(57)【要約】【課題】高精度に回転位置誤差補正が可能な電動機制御装置を提供すること。【解決手段】ロック通電を行って（Ｓ１０６）、回転位置検出値θと本来のロータ位置との間の誤差である位置オフセット値を算出し（Ｓ１１０）、その後にこの位置オフセット値で補正された回転位置を定変化させた通電パターンによりモータへの通電を行って、この時の補正回転位置θ２に対する回転位置検出値θの差を求めて、この差の逆数を位置補正値としてロータの１回転にわたってマップに更新学習させる。その後、このマップにより回転位置検出値θを毎回補正して補正回転位置θ２としてモータ制御に用いる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機のロータの回転位置を検出して回転位置検出値θとして出力する回転位置センサと、前記回転位置検出値θを補正して補正回転位置θ２として出力する回転位置補正部と、前記補正回転位置θ２に基づいて形成された制御信号により前記同期電動機駆動用のインバータを断続制御する制御部とを備える電動機制御装置において、
前記制御部は、
所定位相状態のステータ電流であるロック電流を前記インバータから前記同期電動機へ通電させて前記ロータを所定のロック位置に保持するロック通電を実施した後、前記同期電動機を定速回転させ、
前記回転位置補正部は、
前記ロック通電時に検出した前記回転位置検出値θと、予め記憶する前記ロック通電時における所定の回転位置理想値との間の差を演算して位置オフセット値として記憶し、
前記定速回転時における前記回転位置の推定値を前記位置オフセット値により補正した値である補正回転位置θ２と前記回転位置検出値θとの偏差を前記同期電動機の１回転にわたって学習し、
前記回転位置検出値θから前記学習した偏差を差し引いて求めた補正回転位置θ２をその後の前記制御信号の形成に用いることを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動機制御装置において、
前記制御部は、電流検出値と電流指令値との間の偏差を０とするように前記インバータのスイッチング素子を断続制御するフィードバック制御系を構成し、  
前記定速回転時の回転速度は、フィードバック制御系の応答レスポンスの低下が所定値以下である回転速度しきい値より小さく設定される電動機制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の電動機制御装置において、
前記回転速度しきい値は、前記同期電動機の公称最大回転速度の１／１０以上１／２以下とされる電動機制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の電動機制御装置において、
前記制御部は、検出した電流値と電流指令値との間の偏差を０とするように前記インバータのスイッチング素子を断続制御するフィードバック制御系を構成し、
前記回転位置補正部は、前記電流指令値が所定しきい値以上の場合に前記定速回転時の更新記憶動作を実行する電動機制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の電動機制御装置において、
前記回転位置補正部は、前記電流指令値が公称最大電流値の１／５以上４／５未満の場合に前記定速回転時の更新記憶動作を実行する電動機制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の電動機制御装置において、
前記電動機制御装置は、車載の前記同期電動機に装備され、
前記回転位置補正部は、出荷検査時及び車両点検時に前記定速回転時の更新記憶動作を実行する電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ制御装置の位置検出補正方法に関し、特にその回転位置センサの出力信号補正方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出したロータの回転位置に応じて通電を制御する同期モータでは、確実に回転位置検出のためにレゾルバなどの回転位置センサを用いることが一般的である。ただし、回転位置の検出誤差が増大すると、トルクや効率が低下し、異音や振動が増大するので、回転位置センサの出力精度として所定水準を確保する必要がある。しかし、各部材の特性ばらつきや加工組立公差により、要求精度を確保することは製造コストの増大を招く。この種の加工組立公差としては、ステータコアやロータコアの偏心、ロータコアやステータコアの変形などがある。その他、回転位置センサの出力精度の経年変化も懸念される。このため、回転位置センサの出力信号を補正するので、下記の特許文献１、２などの種々の位置補正技術提案がなされている。
