(57)【要約】【課題】ブラシレスモータの電機子磁界による誘起電圧の歪みを考慮すると共に、高回転状態でも必要な補正電流を流して、トルクリップルを抑制する。【解決手段】ブラシレスモータ１２を駆動する電流指令値を演算する電流指令値演算部３１と、前記ブラシレスモータ１２のモータ電流を検出するモータ電流検出部３８と、前記電流指令値と前記モータ電流とに基づいて電圧指令値を演算する電流制御部３４と、前記ブラシレスモータの電気角及び回転角速度を検出する回転情報検出部２２とを備えたモータ駆動制御装置であって、前記電流指令値、前記ブラシレスモータの電気角及び前記ブラシレスモータの回転角速度に基づいて外乱補償電圧値を演算する外乱補償電圧演算部４１を有し、該外乱補償電圧演算部４１で演算した外乱補償電圧値に基づいて前記電流制御部から出力される電圧指令値を補正するフィードフォワード補償部３５を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータを駆動する電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出するモータ電流検出部と、前記電流指令値と前記モータ電流とに基づいて電圧指令値を演算する電流制御部と、前記ブラシレスモータの電気角及び回転角速度を検出する回転情報検出部とを備えたモータ駆動制御装置であって、
前記電流指令値、前記ブラシレスモータの電気角及び前記ブラシレスモータの回転角速度に基づいて外乱補償電圧値を演算する外乱補償電圧演算部を有し、該外乱補償電圧演算部で演算した外乱補償電圧値に基づいて前記電流制御部から出力される電圧指令値を補正するフィードフォワード補償部を備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
前記外乱補償電圧演算部は、前記電気角に基づいて外乱補償電圧を算出する外乱補償電圧モデルを有することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項３】
前記外乱補償電圧演算部は、前記ブラシレスモータの回転角速度に基づいて前記外乱補償電圧モデルに入力する前記電気角に対するオフセット値を生成する第１のオフセット値生成部を有することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項４】
前記外乱補償電圧演算部は、前記電流指令値に基づいて前記外乱補償電圧モデルに入力する前記電気角に対するオフセット値を生成する第２のオフセット値生成部を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項５】
前記外乱補償電圧演算部は、前記ブラシレスモータの回転角速度に基づいて算出した第１の振幅ゲインを前記外乱補償電圧モデルから出力される外乱補償電圧に乗算して補正する第１の補正部を有することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項６】
前記外乱補償電圧演算部は、前記電流指令値に基づいて算出した第２の振幅ゲインを前記外乱補償電圧モデルから出力される外乱補償電圧に乗算して補正する第２の補正部を有することを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項７】
前記外乱補償電圧演算部は、前記外乱補償電圧モデルの出力側に前記外乱補償電圧に対して位相進み遅れ補償を行う位相進み遅れ補償器が設けられていることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項８】
操舵系に対して操舵捕縄力を発生するブラシレスモータを前記請求項１乃至７の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置で駆動制御するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータを駆動する電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出するモータ電流検出部と、前記電流指令値と前記モータ電流とに基づいて電圧指令値を演算する電流制御部と、前記ブラシレスモータの電気角及び回転角速度を検出する回転情報検出部とを備えたモータ駆動制御装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電動パワーステアリング装置の需要増加、高推力、静音性要求が高まっている。特に、コラムタイプの電動パワーステアリング装置については運転者に近い位置に配置されることから、より高い静音性が要求される。高推力を実現するために、電動パワーステアリング装置に用いられる電動モータの高トルク化が必要であるが、高トルクモータはトルク定数が高いため、トルクリップルが増加し、その結果、振動・騒音の悪化に繋がる。このことから、良好なトルクリップル性能を維持しつつ、大型化することなく高出力なシステムを構築することが要望されている。
【０００３】
このような要望に応えるため、本出願人は先に、ロータの回転角度θｅと電気角速度ωｅに基づいて換算表を使用して各相の逆起電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｃを算出し、これら逆起電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｃをｎ次高調波の矩形波若しくは疑似矩形波とすることで高トルク化し、逆起電圧ｅａ、ｅｂ、ｅｃを３相／２相変換してｄ軸逆起電圧ｅｄ及びｑ軸逆起電圧ｅｑを算出すると共に、トルク指令値Ｔｒｅｆ及び電気角速度ωｅに基づいてｄ軸指令値電流Ｉｄｒｅｆを算出し、且つトルクリップルを抑制するためにモータのエネルギーバランス方程式を応用して下記（１）式に基づいてｑ軸指令値電流Ｉｑｒｅｆを算出し、これらｄ軸指令値電流Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸指令値電流Ｉｑｒｅｆを２相／３相変換してａ〜ｃ相電流指令値を算出し、これらａ〜ｃ相電流指令値に基づいてフィードバック制御を行って電動モータを駆動するようにしたモータ駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提案している（特許文献１参照）。
