(57)【要約】【課題】三相モータの追従性を維持しつつ、三相モータの自励発振による振動や音を防止できる装置を提供すること。【解決手段】三相／ｄ−ｑ座標変換器４と、三相／ｄ−ｑ座標変換器４から出力されたｄ軸フィードバック電流値と目標とするｄ軸指令電流値との差を比例動作および積分動作してｄ軸指令Ｖｄａを出力するｄ軸系の制御回路１２と、三相／ｄ−ｑ座標変換器から出力されたｑ軸フィードバック電流値と目標とするｑ軸指令電流値との差を比例動作および積分動作してｑ軸指令Ｖｑａを出力するｑ軸系の制御回路１３と、ｄ軸指令Ｖｄａおよびｑ軸指令Ｖｑａを上記三相の入力制御電流値に対応する各ＰＷＭ指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力するｄ−ｑ／三相座標変換器６とを備え、ｑ軸系の制御回路における比例ゲインを、ｑ軸フィードバック電流値と目標とするｑ軸指令電流値との差に応じて可変に制御することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相モータに入力するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の制御電流のうち、Ｕ相およびＶ相の電流値と上記三相モータの角度を検出して、これらの検出値からｄ−ｑ座標の電流値に変換する三相／ｄ−ｑ座標変換器と、この三相／ｄ−ｑ座標変換器から出力されたｄ軸フィードバック電流値と目標とするｄ軸指令電流値との差を比例動作および積分動作してｄ軸指令Ｖｄａを出力するｄ軸系の制御回路と、三相／ｄ−ｑ座標変換器から出力されたｑ軸フィードバック電流値と目標とするｑ軸指令電流値との差を比例動作および積分動作してｑ軸指令Ｖｑａを出力するｑ軸系の制御回路と、上記ｄ軸指令Ｖｄａおよびｑ軸指令Ｖｑａを上記三相の入力制御電流値に対応する各ＰＷＭ指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力するｄ−ｑ／三相座標変換器とを備え、上記ｑ軸系の制御回路における比例ゲインを、ｑ軸フィードバック電流値と目標とするｑ軸指令電流値との差に応じて可変に制御することを特徴とする三相モータの制御装置。
【請求項２】
ｄ軸系の制御回路における比例ゲインを、ｄ軸フィードバック電流値と目標とするｄ軸指令電流値との差に応じて可変に制御することを特徴とする請求項１記載の三相モータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三相モータの制御電流を調整する三相モータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、電動パワーステアリング装置おいては、電動モータとして三相モータを用いている。この三相モータは、ステアリングホィールを操作したときの入力トルクに応じてアシスト力を発揮するものであり、図４は、この三相モータ１の制御ブロックを示したものである。
図示するように、三相モータ１には、Ｕ相電流とＶ相電流とＷ相電流とをそれぞれ制御して入力するようにしている。
【０００３】
具体的に説明すると、この従来例では、上記三相モータ１に入力されるＵ相電流値を検出する電流計２と、Ｖ相電流値を検出する電流計３とを設け、これら電流計２，３の検出値Ｉｕａ及びＩｖａを、三相／ｄ−ｑ座標変換器４によって二軸のフィードバック電流値Ｉｑａ，Ｉｄａに変換する。そして、ｑ軸系のフィードバック電流値Ｉｑａを、目標とするｑ軸指令電流値Ｉｑａと比較し、また、ｄ軸系のフィードバック電流値Ｉｄａを、目標とするｄ軸指令電流値Ｉｄａと比較する。
このようにしてそれぞれ比較した後、ｄ軸系の電流値の差を、比例器８によって比例動作するとともに積分器９によって積分動作する。そして、これら比例動作後の値と積分動作後の値とを加算して、その加算値をｄ軸指令Ｖｄａとして出力する。
また、ｑ軸系の電流値の差も、ｑ軸系の比例器１０によって比例動作するとともに積分器１１によって積分動作する。そして、これら比例動作後の値と積分動作後の値とを加算して、ｑ軸指令Ｖｑａとして出力する。
【０００４】
上記のようにして求めたｄ軸指令Ｖｄａおよびｑ軸指令Ｖｑａを、ｄ−ｑ／三相座標変換器６に入力し、三相ＰＷＭ指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力する。そして、このｄ−ｑ／三相座標変換器６から出力されるＰＷＭ指令値を、インバータ回路７によって調整し、上記三相モータ１に出力する。
