系である（図２参照）。座標変換された二相検出電流Ｉαβは、αβ／γδ座標変換部１８に与えられる。
【００２６】
αβ／γδ座標変換部１８は、二相検出電流Ｉαβを、位置推定部２１によって推定されるロータ回転位置θ^（以下、「推定回転位置θ^」という。）に従う回転座標系（γ−δ）上での電流ＩγおよびＩδ（以下、これらをまとめていうときには「検出電流Ｉγδ」という。）に座標変換する。この回転座標系（γ−δ）は、推定回転位置θ^にロータ５０がある場合に、ロータ磁極方向に沿うγ軸と、このγ軸に直交するδ軸とによって規定される回転座標系である。推定回転位置θ^に誤差がなく、実際のロータ回転位置と一致しているとき、ｄｑ回転座標系とγδ回転座標系とは一致する。
【００２７】
検出電流Ｉγδは、偏差演算部１９に与えられるようになっている。この偏差演算部１９は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に対するγ軸電流Ｉγの偏差、およびｑ軸電流指令値Ｉｑ＊に対するδ軸電流Ｉδの偏差を演算する。これらの偏差がＰＩ制御部１２に与えられてそれぞれＰＩ演算処理を受ける。そして、これらの演算結果に応じて、指示電圧生成部１３によって、γ軸指示電圧Ｖγ＊およびδ軸指示電圧Ｖδ＊（以下、これらをまとめていうときには「指示電圧Ｖγδ＊」という。）が生成されて、γδ／αβ座標変換部１４に与えられる。
【００２８】
γδ／αβ座標変換部１４は、γ軸指示電圧Ｖγ＊およびδ軸指示電圧Ｖδ＊を、二相固定座標系の指示電圧であるα軸指示電圧Ｖα＊およびβ軸指示電圧Ｖβ＊（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖαβ＊」という。）に座標変換する。この二相指示電圧Ｖαβ＊は、αβ／ＵＶＷ座標変換部１５に与えられる。
αβ／ＵＶＷ座標変換部１５は、α軸指示電圧Ｖα＊およびβ軸指示電圧Ｖβ＊を三相固定座標系の指示電圧、すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の指示電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊（以下、これらをまとめていうときには「三相指示電圧ＶＵＶＷ＊」という。）に変換する。
【００２９】
ＰＷＭ制御部１６は、三相の指示電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に応じて制御されたデューティ比の駆動信号を生成して駆動回路８に与える。これにより、電動モータ３の各相には、該当する相の指示電圧ＶＵ＊，ＶＶ＊，ＶＷ＊に応じたデューティ比で電圧が印加されることになる。
このような構成によって、舵取り機構２に結合された操作部材としてのステアリングホイール（図示せず）に操舵トルクが加えられると、これがトルクセンサ１によって検出される。そして、その検出された操舵トルクに応じた電流指令値Ｉｄｑ＊が電流指令値生成部１１によって生成される。この電流指令値Ｉｄｑ＊と検出電流Ｉγδとの偏差が偏差演算部１９によって求められ、この偏差を零に導くようにＰＩ制御部１２によるＰＩ演算が行われる。この演算結果に対応した指示電圧Ｖγδ＊が指示電圧生成部１３によって生成され、これが、座標変換部１４，１５を経て三相指示電圧ＶＵＶＷ＊に変換される。そして、ＰＷＭ制御部１６の働きによって、その三相指示電圧ＶＵＶＷ＊に応じたデューティ比で駆動回路８が動作することによって、電動モータ３が駆動され、電流指令値Ｉｄｑ＊に対応したアシストトルクが舵取り機構２に与えられることになる。こうして、操舵トルクに応じて操舵補助を行うことができる。電流センサ９によって検出される三相検出電流ＩＵＶＷは、座標変換部１７，１８を経て、電流指令値Ｉｄｑ＊に対応するように回転座標系（γ−δ）で表された検出電流Ｉγδに変換された後に、偏差演算部１９に与えられる。
【００３０】
回転座標系と固定座標系との間での座標変換のためには、ロータ５０の回転位置を表す位相角（電気角）θが必要である。この位相角を表す推定回転位置θ^が位置推定部２１によって生成され、γδ／αβ座標変換部１４およびαβ／γδ座標変換部１８に与えられるようになっている。