【０００４】
Ｉｑｒｅｆ＝（２／３Ｔｒｅｆ×ωｍ−ｅｄ×Ｉｄｒｅｆ）／ｅｑ  …………（１）
ここで、ωｍは機械角速度で電気角速度ωｅをモータ極対数Ｐで除した値（＝ωｅ／Ｐ）である。
【特許文献１】特開２００６−１５８１９８号公報（第１０頁〜第１２頁、図８、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、エネルギーバランス方程式を応用して、ロータ電気角θｅ及び電気角速度ωｅに基づいて誘起電圧（ＥＭＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｏｔｉｖｅ  Ｆｏｒｃｅ）ｅｑ，ｅｄを算出すると共に、トルク指令値Ｔｒｅｆと電気角速度ωｅとに基づいてｄ軸電流指令値Ｉdrefを算出し、これら誘起電圧ｅq及びｅdとｄ軸電流指令値Ｉdrefとによりモータトルクを決定するｑ軸電流指令値Ｉqrefを算出するようにしているので、誘起電圧ｅq及びｅdがモータ電気角θｅの関数となっており、実際にモータに電流を印加した場合、この印加電流でモータ内部に発生する電機子起磁力により電機子反作用及びステータの磁化特性によって誘起電圧が歪むため、歪み率が大きい場合には歪み分のトルクリップルが発生するという未解決の課題がある。
【０００６】
さらに、高回転状態では電流制御系の応答性が低下するため、必要な補正電流を流すことができず、トルクリップルが発生してしまうという未解決の課題もある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ブラシレスモータの電機子磁界による誘起電圧の歪みを考慮すると共に、高回転状態でも必要な補正電流を流すことができるモータ駆動制御装置及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係るモータ駆動制御装置は、ブラシレスモータを駆動する電流指令値を演算する電流指令値演算部と、前記ブラシレスモータのモータ電流を検出するモータ電流検出部と、前記電流指令値と前記モータ電流とに基づいて電圧指令値を演算する電流制御部と、前記ブラシレスモータの回転角及び回転角速度を検出する回転情報検出部とを備えたモータ駆動制御装置であって、前記電流指令値、前記ブラシレスモータの回転位置及び前記ブラシレスモータの回転角速度に基づいて外乱補償電圧値を演算する外乱補償電圧演算部を有し、該外乱補償電圧演算部で演算した外乱補償電圧値に基づいて前記電流制御部から出力される電圧指令値を補正するフィードフォワード補償部を備えたことを特徴としている。
【０００８】
この請求項１に係る発明では、電流指令値、ブラシレスモータの回転角及びブラシレスモータの回転角速度に基づいて外乱補償電圧値を演算し、演算した外乱補償電圧値に基づいて電流制御部から出力される電圧指令値を補正するフィードフォワード補償を行うようにしているので、ブラシレスモータの電機子反作用による誘起電圧ＥＭＦの歪みによる誤差と、高回転状態での電流制御系の応答性による電流歪みとを解消して、トルクリップルを効果的に抑制することができる。
【０００９】
また、請求項２に係るモータ駆動制御装置は、請求項１に係る発明において、前記外乱補償電圧演算部は、前記回転角に基づいて外乱補償電圧を算出する外乱補償電圧モデルを有することを特徴としている。
この請求項２に係る発明では、外乱補償電圧モデルを使用して、回転情報検出部で検出したブラシレスモータの回転角に基づいて外乱補償電圧を算出するので、予めシミュレーションや実験等によって、ブラシレスモータの回転角に応じた外乱補償電圧が得られる外乱補償電圧モデルを設定することにより、電流制御器、モータ駆動回路、ブラシレスモータ等の電流制御系の非線形な外乱特性を補償する外乱補償電圧を得ることができる。
【００１０】
さらに、請求項３に係るモータ駆動制御装置は、請求項２に係る発明において、前記外乱補償電圧演算部は、前記ブラシレスモータの回転角速度に基づいて前記外乱補償電圧モデルに入力する前記回転角に対するオフセット値を生成する第１のオフセット値生成部を有することを特徴としている。
この請求項３に係る発明では、外乱補償電圧モデルに入力する回転角に対して第１のオフセット値生成部で、ブラシレスモータの回転角速度に基づいてオフセット値を生成するので、電流制御系の応答性による電流歪みの影響を抑制した外乱補償電圧を得ることができる。
【００１１】
さらにまた、請求項４に係るモータ駆動制御装置は、請求項２又は３に係る発明において、前記外乱補償電圧演算部は、前記電流指令値に基づいて前記外乱補償電圧モデルに入力する前記回転角に対するオフセット値を生成する第２のオフセット値生成部を有することを特徴としている。
この請求項４に係る発明では、外乱補償電圧モデルに入力する回転角に対して第２のオフセット値生成部で、電流指令値に基づいてオフセット値を生成するので、ブラシレスモータの電機子反作用による誘起電圧ＥＭＦの歪みによる誤差の影響を抑制した外乱補償電圧を得ることができる。
【００１２】
なおさらに、請求項５に係るモータ駆動制御装置は、請求項２乃至４の何れか１項に係る発明において、前記外乱補償電圧演算部は、前記ブラシレスモータの回転角速度に基づいて算出した第１の振幅ゲインを前記外乱補償電圧モデルから出力される外乱補償電圧に乗算して補正する第１の補正部を有することを特徴としている。