【０００３】
特許文献１の回転位置補正技術は、定速回転中においてたとえば機械角半回転ごとに求めたレゾルバの検出値から平均速度を求め、この平均速度から求めた予想値と検出値との偏差を位置誤差補正値とし、この位置誤差補正値に応じて検出値を補正して回転位置信号として外部に出力することを提案している。
【０００４】
特許文献２の回転位置補正技術は、モータ電流の状態と電気角回転位置とが対応する同期モータのごときモータにおいて、所定位相状態のモータ電流（ロック電流とも称する）を通電してロータに所定の回転位置（以下、ロック位置と称する）を与え、このロック位置とレゾルバからの検出値との偏差を求めて記憶しておき、その後のモータ回転中に得られる検出値をこの偏差だけ補正して回転位置信号として外部に出力することを提案している。
【特許文献１】特開２００４−２４２３７０号公報
【特許文献２】特開２００３−３１９６８０号公報
【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の回転位置補正技術は、本質的に複数の検出値から求めた平均値を基に形成した予想値と検出値との偏差により検出値を補正しているため、高精度の検出値の補正が困難であるという問題点があった。つまり、この技術では、上記予想値と真値との間の誤差は解消されないうえ、変速運転時の補正誤差が大きくなるという問題も生じた。更に具体的に説明すると、特許文献１では、所定２時点間の平均速度により回転位置センサの出力補正を行うため、変速状態では補正による検出精度向上効果が低下乃至悪化した。
【０００６】
また、特許文献２の回転位置技術によれば、ロック電流通電によりあらかじめ決定されている所定のロック位置にロータをロックして得た回転位置センサの出力信号（検出値）と既知のロック位置との間の偏差を正確に求めることができる。しかし、このロック位置とは異なる位置で測定した検出値に含まれる誤差は十分にキャンセルできないという問題点があった。つまり、オフセット誤差のように、検出値と真値との間の偏差が一定値であれば、各検出値における誤差は、各検出値から上記偏差を差し引くことによりキャンセル可能であるが、たとえばレゾルバなどの誤差は回転位置を変数とする種々の空間次数成分を有しているため、すべての回転位置での高精度の検出誤差の補正は困難であった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、各回転位置（各回転角）において高精度に誤差補正が可能なモータ制御装置の位置検出補正方法を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の電動機制御装置は、同期電動機のロータの回転位置を検出して回転位置検出値θとして出力する回転位置センサと、前記回転位置検出値θを補正して補正回転位置θ２として出力する回転位置補正部と、前記補正回転位置θ２に基づいて形成された制御信号により前記同期電動機駆動用のインバータを断続制御する制御部とを備える電動機制御装置において、前記制御部は、所定位相状態のステータ電流であるロック電流を前記インバータから前記同期電動機へ通電させて前記ロータを所定のロック位置に保持するロック通電を実施した後、前記同期電動機を定速回転させ、前記回転位置補正部は、前記ロック通電時に検出した前記回転位置検出値θと、予め記憶する前記ロック通電時における所定の回転位置理想値との間の差を演算して位置オフセット値として記憶し、前記定速回転時における前記回転位置の推定値を前記位置オフセット値により補正した値である補正回転位置θ２と前記回転位置検出値θとの偏差を前記同期電動機の１回転にわたって学習し、前記回転位置検出値θから前記学習した偏差を差し引いて求めた補正回転位置θ２をその後の前記制御信号の形成に用いることをその特徴としている。