以上のようにすることにより、三相モータ１の出力を調整している。
なお、図中符号５は、レゾルバに代表される角度センサであり、この角度センサ５によって、予め決定したステータに対するロータの基準角度からの変位量、すなわち変位角度を検出するようにしている。
【０００５】
【非特許文献１】
杉本英彦  小山正人  玉井伸三  著，「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」，総合電子出版社，１９９９年７月１０日，第５版，ｐ．８６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記電動パワーステアリングにおいては、ステアリングホィールを操作したときの操舵トルクに対するアシストトルクの追従性、すなわち目標のアシストトルクに対するアシスト電流の追従性を良好に保つために、上記ｄ軸系の比例器８における比例ゲインとｑ軸系の比例器１０における比例ゲインを大きめに設定している。
ところが、このように比例ゲインを大きめに設定すると、ＰＷＭのスイッチノイズや外部からのノイズ、Ａ／Ｄの分解能の荒さ、演算誤差等の影響によって、振動や音が発生する。この振動や音は、それほど大きくないので、例えばドライバーがステアリングホィールを素早く操作している場合など、電動モータが高速で回転している場合には、ドライバーが振動や音に気がつくことはほとんどない。
【０００７】
しかし、ドライバーがステアリングホィールをゆっくり操作する場合や、ハンドル中立位置に関係なくステアリングホィールを保持している場合などでは、実際は操舵トルクが一定ではないので、比例ゲインが高いと微少なトルク変動に対してアシスト電流値が過剰に反応するために、上記した振動や音がドライバーに認識できるようになる。そのため、この振動や音によってドライバーに不快感を与えるという問題がある。
この発明の目的は、三相モータの操舵トルクに対するアシストトルクの追従性、すなわち目標のアシストトルクに対するアシスト電流の追従性を維持しつつ、振動や音を防止できる三相モータの制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、三相モータに入力するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の制御電流のうち、Ｕ相およびＶ相の電流値と上記三相モータの角度を検出して、これらの検出値からｄ−ｑ座標の電流値に変換する三相／ｄ−ｑ座標変換器と、この三相／ｄ−ｑ座標変換器から出力されたｄ軸フィードバック電流値と目標とするｄ軸指令電流値との差を比例動作および積分動作してｄ軸指令Ｖｄａを出力するｄ軸系の制御回路と、三相／ｄ−ｑ座標変換器から出力されたｑ軸フィードバック電流値と目標とするｑ軸指令電流値との差を比例動作および積分動作してｑ軸指令Ｖｑａを出力するｑ軸系の制御回路と、上記ｄ軸指令Ｖｄａおよびｑ軸指令Ｖｑａを上記三相の入力制御電流値に対応する各ＰＷＭ指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力するｄ−ｑ／三相座標変換器とを備え、上記ｑ軸系の制御回路における比例ゲインを、ｑ軸フィードバック電流値と目標とするｑ軸指令電流値との差に応じて可変に制御することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明の発明において、上記ｄ軸系の制御回路における比例ゲインを、ｄ軸フィードバック電流値と目標とするｄ軸指令電流値との差に応じて可変に制御することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に基づいてこの発明の一実施形態を説明するが、従来と同じ構成要素については同じ符号を付して説明する。
なお、以下では、前記従来例と同様に、電動パワーステアリング装置を前提にして説明するが、この発明の三相モータの制御装置は、電動パワーステアリング装置の三相モータ用に限定されるものではない。
【００１１】