この請求項５に係る発明では、第１の補正部で、ブラシレスモータの回転角速度に基づいて算出した第２の振幅ゲインを外乱補償電圧モデルから出力される外乱補償電圧に乗算するので、外乱補償電圧の振幅を回転角速度に基づいて補正することができ、電流制御系の応答性による電流歪みによる影響を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項６に係るモータ駆動制御装置は、請求項２乃至５の何れか１つに係る発明において、前記外乱補償電圧演算部は、前記電流指令値に基づいて算出した第２の振幅ゲインを前記外乱補償電圧モデルから出力される外乱補償電圧に乗算して補正する第２の補正部を有することを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、第２の補正部で、電流指令値に基づいて算出した第２の振幅ゲインを外乱補償電圧モデルから出力される外乱補償電圧に乗算するので、外乱補償電圧の振幅を電流指令値に基づいて補正することができ、ブラシレスモータの電機子反作用による誘起電圧ＥＭＦの歪みによる誤差を抑制することができる。
【００１４】
さらに、請求項７に係るモータ駆動制御装置は、請求項２乃至６の何れか１つに係る発明において、前記外乱補償電圧演算部は、前記外乱補償電圧モデルの出力側に前記外乱補償電圧に対して位相進み遅れ補償を行う位相進み遅れ補償器が設けられていることを特徴としている。
この請求項７に係る発明では、外乱補償電圧モデルの出力側に設けた位相進み遅れ補償器によって、外乱補償電圧に対して位相進み遅れ補償を行うので、電流制御系の応答性による影響を受けることなく、直接外乱を補償することができる。
【００１５】
さらにまた、請求項８に係る電動パワーステアリング装置は、操舵系に対して操舵捕縄力を発生するブラシレスモータを前記請求項１乃至７の何れか１項に記載のモータ駆動制御装置で駆動制御するようにしたことを特徴としている。
この請求項８に係る発明では、静音性が優れ、且つ高回転状態での応答性の低下を抑制した電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電流指令値、ブラシレスモータの回転角及びブラシレスモータの回転角速度を用いて、ブラシレスモータの回転角に応じて外乱補償電圧を演算し、演算した外乱補償電圧によって電流制御部から出力される電圧指令値を補正するフィードフォワード補償を行うので、ブラシレスモータの回転角に基づいて外乱補償電圧を算出し、電流指令値に基づいて電機子反作用の影響を補正し、ブラシレスモータの回転角速度に基づいて電流制御系の応答性の影響を補正することができ、電流制御系の応答性による影響を受けることなく、ブラシレスモータの電機子反作用による誘起電圧ＥＭＦの歪みによる誤差及び電流制御系の応答性による電流歪みを外乱としてとらえ、この外乱を直接補償することができ、トルクリップルを効果的に抑制することができると共に、高回転状態での電流制御系の応答性を高めて必要な補正電流を流すことにより、トルクリップルの発生を抑制することができるという効果が得られる。
【００１７】
また、簡単な構成で外乱補償を行うフィードフォワード補償系を構成することができるため、少ない演算負荷で外乱補償することができるという効果が得られる。
さらに、上記効果を有するモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用することにより、静音性が優れ、且つ高回転状態での応答性の低下を抑制した電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、３相ブラシレスモータを対象として説明する。
図１は、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合の一実施形態を示す全体構成図であって、図中、１は、ステアリングホイールであり、このステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が入力軸２ａと出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２に伝達される。このステアリングシャフト２は、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。
【００１９】
そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａとこのピニオン８ａに噛合するラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
【００２０】
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した減速ギヤ１１と、この減速ギヤ１１に連結された操舵補助力を発生する３相ブラシレスモータ１２とを備えている。
操舵トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を抵抗変化や磁気変化に変換して検出するように構成されている。
【００２１】
また、３相ブラシレスモータ１２は、図２に示すように、ａ相コイルＬａ、ｂ相コイルＬｂ及びｃ相コイルＬｃの一端が互いに接続されてスター結線とされ、各コイルＬａ、Ｌｂ及びＬｃの他端がモータ制御装置としての操舵補助制御装置２０に接続されて個別にモータ駆動電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃが供給される。また、３相ブラシレスモータ１２は、モータ回転角θｍを検出するレゾルバ、ロータリエンコーダ等で構成されるモータ回転角センサ１３を備えている。
【００２２】