高周波電圧発生部２４は、ロータ５０の停止時および極低速回転時（２５０ｒｐｍ以下）においてロータ５０の位相角θを推定するために、電動モータ３に探査電圧を印加する探査電圧印加手段として機能する。この高周波電圧発生部２４は、電動モータ３の定格周波数（たとえば、１５Hz）に比較して十分に高い周波数（たとえば、２００Hz）の高周波正弦電圧（図３(b)参照）を、探査電圧として、電動モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３に印加するための電圧指令値を生成し、ＰＷＭ制御部１６に与える。より具体的には、ロータ５０の回転を引き起こすことのない程度のデューティ比の高周波電圧の印加によって、Ｖ−Ｗ相通電、Ｗ−Ｕ相通電およびＵ−Ｖ相通電を順次繰り返させることにより、ロータ５０の回転中心まわりで空間的に回転する高周波電圧ベクトルを印加する。この高周波電圧ベクトルは、ロータ５０の回転中心を原点とする固定座標であるαβ座標の原点まわりに定速回転する一定の大きさの電圧ベクトルである（図２(a)参照）。
【００３１】
高周波電圧発生部２４は、ロータ５０の停止時および極低速回転時において、前述のような高周波電圧（探査電圧）の印加のための指令値を生成してＰＷＭ制御部１６に与える。ロータ５０の回転が十分に速くなると（たとえば、２５０ｒｐｍを超えると）、高周波電圧発生部２４は、高周波電圧指令の発生を停止する。
位置推定部２１は、電動モータ３に流れるモータ電流と、電動モータ３に印加されるモータ電圧とに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定するものである。この位置推定部２１は、低速域用位置推定部４１と、高速域用位置推定部４２と、切換判定部４３と、切換部４４とを備えている。
【００３２】
低速域用位置推定部４１は、電動モータ３の停止時および極低速回転時（たとえば、０〜１００ｒｐｍ）におけるロータ５０の位置推定に適合するように設計されており、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７が出力する二相検出電流Ｉαβと、γδ／αβ座標変換部１４が生成する二相指示電圧Ｖαβ＊とに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定する。
高速域用位置推定部４２は、電動モータ３の高速回転時（たとえば、２００ｒｐｍ以上）におけるロータ５０の位置推定に適合するように設計されており、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７が出力する二相検出電流Ｉαβと、γδ／αβ座標変換部１４が生成する二相指示電圧Ｖαβ＊とに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定する。
【００３３】
切換部４４は、低速推定回転位置θ^Lおよび高速推定回転位置θ^Hのうちのいずれか一つを選択し、推定回転位置θ＾として出力する。
回転速度推定部２２は、位置推定部２１から所定の制御周期毎に与えられる推定回転位置θ^の差分Δθ^を求めることにより、ロータ５０の推定回転速度ω（＝Δθ^）を生成する。
【００３４】
回転加速度推定部２３は、回転速度推定部２２から制御周期毎に与えられる推定回転速度ωの差分Δωを求めることにより、ロータ５０の推定回転加速度αを生成する。
切換判定部４３は、切換部４４における切換処理を起動するための起動手段として機能するものである。この切換判定部４３の動作の詳細は、後述する。
図４は、低速域用位置推定部４１の構成例を説明するためのブロック図である。低速域用位置推定部４１は、高周波応答抽出部３８と、ロータ位置推定部３９とを備えている。高周波応答抽出部３８には、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７が出力する二相検出電流Ｉαβが与えられるようになっている。高周波応答抽出部３８は、たとえば、ハイパスフィルタであり、高周波電圧発生部２４が発生する高周波電圧の周波数に対応した周波数成分をＵＶＷ／αβ座標変換部１７の出力信号から抽出するフィルタ処理を実行する。ロータ位置推定部３９は、高周波応答抽出部３８によって抽出される高周波成分に基づいてロータ位相角θを推定する。この推定手法は、図２および図３を用いて前述したとおりである。ただし、この実施形態では、電流ベクトルの大きさが極大値をとるときの二相指示電圧Ｖα＊，Ｖβ＊を用いて、次の(3)式に従って、低速推定回転位置θ^Ｌを求めるようになっている。