入力トルクに応じてアシスト力を発揮する電動パワーステアリング装置の三相モータ１には、Ｕ相電流とＶ相電流とＷ相電流とをそれぞれ制御して入力するようにしている。
上記Ｕ相電流を供給するラインにはＵ相電流値を検出する電流計２を設け、上記Ｖ相電流を供給するラインには、Ｖ相電流値を検出する電流計３を設けている。そして、これら電流計２，３によって検出した値を、三相モータ１の角度センサ５からの角度データを入力した三相／ｄ−ｑ座標変換器４によって二軸のフィードバック電流値Ｉｑａ，Ｉｄａに変換する。そして、ｑ軸フィードバック電流値Ｉｑａを、目標とするｑ軸指令電流値Ｉｑａと比較し、また、ｄ軸フィードバック電流値Ｉｄａを、目標とするｄ軸指令電流値Ｉｄａと比較する。
【００１２】
このようにして両軸系の電流値を比較した後、ｄ軸系の電流値の差を比例器８によって比例動作する。そして、この比例動作後の値にゲインＡをかけ合わせる。このゲインＡは、図２に示すように、三相／ｄ−ｑ座標変換器４から出力されたｄ軸フィードバック電流値と目標とするｄ軸指令電流値との差（指令Ｉｄａ−Ｉｄａ）に対応するマップに基づいて特定している。このマップでは、上記の差（指令Ｉｄａ−Ｉｄａ）がａ未満のときには、差が増加するに応じてゲインＡを増加し、差がａ点を超えるとゲインＡを１に維持するようにしている。
このようにしたゲインＡを比例動作後の値にかけ合わせたら、この値に積分器９によって積分動作した後の値を加算する。そして、この加算値をｄ軸指令Ｖｄａとして出力する。
【００１３】
一方、上記ｑ軸系の電流値の差は、比例器１０によって比例動作する。そして、この比例動作後の値にゲインＢをかけ合わせる。このゲインＢは、図３に示すように、三相／ｄ−ｑ座標変換器から出力されたｑ軸フィードバック電流値と目標とするｑ軸指令電流値との差（指令Ｉｑａ−Ｉｑａ）に対応するマップに基づいて特定する。このマップでは、上記の差（指令Ｉｑａ−Ｉｑａ）がａ未満のときには、差が増加するに応じてゲインＢを増加し、差がａ点を超えるとゲインＢを１に維持するようにしている。
このようにしたゲインＢを比例動作後の値にかけ合わせたら、この値に積分器１１によって積分動作した後の値を加算する。そして、この加算値をｑ軸指令Ｖｑａとして出力する。
【００１４】
上記のようにしてｄ軸指令Ｖｄａとｑ軸指令Ｖｑａとを求めたら、これらｄ軸指令Ｖｄａとｑ軸指令Ｖｑａとをｄ−ｑ／三相座標変換器６によって三相ＰＷＭ指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換して出力する。そして、このｄ−ｑ／三相座標変換器６から出力されるＰＷＭ指令値を、インバータ回路７によって調整してから三相モータ１に出力する。
以上のようにして、三相モータ１の出力を調整するようにしている。
【００１５】
なお、上記ｄ軸系の比例器８および積分器９によってこの発明のｄ軸系の制御回路１２を構成し、上記ｑ軸系の比例器１０および積分器１１によってこの発明のｑ軸系の制御回路１３を構成している。
また、図中符号５は、レゾルバに代表される角度センサであり、この角度センサ５によって、予め決定したステータに対するロータの基準角度からの変位量、すなわち変位角度を検出するようにしている。
【００１６】
この実施形態によれば、各軸系の制御回路における比例動作後の値に、ゲインＡまたはゲインＢをかけ合わせることによって、ｄ軸指令Ｖｄａ及びｑ軸指令Ｖｑａを可変に制御するようにしているが、上記ゲインＡ及びゲインＢは、目標とする指令電流値とフィードバック電流値との差が小さければ小さいほど小さくなるようにしている。ここで、指令電流値とフィードバック電流値との差が小さい場合というのは、ドライバーがステアリングホィールをゆっくり操作する場合や、ハンドル中立位置に関係なくステアリングホィールを保持している場合などであって、ドライバーが自励発振による音や振動を最も感じやすい状態である。
【００１７】
この実施形態では、上記のように自励発振による音や振動などを最も感じやすい場合に、小さいゲインＡ，Ｂをかけ合わせることによって、自励発振を防止している。したがって、自励発振による音や振動等の影響によって、ドライバーに不快感を与えることがない。また、上記のようにゲインＡ，Ｂを下げたとしても、積分器によって出力値は補償されているので、操作する上で、特別な不都合は生じない。
【００１８】