操舵補助制御装置２０は、操舵トルクセンサ３で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ２１で検出された車速Ｖが入力されると共に、モータ回転角センサ１３で検出されたモータ回転角θｍが入力され、このモータ回転角θｍに基づいて電気角θを演算すると共に、モータ回転角θｍを微分してモータ角速度ωを算出する回転情報検出部２２から出力される電気角θが入力され、さらに３相ブラシレスモータ１２の相コイルＬａ及びＬｃに供給されるモータ電流Ｉａ及びＩｃを検出するモータ電流検出部３８から出力されるモータ電流検出値Ｉａｄｅｔ、Ｉｃｄｅｔ及び前記モータ電流Ｉａ及びＩｃより推定されたＩｂｄｅｔが入力されている。
【００２３】
この操舵補助制御装置２０は、操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを演算する操舵補助電流指令値演算部３１と、この操舵補助電流指令値演算部３１から出力される操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ及び電気角θに基づいてベクトル制御演算を行ってｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出し、これらｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを２相／３相変換処理してブラシレスモータ１２に対するａ相電流指令値Ｉａｒｅｆ、ｂ相電流指令値Ｉｂｒｅｆ及びｃ相電流指令値Ｉｃｒｅｆを演算するベクトル制御電流指令値演算部３２とを備えている。
【００２４】
ここで、操舵補助電流指令値演算部３１は、操舵トルクＴ及び車速Ｖをもとに図３に示す操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出する。
この操舵補助電流指令値算出マップは、図３に示すように、横軸に操舵トルクＴをとり、縦軸に操舵補助電流指令値Ｉrefをとると共に、車速検出値Ｖをパラメータとした放物線状の曲線で表される特性線図で構成されている。そして、操舵トルクＴが“０”からその近傍の設定値Ｔｓ１までの間は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが“０”を維持し、操舵トルクＴが設定値Ｔｓ１を超えると最初は操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが操舵トルクＴの増加に対して比較的緩やかに増加するが、さらに操舵トルクＴが増加すると、その増加に対して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆが急峻に増加するように設定され、この特性曲線が、車速が増加するに従って傾きが小さくなるように複数本設定されている。
【００２５】
そして、ベクトル制御電流指令値演算部３２から出力されるａ相電流指令値Ｉａｒｅｆ、ｂ相電流指令値Ｉｂｒｅｆ及びｃ相電流指令値Ｉｃｒｅｆが、モータ電流検出部３８で検出されたモータ電流検出値Ｉａｄｅｔ、Ｉｂｄｅｔ及びＩｃｄｅｔが入力され減算器３３ａ、３３ｂ及び３３ｃに供給される。
そして、減算器３３ａで、ａ相電流指令値Ｉａｒｅｆからモータ電流検出値Ｉａｄｅｔを減算して電流偏差ΔＩａを算出し、減算器３３ｂで、ｂ相電流指令値Ｉｂｒｅｆからモータ電流検出値Ｉｂｄｅｔを減算して電流偏差ΔＩｂを算出し、減算器３３ｃで、ｃ相電流指令値Ｉｃｒｅｆからモータ電流検出値Ｉｃｄｅｔを減算して電流偏差ΔＩｃを算出する。
【００２６】
そして、算出された電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃがＰＩ電流制御部３４に供給されて、このＰＩ電流制御部３４で、ＰＩ制御演算を行って各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆを算出し、算出した電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆがフィードフォワード補償部３５によってフィードフォワード補償される。
このフィードフォワード補償部３５は、操舵補助電流指令値演算部３１で演算した電流指令値Ｉｒｅｆと、回転情報検出部２２で算出した電気角θ及びモータ角速度ωが入力され、これらに基づいてフィードフォワード補償値Ｖｆａ、Ｖｆｂ及びＶｆｃを算出する外乱補償電圧演算部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃと、これら外乱補償電圧演算部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃで算出したフィードフォワード補償値Ｖｆａ、Ｖｆｂ及びＶｆｃをＰＩ電流制御部３４から出力される電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに加算してフィードフォワード補償を行う加算部４２ａ、４２ｂ及び４２ｃとを備えている。
【００２７】
ここで、外乱補償電圧演算部４１ａ〜４１ｃの夫々は、図４に示すように、入力された電気角θが供給される加算器４３と、入力されたモータ角速度ωに基づいて電気角θに対するオフセット値θｏ１を算出して加算器４３に供給する第１のオフセット値生成部４４と、入力された電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて電気角θに対するオフセット値θｏ２を算出して加算器４３に供給する第２のオフセット値生成部４５と、加算器４３でオフセット値θｏ１及びθｏ２が加算された電気角補正値θａが入力されて外乱補償電圧Ｖｃを算出する外乱補償電圧モデル４６とを有する。
【００２８】
第１のオフセット値生成部４４は、モータ角速度ωをもとに図５に示す第１のオフセット値算出マップを参照して第１のオフセット値θｏ１を算出する。ここで、第１のオフセット値算出マップは、図５に示すように、横軸にモータ角速度ωをとると共に、縦軸に第１のオフセット値θｏ１をとったグラフで構成され、モータ角速度ωが“０”であるときに、第１のオフセット値θｏ１が所定値θｏｓ１となり、この状態からモータ角速度ωが増加するとモータ角速度ωの増加に応じて第１のオフセット値θｏ１が所定値θｏｓ１より緩やかに増加又は減少するように特性線Ｌ１が設定されている。