【００３５】
θ^Ｌ＝Ｔan-1（Ｖβ＊／Ｖα＊）        …(3)
むろん、前述のようにθ^Ｌ＝Ｔan-1（Ｉβ／Ｉα）によって低速推定回転位置θ^Ｌを求める構成とすることもできる。
図５は、高速域用位置推定部４２の構成例を示すブロック図である。高速域用位置推定部４２は、信号処理部４８と、ロータ位置推定部４９とを備えている。信号処理部４８は、二相指示電圧Ｖαβ＊の高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された電圧フィルタ３１と、二相検出電流Ｉαβの高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された電流フィルタ３２とを有している。ロータ位置推定部４９には、信号処理部４８によって信号処理（フィルタリング）された後の二相指示電圧Ｖαβ＊および二相検出電流Ｉαβが与えられるようになっている。ロータ位置推定部４９は、電動モータ３の数学モデルであるモータモデルに基づき、電動モータ３の誘起電圧を外乱として推定する外乱オブザーバ２５と、この外乱オブザーバ２５が出力する推定誘起電圧から高周波成分を除去する低域通過フィルタで構成された推定値フィルタ２６と、この推定値フィルタ２６が出力する推定誘起電圧（フィルタリング後の値）に基づいて、ロータ５０の高速推定回転位置θ^Hを生成する推定位置生成部２７とを有している。そして、信号処理部４８の電圧フィルタ３１によってフィルタリングされた二相指示電圧Ｖαβ＊と、電流フィルタ３２によってフィルタリングされた二相検出電流Ｉαβとが、ロータ位置推定部４９の外乱オブザーバ２５にそれぞれ入力されるようになっている。
【００３６】
図６は、外乱オブザーバ２５およびこれに関連する構成の一例を説明するためのブロック図である。電動モータ３の数学モデルであるモータモデルは、たとえば、（Ｒ＋ｐＬ）−１と表すことができる。ただし、Ｒは電機子巻線抵抗、Ｌはαβ軸インダクタンス、ｐは微分演算子である。電動モータ３には、二相指示電圧Ｖαβ＊と誘起電圧Ｅαβ（α軸誘起電圧Ｅαおよびβ軸誘起電圧Ｅβ）とが印加されると考えることができる。
【００３７】
外乱オブザーバ２５は、二相検出電流Ｉαβを入力としてモータ電圧を推定する逆モータモデル（モータモデルの逆モデル）３５と、この逆モータモデル３５によって推定されるモータ電圧と二相指示電圧Ｖαβ＊との偏差を求める電圧偏差演算部３６とで構成することができる。電圧偏差演算部３６は、二相指示電圧Ｖαβ＊に対する外乱を求めることになるが、図６から明らかなとおり、この外乱は誘起電圧Ｅαβに相当する推定値Ｅ^αβ（α軸誘起電圧推定値Ｅ^αおよびβ軸誘起電圧推定値Ｅ^β（以下、まとめて「推定誘起電圧Ｅ^αβ」という。）になる。逆モータモデル３５は、たとえば、Ｒ＋ｐＬで表される。
【００３８】
このように、この実施形態では、外乱オブザーバ２５は、二相固定座標系の指示電圧Ｖαβ＊および検出電流Ｉαβを用いて推定誘起電圧Ｅ^αβを求める構成であるので、電動モータ３の回転速度の影響を受けることなく誘起電圧を推定できる。これにより、回転速度変動の生じやすい電動パワーステアリング装置に使用される電動モータ３のロータ回転位置推定精度の向上に寄与できる。
【００３９】
推定値フィルタ２６は、たとえば、ａ／（ｓ＋ａ）で表される低域通過フィルタで構成することができる。ａは、設計パラメータであり、この設計パラメータａにより、推定値フィルタ２６の遮断周波数ωｃが定まる。
誘起電圧Ｅαβは、次の(4)式で表すことができる。ただし、ＫＥは誘起電圧定数、θはロータ回転位置、ωはロータ回転速度である。
【００４０】
【数２】
2010178609.tif 000004
【００４１】