【０００９】
すなわち、この発明は、ロック通電時の回転位置検出値θと回転位置理想値との偏差を位置オフセット値として求め、その後に実施される定速回転時においてこの位置オフセット値により補正された回転位置の推定値（実位置推定値）を補正回転位置θ２とし、回転位置検出値θからこの補正回転位置θ２を差し引いてその差と回転位置検出値θとの関係をロータの１回転にわたって位置補正用のマップに更新学習させる。これにより、ロック通電により求めた初期位置から定速回転させ、一定時間後の想定位置と回転位置検出値との間の誤差を良好に補償することができ、異音や振動を低減し、トルクや効率の減少も低減することができる。
【００１０】
また、位置補正学習の最初に所定の位置に対応したロック電流を流す事で、位置補正値学習における正確な初期位置を得ることができる。なお、上記ロック通電は、同期電動機の脱調を防止するため、たとえば回転位置検出値や電流位相に基づいて想定される実際の回転位置に相当する通電パターンがこのロック通電の通電パターンに略一致するタイミングで実行することが好適である。
【００１１】
好適態様において、たとえば起動毎などの一定インタバルにてこの位置補正値学習を行うことにより、回転位置センサの経時劣化を補償することもできる。
【００１２】
好適な態様において、前記制御部は、電流検出値と電流指令値との間の偏差を０とするように前記インバータのスイッチング素子を断続制御するフィードバック制御系を構成し、前記定速回転時の回転速度は、フィードバック制御系の応答レスポンスの低下が所定値以下である回転速度しきい値より小さく設定される。このようにすれば、定速回転時の更新学習を比較的低速で行うため、制御部のフィードバック制御レスポンスの位相遅れによる誤差を低減することができる。
【００１３】
好適な態様において、前記回転速度しきい値は、前記同期電動機の公称最大回転速度の１／１０以上１／２以下とされる。これにより、上記レスポンス遅れを良好に抑止することができる。
【００１４】
好適な態様において、前記制御部は、検出した電流値と電流指令値との間の偏差を０とするように前記インバータのスイッチング素子を断続制御するフィードバック制御系を構成し、前記回転位置補正部は、前記電流指令値が所定しきい値以上の場合に前記定速回転時の更新記憶動作を実行する。このようにすれば、負荷トルクが大きくそれに対応する電流指令値が大きい場合に定速回転による更新学習を行う。この場合には、回転速度の変動が小さくできるため、好都合である。
【００１５】
好適な態様において、前記回転位置補正部は、前記電流指令値が公称最大電流値の１／５以上４／５未満の場合に前記定速回転時の更新記憶動作を実行する。これにより、上記回転速度の変動を良好に抑止することができる。
【００１６】
好適な態様において、前記電動機制御装置は、車載の前記同期電動機に装備され、前記回転位置補正部は、出荷検査時及び車両点検時に前記定速回転時の更新記憶動作を実行する。このようにすれば、実際の負荷駆動時に更新記憶動作を行う必要がないため、負荷駆動に支障が生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（実施形態１）
（回路構成）
図１に示す電動パワーステアリング装置は、３相の同期電動機（本発明で言うモータ）１と、この同期電動機１を駆動する３相のインバータ２と、インバータ２を制御するモータコントローラ（本発明でいう制御部の一部）３と、レゾルバ（本発明で言う回転位置センサ）４と、レゾルバ４の出力信号から同期電動機１のロータの回転位置の測定値θｄを算出する位置検出器５と、位置検出器５が出力する回転位置の測定値θｄを補正する位置補正値学習器６と、インバータ２が同期電動機１に通電する相電流を検出する電流センサ９と、位置補正値学習指令器１０と、メモリ１１とを有している。なお、位置検出器５はレゾルバ４又は位置補正値学習器６のどちらかと一体に形成することができる。位置補正学習器６は本発明で言う制御部の残部を構成しているが、実際には位置補正学習器６はマイコン内蔵のモータコントローラ３と一体に形成されている。
【００１９】