【００２９】
同様に、第２のオフセット値生成部４５は、電流指令値Ｉｒｅｆをもとに図６に示す第２のオフセット値算出マップを参照して第２のオフセット値θｏ２を算出する。ここで、第２のオフセット値算出マップは、図６に示すように、横軸に電流指令値Ｉｒｅｆをとると共に、縦軸に第２のオフセット値θｏ２をとったグラフで構成され、電流指令値Ｉｒｅｆが“０”であるときに、第２のオフセット値θｏ２が所定値θｏｓ２となり、この状態から電流指令値Ｉｒｅｆが増加すると電流指令値Ｉｒｅｆの増加に応じて第２のオフセット値θｏ２が所定値θｏｓ２より緩やかに増加又は減少するように特性線Ｌ２が設定されている。
【００３０】
さらに、外乱補償電圧モデル４６は、電気角補正値θａをもとに図７に示す外乱補償電圧算出マップを参照して、外乱補償電圧Ｖｃを算出する。ここで、外乱補償電圧算出マップは、図７に示すように、シミュレーションや実験等によって、電気角θに応じた電流制御系（ＰＩ電流制御部３４、後述するモータ駆動回路３６，３７、３相ブラシレスモータ１２）の非線形な外乱特性を含む外乱補償電圧Ｖｃを求めて特性曲線Ｌ３が設定されている。
【００３１】
また、外乱補償電圧演算部４１は、入力されるモータ角速度ωに基づいて第１の振幅ゲインを算出する第１の振幅ゲイン算出部４７と、この第１の振幅ゲイン算出部４７で算出した第１の振幅ゲインを外乱補償電圧モデル４６から出力される外乱補償電圧Ｖｃに乗算して補正する第１の補正部４８と、入力される電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて第２の振幅ゲインを算出する第２の振幅ゲイン算出部４９と、この第２の振幅ゲイン算出部４９で算出した第２の振幅ゲインを第１の補正部４８から出力される外乱補償電圧補正値Ｖｃｃ１に乗算して補正する第２の補正部５０と、この第２の補正部５０から出力される外乱補償電圧補正値Ｖｃｃ２に対して位相進み遅れ補償を行う位相進み遅れ補償器５１とを有する。
【００３２】
第１の振幅ゲイン算出部４７は、モータ角速度ωをもとに図８に示す第１の振幅ゲイン算出マップを参照して第１の振幅ゲインＧ１を算出する。ここで、第１の振幅ゲイン算出マップは、図８に示すように、横軸にモータ角速度ωをとると共に、縦軸に第１の振幅ゲインＧ１をとったグラフで構成され、モータ角速度ωが“０”であるときに、第１の振幅ゲインＧ１が所定値Ｇｓ１となり、この状態からモータ角速度ωが増加するとモータ角速度ωの増加に応じて第１の振幅ゲインＧ１が所定値Ｇｓ１より緩やかに増加又は減少するように特性線Ｌ４が設定されている。
【００３３】
第２の振幅ゲイン算出部４７は、電流指令値Ｉｒｅｆをもとに図９に示す第２の振幅ゲイン算出マップを参照して第２の振幅ゲインＧ２を算出する。ここで、第２の振幅ゲイン算出マップは、図９に示すように、横軸に電流指令値Ｉｒｅｆをとると共に、縦軸に第２の振幅ゲインＧ２をとったグラフで構成され、電流指令値Ｉｒｅｆが“０”であるときに、第２の振幅ゲインＧ２が所定値Ｇｓ２となり、この状態から電流指令値Ｉｒｅｆが増加すると電流指令値Ｉｒｅｆの増加に応じて第２の振幅ゲインＧ２が所定値Ｇｓ２より緩やかに増加又は減少するように特性線Ｌ５が設定されている。
【００３４】
さらに、位相進み遅れ補償器５１は、（Ｔ2ｓ＋１）／（Ｔ1ｓ＋１）で表される１次の伝達特性設定されている。
そして、フィードフォワード補償部３５でフィードフォワード補償された補償電圧指令値Ｖａｒｅｆ′、Ｖｂｒｅｆ′及びＶｃｒｅｆ′がパルス幅変調（ＰＷＭ）制御部３６に供給されて、このパルス幅変調制御部３６でインバータ回路３７に対する各相のゲートパルス信号を形成し、このゲートパルス信号をインバータ回路３７に供給することにより、３相モータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃを形成し、これら３相モータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃを３相ブラシレスモータ１２に供給する。
【００３５】
次に、上記実施形態の動作を説明する。
今、ステアリングホイール１を操舵すると、そのときの操舵トルクＴが操舵トルクセンサ３で検出されると共に、車速Ｖが車速センサ２１で検出される。そして、検出された操舵トルクＴ及び車速Ｖが操舵補助制御装置２０の操舵補助電流指令値演算部３１に入力されることにより、この操舵補助電流指令値演算部３１で、図３の操舵補助電流指令値算出マップを参照して操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆを算出する。
【００３６】
一方、モータ回転角センサ１３で検出されたモータ角度検出信号θｍが回転情報検出部２２に供給されて電気角θに変換されると共に、モータ角速度ωを算出する。
そして、操舵補助電流指令値演算部３１で算出された操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ及び電気角θがベクトル制御電流指令値演算部３２に供給され、このベクトル制御電流指令値演算部３２で操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆ及び電気角θに基づいてｄ−ｑ軸電流指令値演算処理を行って、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを算出し、算出したｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを２相／３相変換して、３相ブラシレスモータ１２に対するａ相電流指令値Ｉａｒｅｆ、ｂ相電流指令値Ｉｂｒｅｆ及びｃ相電流指令値Ｉｃｒｅｆを算出する。