したがって、推定誘起電圧Ｅ^αβが求まれば、次の(5)式に従って、高速推定回転位置θ^Hが求まる。この演算が、推定位置生成部２７によって行われるようになっている。
【００４２】
【数３】
2010178609.tif 000005
【００４３】
図７は、低速域用位置推定部４１および高速域用位置推定部４２の位置推定誤差を説明するための図である。低速域用位置推定部４１は、モータ回転速度ωが比較的低い速度域において精度の高い位置推定を行うことができるように設計されており、モータ回転速度ωが高くなるに従って、位置推定誤差が大きくなる。また、高速域用位置推定部４２は、モータ回転速度ωが比較的高い速度域において精度の高い位置推定を行うことができるように設計されており、モータ回転速度ωが低くなるに従って、位置推定誤差が大きくなる。位置推定誤差が悪化する境界値は、低速域用位置推定部４１および高速域用位置推定部４２の間で異なる。また、それらの境界値は、電動モータ３の使用条件により変動する。ただし、低速域用位置推定部４１は、電動モータ３の使用条件によらずに、所定の使用上限速度ωＬ_limitを超える速度域では、許容できない位置推定誤差が生じ、当該使用上限速度ωＬ_limitを超える速度域では、どのような使用条件であっても、高速域用位置推定部４２の使用が適切である。すなわち、低速域用位置推定部４１は、使用上限速度ωＬ_limit以下の低速域６１において、推定回転位置を演算するものである。同様に、高速域用位置推定部４２は、電動モータ３の使用条件によらずに、所定の使用下限速度ωＨ_limit未満の速度域では、許容できない位置推定誤差が生じ、当該使用下限速度ωＨ_limit未満の速度域では、どのような使用条件であっても、低速域用位置推定部４１の使用が適切である。すなわち、高速域用位置推定部４２は、使用下限速度ωＨ_limit以上の高速域６２において、推定回転位置を演算するものである。なお、「許容できない位置推定誤差」とは、この場合、電動モータ３を適切に駆動することができず、たとえば過大な振動等が生じるような位置推定誤差を意味する。
【００４４】
低速域用位置推定部４１の使用上限速度ωＬ_limitと高速域用位置推定部４２の使用下限速度ωＨ_limitとの間の速度領域（すなわち、低速域６１と高速域６２との重複領域）は、低速推定回転位置θ^Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとの間での切換えが生じる切換用速度領域６０である。
図８は、位置推定部２１の動作を説明するためのフローチャートである。モータ制御装置５による制御が開始された当初は、低速域用位置推定部４１によって演算される低速推定回転位置θ＾Ｌが有効にされている（ステップＳ１）。すなわち、切換部４４は、低速推定回転位置θ＾Ｌを選択して、推定回転位置θ＾として出力する。よって、低速推定回転位置θ＾Ｌによって、電動モータ３の電流制御が行われることになる。
【００４５】
切換判定部４３は、回転速度推定部２２によって求められる回転速度ωと、低速域用位置推定部４１の使用上限ωＬ_limitとを比較する（ステップＳ２）。そして、回転速度ωが当該使用下限ωＬ_limitよりも大きいときには（ステップＳ２：ＹＥＳ）、切換判定部４３は、切換部４４に対して、高速推定回転位置θ＾Ｈに切り換えるべき旨の切換指令を与える。これにより、切換部４４は、低速推定回転位置θ＾Ｌを選択している状態から、高速推定回転位置θ＾Ｈを選択する状態へと切り換わり、高速域用位置推定部４２の演算が有効化される（ステップＳ５）。
【００４６】
ステップＳ２において、回転速度ωが前記使用上限ωＬ_limit以下であると判断されると（ステップＳ２：ＮＯ）、切換判定部４３は、さらに、低速推定回転位置θ＾Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとの間での切換えを行うことが可能な条件（切換可能条件）が成立しているかどうかを判断する（ステップＳ３）。