モータコントローラ３の機能を図２に示すブロック回路図に示す。モータコントローラ３は、電流指令選択部３０１、減算器３０２、電流制御器３０３、２相３相変換器３０４、PWM制御器３０５、３相２相変換器３０６からなる通常の回路構成を有している。このモータコントローラ３の回路構成自体は電流指令選択部３０１及びメモリ１１を除いて通常のモータベクトル制御回路であるため、電流指令選択部３０１及びメモリ１１の説明を除いて詳細な説明は省略する。
【００２０】
電流指令選択部３０１には、電動パワーステアリング装置に装備された図略の操舵角センサやトルクセンサが検出した操舵角やトルクに基づいて演算されたｄ軸電流指令値Id1、ｑ軸電流指令値Iq1が入力される。また、電流指令選択部３０１には、位置補正値学習器６からｄ軸電流指令値Id２、ｑ軸電流指令値Iq２が入力される。電流指令選択部３０１は、入力された２セットの電流指令値のうちの一つを選択して電流指令値として減算器３０２に出力する。位置補正値学習器６は、位置検出器５から入力される回転位置検出値θを演算して補正回転位置θ２を演算し、２相３相変換器３０４及び３相２相変換器３０６に出力する。また、位置補正値学習器６は、既述したようにｄ軸電流指令値Id２、ｑ軸電流指令値Iq２を電流指令選択部３０１に出力する。位置補正値学習指令器１０は、外部から入力される電動機起動指令信号MotorOnFに基づいてフラグStudyFを位置補正値学習器６に出力する。メモリ１１は、減算器３０２から出力される電流偏差ΔId'、ΔIq’を記憶し、それを位置補正値学習器６に出力する。
【００２１】
図１に示すモータコントローラ３は、位置補正学習器６、位置補正値学習指令器１０及びメモリ１１を除けば通常のベクトル制御同期モータ制御回路であり、入力される回転位置、相電流、電流指令値に基づいてインバータ２をPWMフィードバック制御する。図１のモータ制御回路における基本的なフィードバックベクトル制御については冗長となるためこれ以上の説明は省略する。
【００２２】
（位置補正制御の説明）
この実施形態の特徴をなす回転位置補正動作について、モータコントローラ３内蔵のマイコンにより一定インタバルごとに実施される図３〜図５に示すフローチャートを参照して説明する。図３に示すルーチンは位置補正値学習指令器１０の動作を示し、図４に示すルーチンは電流指令選択部３０１の動作を示し、図５に示すルーチンは位置補正値学習器６の動作を示す。
【００２３】
図３において、電動機起動指令信号MotorOnFがオン、フラグＳｔｕｄｙＥｎｄＦがオフであれば、フラグＳｔｕｄｙＦをオンし、位置補正値学習器６に更新学習動作を指令する。また、それ以外の場合には、フラグＳｔｕｄｙＦをオフし、位置補正値学習器６の更新学習動作を禁止する。
【００２４】
図４において、更新学習動作を指示するフラグＳｔｕｄｙＦがオンであれば（Ｓ１００）、位置補正値学習器６から入力されたｄ軸電流指令値Id２、ｑ軸電流指令値Iq２を減算器３０２に出力し、そうでなければ通常のｄ軸電流指令値Id1、ｑ軸電流指令値Iq1を減算器３０２に出力する。
【００２５】
図５において、更新学習動作を指示するフラグＳｔｕｄｙＦがオンであれば（Ｓ１００）、回転位置検出値θから現在記憶している位置補正値を減算して補正回転位置θ２とする（Ｓ１０２）。フラグＳｔｕｄｙＦがオフであれば、後述するロック時回転位置を取得済みであることを示す初期位置取得フラグがオンであるかどうかを調べ（Ｓ１０４）、オフであればロック時回転位置が未取得であるとしてステップS１０６に進む。
【００２６】
ステップＳ１０６では、予め記憶する所定のロック通電用Id指令値及びロック通電用Iq指令値をｄ軸電流指令値Id２、ｑ軸電流指令値Iq２として決定し、更に予め記憶するロック通電用の電気角を補正回転位置θ２として決定し（Ｓ１０６）、次に、偏差ΔIｄ、ΔIqが０かどうかを調べ（Ｓ１０８）、それらが０であれば、同期電動機１のロータは、対応する所定のロック位置に保持されていると判断して、その時の回転位置検出値θから「ロック電流に対する理想の位置」を減算して位置オフセット値を算出する（Ｓ１１０）。なお、この「ロック電流に対する理想の位置」は、ロック電流の位相角に対応する回転位置であり、予め記憶している値である。その後、ロック時回転位置すなわち初期位置を取得したとして初期位置取得フラグをオンする（Ｓ１１２）。