【００３７】
そして、ベクトル制御電流指令値演算部３２で算出された各相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆが減算器３３ａ、３３ｂ及び３３ｃに供給されて、これら各相電流指令値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆからモータ電流検出部３８で検出したモータ電流検出値Ｉａｄｅｔ、Ｉｂｄｅｔ及びＩｃｄｅｔを減算して、電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃを算出し、これら電流偏差ΔＩａ、ΔＩｂ及びΔＩｃがＰＩ電流制御部３４に供給されて、３相ブラシレスモータ１２に対する各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆが算出される。
【００３８】
これら電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに基づいてＰＷＭ制御部３６で、パルス幅変調信号が形成され、これがインバータ回路３７に供給されて３相電流がブラシレスモータ１２に供給されることにより、ブラシレスモータ１２が駆動されて操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに応じた操舵補助力を発生する。そして、ブラシレスモータ１２で発生された操舵補助力が減速ギヤ１１を介してステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達されて、ステアリングホイール１を軽い操舵力で操舵することができる。
【００３９】
ところが、本実施形態では、フィードフォワード補償部３５が設けられ、このフィードフォワード補償部３５でＰＩ電流制御部３４から出力される３相ブラシレスモータ１２の各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに対してフィードフォワード補償するようにしている。
すなわち、フィードフォワード補償部３５の外乱補償電圧演算部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃで、回転情報検出部２２で演算した電気角θ及びモータ角速度ωと操舵補助電流指令値演算部３１で演算した操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆとに基づいてフィードフォワード補償値Ｖｆａ、Ｖｆｂ及びＶｆｃを算出する。
【００４０】
このとき、外乱補償電圧演算部４１ａ、４１ｂ及び４１ｃでは、図４に示すように、シミュレーションや実験によって、電流制御部３４、モータ駆動回路３６，３７及び３相ブラシレスモータ１２を含む電流制御系の非線形名外乱特性を含んだ電気角θ及び外乱補償電圧Ｖｃｉ（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ）の関係を表す外乱補償電圧モデル４６を用意し、この外乱補償電圧モデル４６の入力側に、電気角θに対して、モータ角速度ωに基づいて第１のオフセット値生成部４４で算出される第１のオフセット値θｏ１及び操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて第２のオフセット値生成部４５で算出される第２のオフセット値θｏ２を加算する加算器４３が設けられていると共に、外乱補償電圧モデル４６の出力側に、モータ角速度ωに基づいて第１の振幅ゲイン算出部４７で算出した第１の振幅ゲインＧ１を乗算する乗算器４８及び操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて第２の振幅ゲイン算出部４９で算出した第２の振幅ゲインＧ２を乗算する乗算器５０が設けられ、各乗算器４８及び５０で第１の振幅ゲインＧ１及び第２の振幅ゲインＧ２を乗算して補正した外乱補償電圧補正値Ｖｃｃ２を位相進み遅れ補償器５１で位相進み遅れ補償して、フィードフォワード補償値Ｖｆａ、Ｖｆｂ及びＶｆｃを算出する。
【００４１】
そして、算出したフィードフォワード補償値Ｖｆａ、Ｖｆｂ及びＶｆｃを加算部４２ａ、４２ｂ及び４２ｃに供給して、ＰＩ電流制御部３４から出力される電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに加算することにより、補償電圧指令値Ｖａｒｅｆ′、Ｖｂｒｅｆ′及びＶｃｒｅｆ′をパルス幅変調制御部３６に供給する。
このため、パルス幅変調制御部３６で、インバータ回路３７に対する各相のゲートパルス信号を形成し、このゲートパルス信号をインバータ回路３７に供給することにより、３相モータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃを形成し、これら３相モータ電流Ｉａ、Ｉｂ及びＩｃを３相ブラシレスモータ１２に供給する。
【００４２】
したがって、外乱補償電圧演算部４１における外乱補償電圧モデル４６によって、入力される電気角補正値θａに基づいて電流制御部３４、モータ駆動回路３６，３７及び３相ブラシレスモータ１２で構成される電流制御系の非線形な外乱特性を補償する外乱補償電圧Ｖｃａ、Ｖｃｂ及びＶｃｃを得ることができる。
このときに、入力される電気角補正値θａは、電気角θに対して、モータ角速度ωに基づく第１のオフセット値θｏ１及び操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づく第２のオフセット値θｏ２が加算されている。このため、第１のオフセット値θｏ１によって、電流制御系の応答性による電流歪みによる外乱を補償することができる。また、第２のオフセット値θｏ２によって、３相ブラシレスモータ１２の電機子反作用による誘起電圧ＥＭＦの歪みによる誤差の外乱を補償することができる。