より具体的には、図９に示すように、切換判定部４３は、低速推定回転位置θ＾Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとの差（位置差）｜θ＾Ｌ−θ＾Ｈ｜が所定値ｒ（たとえば、ｒ＝１０ｒｐｍ）以下であるかどうかを判断し、この状態の継続時間ｔを計測する。この継続時間ｔが所定時間Ｔ（たとえば、６サンプリング時間。１サンプリング時間はたとえば１００μｓｅｃ）に達したかどうかが切換判定部４３によって判定される（ステップＳ３）。位置差｜θ＾Ｌ−θ＾Ｈ｜が所定値ｒ以下である状態が所定時間Ｔだけ継続していなければ（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ１に戻り、推定回転位置の切換えは行わない。
【００４７】
一方、位置差｜θ＾Ｌ−θ＾Ｈ｜が所定値ｒ以下である状態が所定時間Ｔだけ継続すると（ステップＳ３：ＮＯ）、切換可能条件が成立したものとして、判定フェイズに移行する。すなわち、切換判定部４３は、回転速度推定部２２により求められた回転速度ωと、回転加速度推定部２３により求められた回転加速度αとが同符号か、異符号かを判断する（ステップＳ４）。回転速度ωと回転加速度αとの積ω・αが正であり、したがって、それらが同符号であるときには、回転速度ωの絶対値が増加している（加速中）である。また、回転速度ωと回転加速度との積ω・αが負であり、したがって、それらが異符号であるときには、回転速度ωの絶対値が減少している（減速中）である。切換判定部４３は、積ω・αが正であり、したがって、加速中であるときには、回転速度ωが高速側に向かっているものと判断して、切換部４４に対して、高速推定回転位置θ＾Ｈに切り換えるべき旨の切換指令を与える。これにより、切換部４４は、低速推定回転位置θ＾Ｌを選択している状態から、高速推定回転位置θ＾Ｈを選択する状態へと切り換わり、高速域用位置推定部４２の演算が有効化される（ステップＳ５）。積ω・αが零または負のときは、引き続き、低速推定回転位置θ＾Ｌが用いられる。
【００４８】
切換部４４が高速推定回転位置θ＾Ｈを選択して出力している状態において、切換判定部４３は、回転速度ωと、高速域用位置推定部４２の使用下限Ｈ_limitとを比較する（ステップＳ６）。そして、回転速度ωが当該使用下限ωＨ_limitよりも小さいときには（ステップＳ６：ＹＥＳ）、切換判定部４３は、切換部４４に対して、低速推定回転位置θ＾Ｌに切り換えるべき旨の切換指令を与える。これにより、切換部４４は、高速推定回転位置θ＾Ｈを選択している状態から、低速推定回転位置θ＾Ｌを選択する状態へと切り換わり、低速域用位置推定部４１の演算が有効化される（ステップＳ１）。
【００４９】
ステップＳ６において、回転速度ωが前記使用下限ωＨ_limit以上であると判断されると（ステップＳ６：ＮＯ）、切換判定部４３は、さらに、低速推定回転位置θ＾Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとの間での切換えを行うことが可能な条件（切換可能条件）が成立しているかどうかを判断する（ステップＳ７）。この判断は、ステップＳ３での判断と同じである。この切換可能条件が不成立（ステップＳ７：ＹＥＳ）なら、ステップＳ５に戻り、引き続き、高速推定回転位置θ＾Ｈが用いられる。
【００５０】
前記切換可能条件が成立すると（ステップＳ７：ＮＯ）、判定フェイズに移行する。すなわち、切換判定部４３は、回転速度推定部２２により求められた回転速度ωと、回転加速度推定部２３により求められた回転加速度αとが同符号か、異符号かを判断する（ステップＳ８）。より具体的には、回転速度ωと回転加速度αとの積ω・αが負かどうかを判断する。この積ω・αが負であって、したがって、それらが異符号であれば、回転速度ωの絶対値が減少している（減速中）である。そこで、切換判定部４３は、回転速度ωが低速側に向かっているものと判断して、切換部４４に対して、低速推定回転位置θ＾Ｌに切り換えるべき旨の切換指令を与える。これにより、切換部４４は、高速推定回転位置θ＾Ｈを選択している状態から、低速推定回転位置θ＾Ｌを選択する状態へと切り換わり、低速域用位置推定部４１の演算が有効化される（ステップＳ１）。積ω・αが正または零であれば、引き続き、高速推定回転位置θ＾Ｈが用いられる。
【００５１】
