(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標電流Ｉrと、電動モータに実際に流れているモータ電流Ｉmoとに基づいて制御周期ごとにモータ制御用の制御電圧Ｖを出力するモータ制御装置において、
評価関数
【数１】
0003710328.tif 000005
を求める評価関数演算手段と、
所定の上限値および下限値の間で変化するように定められた関数ｆ（σ）を用いて、制御電圧Ｖを定める制御電圧演算手段とを含むことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
上記制御電圧演算手段は、
Ｖ＝Ａ・ｅ＋Ｂ・Ｉmo−Ｋ・ｆ（σ）
ただし、ＡおよびＢはパラメータである。
に従って制御電圧Ｖを定めるものであることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動パワーステアリング装置の駆動源などとして使用される電動モータを駆動制御するためのモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両のステアリング機構に電動モータが発生するトルクを伝達し、これにより、操舵の補助を行う電動パワーステアリング装置が用いられている。このような電動パワーステアリング装置のためのモータ制御装置の構成は、図４に示されている。このモータ制御装置は、ステアリング機構に与えるべき操舵補助力の発生源としての電動モータＭをフィードバック制御する。すなわち、電動モータＭに実際に流れる電流であるモータ電流Ｉmoは、フィードバックされて、減算部１に入力される。この減算部１には、ステアリングホイールに加えられたトルクや車速などに基づいて設定される目標電流Ｉrが入力されるようになっている。したがって、減算部１からは、モータ電流Ｉmoの目標電流Ｉrに対する偏差が出力されることになる。この偏差に基づき、比例積分（ＰＩ）制御部２が、電動モータＭに印加すべき制御電圧を発生する。さらに、この制御電圧に対応したデューティ比がデューティ演算部３により演算され、こうして演算されたデューティ比により、電動モータＭは、ＰＷＭ制御部４によって駆動制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
モータ電流Ｉmoは、一定周期ごとにサンプリングされ、また、ＰＩ制御部２は、一定の制御周期ごとに制御電圧を発生する。したがって、電動モータＭの制御には、主としてサンプリング周期に伴う位相遅れが生じる。そこで、ＰＩ制御部２における比例制御や積分制御のゲインを上げて応答性の向上を図ろうとすると、モータ電流Ｉmoが発振してしまい、制御ループ系が不安定になる。したがって、応答性を犠牲にして、制御ループを安定に保つ必要がある。
【０００４】
応答遅れは、たとえば、急操舵時における操舵補助の遅れや、路面からの逆入力などの外乱を打ち消すための操舵補助の遅れにつながる。
このように、電動モータＭの制御の応答速度の大小は、操舵フィーリングに直接影響するため、応答速度の向上は必須の課題であるが、従来のＰＩ制御では、調整できるパラメータが少ないので調整の余裕が少なく、応答が良好で、かつ制御ループ系が安定するように調整することが困難であった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、応答性が良好でかつ安定した制御が可能なモータ制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、目標電流Ｉrと、電動モータに実際に流れているモータ電流Ｉmoとに基づいて制御周期ごとにモータ制御用の制御電圧Ｖを出力するモータ制御装置において、下記（Ａ）式の評価関数σを求める評価関数演算手段と、所定の上限値および下限値の間で変化（たとえば、単調に変化）するように定められた関数ｆ（σ）（またはパラメータＫと関数ｆ（σ）との積Ｋ・ｆ（σ））を用いて、制御電圧Ｖを定める制御電圧演算手段とを含むことを特徴とするモータ制御装置である。
【０００７】
【数２】
0003710328.tif 000002
【０００８】
上記の構成によれば、たとえば、パラメータＣおよび関数ｆ（σ）を調整することによって、制御ゲインや応答性を調整することができる。したがって、比例積分制御の場合に比較して、調整の余裕が大きいので、応答性が良好で、かつ安定した制御ループ系を容易に実現できる。しかも、関数ｆ（σ）は、上限値と下限値との間の制限された値をとるように定められているので、モータ電流Ｉmoが発振するおそれがなく、この点からも、制御ループ系の安定化が図られている。たとえば、関数ｆ（σ）を、σの変化に対する関数値ｆ（σ）の変化率が大きくなるように定めることにより、制御の応答性を改善できる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、上記制御電圧演算手段は、下記（Ｂ）式に従って制御電圧Ｖを定めるものであることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置である。