【００４３】
さらに、外乱補償電圧モデル４６の出力側に設けられた２つの乗算器４８，５０で、外乱補償電圧モデル４６から出力される外乱補償電圧Ｖａｃ、Ｖｂｃ及びＶｃｃに対して、モータ角速度ωに基づいて算出される第１の振幅ゲインＧ１及び操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づいて算出される第２の振幅ゲインＧ２を乗算する。このため、第１の振幅ゲインＧ１によって、上述した電流制御系の応答性による電流歪みを補償することができ、第２の振幅ゲインＧ２によって、３相ブラシレスモータ１２の電機子反作用による誘起電圧ＥＭＦの歪みによる誤差の外乱を補償することができる。
【００４４】
そして、乗算器５０から出力される外乱補償電圧補正値Ｖｃｃ２を位相進み遅れ補償器５１を通過させることにより、位相進み遅れ補償を行って、フィードフォワード補償値Ｖｆａ、Ｖｆｂ及びＶｆｃを加算部４２ａ、４２ｂ及び４２ｃに供給して、ＰＩ電流制御部３４から出力される電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆに加算して、補償電圧指令値Ｖａｒｅｆ′、Ｖｂｒｅｆ′及びＶｃｒｅｆ′を算出する。
【００４５】
したがって、フィードフォワード補償部３５では、３相ブラシレスモータ１２に電流を印加した場合、電機子反作用によって誘起電圧が歪むために歪み分のトルクリップルが発生してしまう点と、高回転状態では電流制御系の応答性が低下するため、必要な補正電流を流すことができず（特に高調波成分では応答性の低下が顕著に現れる）、トルクリップルが発生してしまう点との２つを外乱としてとらえ、これらを同時に補償するように、外乱補償電圧演算部４１で、電気角θに応じて電流制御系の非線形な外乱特性を補償する外乱補償電圧を演算すると共に、３相ブラシレスモータ１２の電機子反作用の影響を補正するために、電流指令値Ｉｒｅｆを使用し、電流制御系の応答性の影響を補正するためにモータ角速度ωを使用して、フィードフォワード補償値Ｖｆａ、Ｖｆｂ及びＶｆｃを算出し、このフィードフォワード補償値Ｖｆａ、Ｖｆｂ及びＶｆｃによって、ＰＩ電流制御部３４から出力される電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆをフィードフォワード補償する。このため、電流制御系の応答性による影響を受けることなく直接外乱を補償することができると共に、簡単な構成で補償系を構成できるため、少ない演算負荷で補償することができる。
【００４６】
また、このような効果を有する効果を有するモータ制御装置を電動パワーステアリング装置に適用することにより、静音性が優れ、且つ高回転状態での応答性の低下を抑制した電動パワーステアリング装置を提供することができる。
なお、上記実施形態においては、外乱補償電圧演算部４１で、外乱補償電圧モデル４６の入力側ではモータ角速度ωに基づく第１のオフセット値θｏ１及び操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づく第２のオフセット値θｏ２による電気角θの補正を行う、外乱補償電圧モデル４６の出力側では、モータ角速度ωに基づく第１の振幅ゲインＧ１及び操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに基づく第２の振幅ゲインＧ２による外乱補償電圧Ｖａｃ、Ｖｂｃ及びＶｃｃの補正を行うようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、オフセット値生成部４４及び４５の何れか一方又は双方を省略したり、振幅ゲイン算出部４７及び４９の何れか一方又は双方を省略したりすることができる。
【００４７】
また、第２のオフセット値θｏ２及び第２の振幅ゲインＧ２を算出するために入力される電流指令値は前述の操舵補助電流指令値Ｉｒｅｆに限定されるものではなく、たとえばｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆ及びｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆを用いてもよい。この場合、図１０に示すように、第２のオフセット生成部７１で、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆに基づいて第２のオフセット値θｏ２１を算出すると共に、第２のオフセット生成部７２で、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆに基づいて第２のオフセット値θｏ２２を算出し、これらを加算器４３に供給し、さらに第２のゲイン算出部７３で、ｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆに基づいて第２の振幅ゲインＧ２１を算出すると共に、第２のゲイン算出部７４で、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆに基づいて第２の振幅ゲインＧ２２を算出し、第２の振幅ゲインＧ２１を乗算器４８の乗算出力Ｖｃｃ１に乗算器７５で乗算し、第２の振幅ゲインＧ２２を乗算器７５の乗算出力Ｖｃｃ２に乗算器７６で乗算し、この乗算器７６の乗算出力Ｖｃｃ３を位相進み遅れ補償器５１に供給するようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態においては、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを２相／３相変換処理して３相指令電流値Ｉａｒｅｆ、Ｉｂｒｅｆ及びＩｃｒｅｆに変換してから減算部３３ａ、３３ｂ及び３３ｃに供給する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２相／３相変換処理を省略し、これに代えてモータ電流検出部３８で検出したモータ電流検出値Ｉａｄｅｔ、Ｉｂｄｅｔ及び同検出部で推定した電流値Ｉｃｄｅｔを３相／２相変換部に供給してｄ軸検出電流及びｑ軸検出電流に変換し、変換したｄ軸検出電流及びｑ軸検出電流とベクトル制御電流指令値演算部３２で演算したｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆとの電流偏差を算出した後、電流偏差を２相／３相変換してＰＩ電流制御部３４に供給するようにしてもよい。