一方、目標とする指令電流値とフィードバック電流値との差がａを超えると、ゲインＡ，Ｂが１になる。そのため、比例動作後の値がそのまま出力されることになり、このようにそのままの値が出力されることによって、所定の追従性が維持されることになる。
また、このようにゲインＡ，Ｂが１となった場合でも、図２，図３に示すように、（指令Ｉｄａ−Ｉｄａ）および（指令Ｉｑａ−Ｉｑａ）がそれぞれａより小さくなった時点から、ゲインＡ，Ｂが１より小さくなる。そのため、ゲインＡ，Ｂが一定の場合に比べて、自励発振を素早く収束させることができるので、この自励発振による音や振動を効果的に防止することができる。
【００１９】
以上のように、この実施形態によれば、指令電流値とフィードバック電流値との差ａに応じて比例ゲインを可変にしているので、フィードバック電流値と指令電流値との差が大きい場合には、所定の追従性を維持する一方で、上記の差が小さい場合には、比例ゲインも小さくすることで、ＰＷＭのスイッチノイズや外部からのノイズ、Ａ／Ｄの分解能の粗さ、演算誤差等の影響により発生する三相モータ１の振動や音などによる違和感を防止することができる。
【００２０】
なお、この実施形態では、ゲインＡを特定するマップの特性と、ゲインＢを特定するマップの特性とを等しくしているが、このように両マップの特性を等しくしたのは、位相の補償を同じに維持することによって、フィードバックされる電流値に影響しないようにするためである。
また、上記マップは、指令電流値とフィードバック電流値との差がゼロのときでも、所定の大きさを維持するようにしているが、このようにしたのは、ゲインの増加率を小さくすることによって、分解能が粗くなるのを防止するためである。すなわち、ゲインの増加率が大きくなると、分解能が粗くなり、スムーズな操舵感が損なわれるが、この実施形態によれば、そのような不都合は生じない。
【００２１】
また、この実施形態では、ｄ軸系とｑ軸系の両方の比例ゲインを可変にしているが、アシストトルクに対するアシスト電流値を制御していることになるｑ軸系の比例ゲインのみを可変にしてもよい。ｑ軸系の比例ゲインのみを可変にした場合においても、上記実施形態とほぼ同じような効果を得ることができるからである。ただし、モータ自体の特性すなわちアシストトルクとモータ回転数との相関関係を変化させることになるｄ軸系の比例ゲインも可変にした方が、より自励発振による振動や音などによる違和感を防止することができる。
【００２２】
【発明の効果】
第１の発明によれば、ｑ軸系の制御回路における比例ゲインをフィードバック電流値と目標とする指令電流値との差に応じて可変にしているので、例えば電動パワーステアリング装置においては、上記の差が小さいときのゲインを小さくすることによって、ドライバーがステアリングホィールをゆっくり操作する場合や、ハンドル中立位置に関係なくステアリングホィールを保持している場合の自励発振を防止できる。このようにすれば、三相モータの追従性を維持しつつ、振動や音などによる違和感を防止することができる。
【００２３】
第２の発明によれば、ｄ軸系の制御回路における比例ゲインも可変にしているので、フィードバック電流値と目標とする指令電流値との差が小さいときのゲインを小さくすることによって、自励発振をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の制御ブロック図である。
【図２】ゲインＡと、ｄ軸指令電流値とｄ軸フィードバック電流値との差との関係を示すグラフである。
【図３】ゲインＢと、ｑ軸指令電流値とｑ軸フィードバック電流値との差との関係を示すグラフである。
【図４】従来例の三相モータの制御ブロック図である。
【符号の説明】
１    三相モータ
４    三相／ｄ−ｑ座標変換器
６    ｄ−ｑ／三相座標変換器
８    この発明のｄ軸系の制御回路を構成する比例器である。
９    この発明のｄ軸系の制御回路を構成する積分器である。
１０    この発明のｑ軸系の制御回路を構成する比例器である。
１１    この発明のｑ軸系の制御回路を構成する積分器である。
１２    ｄ軸系の制御回路
１３    ｑ軸系の制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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