ステップＳ２，Ｓ６での処理により、判定フェイズに移行する可能性があるのは、回転速度ωが切換用速度領域６０に属しているとき、すなわち、ωＬ_limit≧ω≧ωＨ_limitのときである。図７から理解されるとおり、切換用速度領域６０においては、低速推定回転位置θ＾Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとのいずれもが使用可能であるが、前述のとおり、位置推定誤差は電動モータ３の使用条件に依存する。そこで、この実施形態では、低速推定回転位置θ＾Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとの位置差｜θ＾Ｌ−θ＾Ｈ｜が所定値ｒ以下である状態が所定時間Ｔだけ継続することを切換可能条件としている。そして、この切換可能条件が成立することによって、判定フェイズに移行し、切換用速度領域６０における切換処理が起動されることになる。この切換処理では、回転速度ωと回転加速度αが同符号であれば、高速域用位置推定部４２によって演算される高速推定回転位置θ＾Ｈが選択され、それらが異符号であれば、低速域用位置推定部４１によって演算される低速推定回転位置θ＾Ｌが選択される。
【００５２】
このように、この実施形態では、低速推定回転位置θ＾Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとの間の切換えを行う回転速度を予め定めておらず、それらの内分処理を行うわけでもない。その代わりに、前記切換可能条件の成立を条件に、切換用速度領域６０における切換処理を起動することとしている。これにより、電動モータ３の使用条件に応じて適切に低速推定回転位置θ＾Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとを切り換えることができる。また、内分処理を行わないから、低速推定回転位置θ＾Ｌと高速推定回転位置θ＾Ｈとのいずれかに大きな誤差が生じていても、そのような誤差の影響を受けることを抑制または防止できる。
【００５３】
こうして、いずれの速度領域においても、電動モータ３の使用条件によらずに、低速推定回転位置θ＾Ｌまたは高速推定回転位置θ＾Ｈを適切に選択して、精度の高い推定回転位置θ＾を得ることができるから、電動モータ３を効率よく制御することができる。
また、ステップＳ２，Ｓ６の処理により、回転速度ωの急激な変化にも対応することができる。すなわち、回転速度ωが低速域６１を超えれば、前記切換可能条件の成立を待つことなく、ただちに高速推定回転位置θ＾Ｈに切り換えることができる。同様に、回転速度ωが高速域６２を下回れば、前記切換可能条件の成立を待つことなく、ただちに低速推定回転位置θ＾Ｌに切り換えることができる。
【００５４】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、探査用高周波電圧は、前述の実施形態では、三相指示電圧ＶＵＶＷ＊に重畳しているが、指示電圧生成部１３が生成する指示電圧Ｖγδ＊に重畳する構成としてもよい。
さらにまた、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置の駆動源としての電動モータ３を制御するために本発明が適用された場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外の用途のモータ制御にも適用することができる。
【００５５】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
５…モータ制御装置、７…マイクロコンピュータ、９…電流センサ、２１…位置推定部、  ６０…切換用速度領域、６１…低速域、６２…高速域
【図１】
2010178609.tif 000006
【図２】
2010178609.tif 000007
【図３】
2010178609.tif 000008
【図４】
2010178609.tif 000009
【図５】
2010178609.tif 000010
【図６】
2010178609.tif 000011
【図７】
2010178609.tif 000012
【図８】
2010178609.tif 000013
【図９】
2010178609.tif 000014