Ｖ＝Ａ・ｅ＋Ｂ・Ｉmo−Ｋ・ｆ（σ）      ・・・・・・（Ｂ）
ただし、ＡおよびＢはパラメータである。
【００１０】
上記（Ｂ）式の第１項Ａ・ｅには、目標電流Ｉrとモータ電流Ｉmoとの差を直接打ち消す作用があり、第２項Ｂ・Ｉmoには、電動モータに流れるべき最小限の電流を保持する作用があり、第３項−Ｋ・ｆ（σ）には、外乱を打ち消す作用がある。したがって、パラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｋおよび関数ｆ（σ）を適切に定めることによって、応答性が良好で制御ループ系の安定化を図ることができるように調整することができる。このような多くのパラメータ等の調整による制御ループ系の調整では、調整の余裕が大きいから、理想状態に近い制御状態を容易に実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置は、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の電動モータＭを制御するために用いることができるが、むろん他の用途に適用することもできる。
【００１２】
電動モータＭは、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０によってパルス幅制御されるようになっている。電動モータＭに実際に流れる電流であるモータ電流Ｉmoは、電流検出回路１０によって一定のサンプリング周期ごとに検出され、電子制御装置２０にフィードバックされるようになっている。この電子制御装置２０は、一定の制御周期ごとに演算される制御電圧Ｖに基づいて、電動モータＭを駆動する。
【００１３】
電子制御装置２０は、ステアリングホイールに加えられたトルクや車速などに基づいて定められる目標電流Ｉrと、電流検出回路１０からのモータ電流Ｉmoとが入力され、これらの偏差ｅ（＝Ｉr−Ｉmo）を演算する減算部２１を備えている。この減算部２１が出力する偏差ｅは、乗算部２２および積分部２３に与えられる。乗算部２２は、偏差ｅをＡ倍（Ａは、パラメータであり、Ａ≧０である。）して出力し、加算部２５に入力する。積分部２３は、制御を開始した時刻（ｔ＝０）から現在時刻ｔまでの偏差ｅの積分値
【００１４】
【数３】
0003710328.tif 000003
【００１５】
を演算する。この積分値は、乗算部２４でＣ倍（Ｃはパラメータであり、Ｃ≧０である。）された後に、減算部２６に入力される。
この減算部２６には、モータ電流Ｉmoも与えられており、次式で表される評価関数σが求められることになる。したがって、減算部２１、積分部２３、乗算部２４および減算部２６により、評価関数演算手段が構成されている。
【００１６】
【数４】
0003710328.tif 000004
【００１７】
この評価関数σの値は、関数演算部２７に入力される。この関数演算部２７は、評価関数σの値に応じて単調に増加する関数ｆ（σ）の値を出力する。この関数ｆ（σ）は、次のように定められている。
σ＞０のとき          ｆ（σ）＞０      ・・・・・・（３）
σ＝０のとき          ｆ（σ）＝０      ・・・・・・（４）
σ＜０のとき          ｆ（σ）＜０      ・・・・・・（５）
関数演算部２７が出力する関数値ｆ（σ）は、乗算部２８でＫ倍（Ｋはパラメータであり、Ｋ≧０である。）された後に、加算部２５に入力される。この加算部２５には、さらに、モータ電流Ｉmoを乗算部２９でＢ倍（Ｂはパラメータであり、Ｂ≧０である。）した値が入力される。これにより、加算部２５では、次式の演算により、制御電圧Ｖが求められる。
【００１８】
Ｖ＝Ａ・ｅ＋Ｂ・Ｉmo−Ｋ・ｆ（σ）        ・・・・・・（６）
このように、乗算部２２、加算部２５、関数演算部２７、および乗算部２８，２９により、制御電圧演算手段が構成されている。
上記第（６）式の第１項Ａ・ｅには、目標電流Ｉrとモータ電流Ｉmoとの差を直接打ち消す作用があり、第２項Ｂ・Ｉmoには、電動モータＭに流れるべき最小限の電流を保持する作用があり、第３項−Ｋ・ｆ（σ）には、外乱を打ち消す作用がある。
【００１９】
制御電圧Ｖは制御周期ごとに上記のようにして定められ、デューティ演算部３０に入力される。デューティ演算部３０は、制御電圧Ｖに対応したデューティ比を求め、これをＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御部３１に与える。そして、ＰＷＭ制御部３１は、与えられたデューティ比で、電動モータＭをパルス幅制御する。
【００２０】
このようにして、電子制御装置２０は、目標電流Ｉrおよびモータ電流Ｉmoに基づいて、電動モータＭをフィードバック制御する。
パメラータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｋおよび関数ｆ（σ）は、電子制御装置２０の調整時において、入力装置４０を用いて変更することができる。これらのパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｋおよび関数ｆ（σ）は、良好な操舵フィーリングが得られる応答性を実現でき、かつ、制御ループ系が安定するように調整される。
【００２１】
なお、電子制御装置２０を構成する上述の各部の一部または全部は、マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより各機能が実現されるようになっていてもよい。
図２(a)(b)は、関数ｆ（σ）の例を示す図である。関数ｆ（σ）は、たとえば、上限値「１」と下限値「−１」との間の値をとるように定められる。すなわち、−１≦ｆ（σ）≦１である。そして、この関数ｆ（σ）は、評価関数σの変化に対して、単調に増加するように定められ、かつ、評価関数σと同じ符号を持つように定められる。
【００２２】
図２(a)は、関数ｆ（σ）が、上限値「１」と下限値「−１」との間で直線的に変化する例を示しており、図２(b)は、関数ｆ（σ）が、上限値「１」と下限値「−１」との間で滑らかな曲線に沿って変化する場合を示している。いずれの場合にも、単調増加区間Δにおける傾きαを大きくすることにより、応答性が高まり、急操舵時や外乱発生時における操舵補助力の立ち上がりを速くすることができる。
【００２３】
また、−１≦ｆ（σ）≦１であるので、上記第（６）式における第３項は、上限値「Ｋ」と下限値「−Ｋ」との間の値に制限される。そのため、応答性を高めた場合でも、モータ電流Ｉmoが発振してしまうなどということがない。
図３は、モータ電流Ｉmoの時間変化の例を示す図である。図３(a)は、この実施形態のモータ制御装置を用いた場合のモータ電流Ｉmoの変化を示し、図３(b)は、図４に示された従来のモータ制御装置を用いた場合のモータ電流Ｉmoの変化を示し、図３(c)は、図４の従来のモータ制御装置において応答を上げるためにゲインを高くした場合のモータ電流Ｉmoの変化を示す。また、時刻ｔ＝０．０１で、目標電流値「１」が与えられ、時刻ｔ＝０．０５において、外乱が生じた場合が図示されている。
【００２４】
図３(a)(b)の比較から、この実施形態に係るモータ制御装置では、目標電流値への立ち上がりが改善され、かつ、外乱に対する応答が良好で、モータ電流Ｉmoが速やかに目標値に導かれることが理解される。
また、図３(c)から、従来の構成では、応答性を改善しようとしてゲインを増加すると、モータ電流Ｉmoが発振してしまい、制御ループ系が不安定になることが理解される。
【００２５】
以上のようにこの実施形態によれば、多くのパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，Ｋおよび関数ｆ（σ）の調整によって、制御ゲインや応答性を適切に制御できる。そのため、調整の余裕が大きいので、応答性が良好で、かつ安定した制御ループ系を容易に実現できる。しかも、関数ｆ（σ）は、上限値と下限値との間の値をとるように定められているので、モータ電流Ｉmoが発振したりするおそれがなく、安定した制御ループ系を容易に構成できる。
【００２６】
この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することも可能である。たとえば、上述の実施形態では、電動パワーステアリング装置用の電動モータＭを制御する場合を例にとったが、この発明は、一定の制御周期ごとに制御電圧Ｖを発生するモータ制御装置に対して広く適用することができ、制御対象としての電動モータの用途は、電動パワーステアリング装置に限られない。
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るモータ制御装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【図２】電動モータの制御のために用いられる関数ｆ（σ）の例を示す図である。
【図３】モータ電流の時間変化の例を示す図である。
【図４】比例積分制御により電動モータを制御する従来のモータ制御装置の基本的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０    電流検出回路
２０    電子制御装置
２１    減算部
２２    乗算部
２３    積分部
２４    乗算部
２５    加算部
２６    減算部
２７    関数演算部
２８    乗算部
２９    乗算部
３０    デューティ演算部
３１    ＰＷＭ制御部
４０    入力装置
Ｍ      電動モータ
【図１】
0003710328.tif 000006
【図２】
0003710328.tif 000007
【図３】
0003710328.tif 000008
【図４】
0003710328.tif 000009