【００４９】
さらに、上記実施形態においては、ＰＩ電流制御部３４から３相ブラシレスモータ１２の各相の電圧指令値Ｖａｒｅｆ、Ｖｂｒｅｆ及びＶｃｒｅｆを出力する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１１に示すように、ベクトル制御電流指令値演算部３２の２相／３相変換処理を省略して、ｄ軸電流指令値Ｉｄｒｅｆ及びｑ軸電流指令値Ｉｑｒｅｆを減算器３２ｄ及び３２ｑに供給する一方、モータ電流検出部３８から出力されるモータ電流検出値Ｉａｄｅｔ、Ｉｂｄｅｔ及びＩｃｄｅｔを３相／２相変換部６１でｄ軸電流検出値Ｉｄｄｅｔ及びｑ軸電流検出値Ｉｑｄｅｔに変換して、これらｄ軸電流検出値Ｉｄｄｅｔ及びｑ軸電流検出値Ｉｑｄｅｔを減算器３２ｄ及び３２ｑに供給して、減算器３２ｄ及び３２ｑから出力される電流偏差ΔＩｄ及びΔＩｑをＰＩ電流制御部６２に供給して、ＰＩ電流制御処理を行って、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを算出するように構成する。
【００５０】
また、フィードフォワード補償部３５の加算器４２ａ〜４２ｃを省略し、これに代えて、外乱補償電圧演算部４１の出力側に３相／２相変換部６３を設け、この３相／２相変換部６３でフィードフォワード補償値Ｖｆａ〜Ｖｆｃをｄ軸フィードフォワード補償値Ｖｆｄ及びｑ軸フィードフォワード補償値Ｖｆｑに変換して加算器４２ｄ及び４２ｑに供給し、これら加算器４２ｄ及び４２ｑにＰＩ電流制御部６２から出力されるｄ軸電圧指令値Ｖｄｒｅｆ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑｒｅｆを供給し、加算器４２ｄ及び４２ａから出力される補償電圧指令値Ｖｄｒｅｆ′及びＶｑｒｅｆ′を２相／３相変換部６４に供給して、３相電圧指令値Ｖａｒｅｆ〜Ｖｃｒｅｆに変換して、パルス幅変調制御部３６に供給するようにしても、上述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】
さらにまた、上記実施形態においては、３相ブラシレスモータに本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、４相以上のｎ相ブラシレスモータにも本発明を適用することができる。
なおさらに、上記実施形態においては、本発明を電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動ブレーキ装置などの車載電動機器や他の電動機器等のｎ相ブラシレスモータを適用した機器に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】操舵補助制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】操舵補助電流指令値算出マップを示す特性線図である。
【図４】外乱補償電圧演算部の具体的構成を示すブロック図である。
【図５】第１のオフセット値生成部で参照する第１のオフセット値算出マップを示す特性線図である。
【図６】第２のオフセット値生成部で参照する第２のオフセット値算出マップを示す特性線図である。
【図７】外乱補償電圧モデルで参照する外乱補償電圧算出マップを示す特性線図である。
【図８】第１の振幅ゲイン算出部で参照する第１の振幅ゲイン算出マップを示す特性線図である。
【図９】第２の振幅ゲイン算出部で参照する第２の振幅ゲイン算出マップを示す特性線図である。
【図１０】外乱補償電圧演算部の他の例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す操舵補助制御装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…トルクセンサ、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１２…３相ブラシレスモータ、１３…モータ回転角センサ、２０…操舵補助制御装置、２１…車速センサ、２２…回転情報検出部、３１…電流指令値演算部、３２…ベクトル制御電流指令値演算部、３３ａ〜３３ｃ…減算部、３４…ＰＩ電流制御部、３５…フィードフォワード補償部、３６…ＰＷＭ制御部、３７…インバータ回路、３８…モータ電流検出部、４１…外乱補償電圧演算部、４２ａ〜４２ｃ…加算器、４３…加算器、４４…第１のオフセット値生成部、４５…第２のオフセット値生成部、４６…外乱補償電圧モデル、４７…第１の振幅ゲイン算出部、４８…乗算器、４９…第２の振幅ゲイン算出部、５０…乗算器、５１…位相進み遅れ補償部、６１…３相／２相変換部、６２…ＰＩ電流制御部、６３…３相／２相変換部、６４…２相／３相変換部、７１，７２…第２のオフセット値生成部、７３，７４…第２の振幅ゲイン算出部、７５，７６…乗算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009017715.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009017715.tif 000011
【図１０】
2009017715.tif 000012
【図１１】
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