【００２７】
ステップＳ１０４において、初期位置取得フラグがオンであればロック時回転位置すなわち初期位置を取得済みと判断して、位置補正値学習用Id指令値及び位置補正値学習用Iq指令値をｄ軸電流指令値Id２、ｑ軸電流指令値Iq２として決定し、ステップS110にて算出した位置オフセット値に実位置推定値とを加算して補正回転位置θ２とする（Ｓ１１４）。
【００２８】
なお、定速回転させるため、実位置推定値は定速変化させられる。また、位置補正値学習用Id指令値及び位置補正値学習用Iq指令値は、それによる同期電動機１の発生トルクの変化を最小とするため、ステップS１１４を実施する直前のトルク値に固定されることが好適である。
【００２９】
これにより、位置補正値学習用のｄ軸電流値及びｑ軸電流値を通電した状態にて回転位置を実位置推定値と位置オフセット値との和である補正回転位置θ２が定速変化し、定トルク定速回転がなされているとみなすことができる。なお、上記した実位置推定値は、低速回転するロータの回転速度と前記初期位置（ロック時回転位置）通過時点からの経過時間とを掛けた値とされる。
【００３０】
次に、回転位置検出値θを読み込み（Ｓ１１５）、回転位置検出値θと補正回転位置θ２との偏差を補正値として位置補正マップに書き込む（Ｓ１１６）。次に、更新学習がロータの一回転にわたって完了したかどうかを調べ（Ｓ１１８）、そうでなければメインルーチンにリターンする。これにより、フラグＳｔｕｄｙＦがオフになるまで、更新学習が継続され、同期電動機１のモータのロータの１回転にわたってマップの更新学習がなされる。位置補正値マップのロータの１回転の更新学習が終了すれば更新学習完了フラグフラグＳｔｕｄｙＥｎｄＦをオンしてメインルーチンにリターンする（Ｓ１２０）。
【００３１】
（効果）
このようにすれば、ロック通電により得られた初期回転位置（ロック時回転位置）を基準位置すなわち初期位置として同期電動機１のロータの定速回転させる指令を与えた場合における実際の回転位置検出値θをロータの１回転にわたって検出することができる。また、回転誤差や検出誤差が無い場合の理想的回転位置は、基準位置からの経過時間により算出できる。したがって、理想的回転位置と実際の回転位置検出値θとの誤差と回転位置検出値θとの関係をロータの１回転にわたって学習することができる。これにより、その後の回転において、回転位置検出値θに含まれる上記誤差（位置補正値）を回転位置検出値θから差し引くことにより、誤差がキャンセルされた補正回転位置θ２を求めることができるわけである。その結果、その後の回転速度が変動したとしても、問題なく誤差キャンセルができ、実際のロータ回転位置に対して適切な電流制御を行うことができるため、異音や振動を良好に低減することができる。
【００３２】
（実施形態２）
この実施形態２を図６に示すフローチャートを参照して説明する。図６は、図５に示す定速回転における回転速度変動を抑止するためのルーチンを示す。
【００３３】
まず、補正回転位置θ２又は回転位置検出値θを時間微分値である回転速度を算出し（Ｓ２００）、この回転速度が同期電動機１の公称最大回転速度値の１／１０以上１／２以下かどうかを調べ（Ｓ２０２）、そうであればｄ軸電流指令値Ｉｄ１、ｑ軸電流指令値Ｉｑ２又はそのベクトル和がその公称最大値Imaxの１／５以上４／５未満かどうかを調べ（Ｓ２０４）、そうであれば直前の回転速度変動率を算出して、それが所定しきい値（好適には１０％以下）かどうかを調べ（Ｓ２０５）、そうであれば図５に示す位置補正学習ルーチンの実施を許可し（Ｓ２０６）、それ以外の場合にはそれを禁止する（Ｓ２０８）。
【００３４】
このようにすれば、外乱等による回転数変動が少ない状況にて図５に示す位置補正学習ルーチンを実施できるので補正回転位置θ２の補正精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１の電動パワーステアリング装置を示すブロック回路図である。
【図２】図１の電動パワーステアリング装置の制御装置を示すブロック回路図である。
【図３】図２の制御装置の位置補正動作を示すフローチャートである。
【図４】図２の制御装置の位置補正動作を示すフローチャートである。
【図５】図２の制御装置の位置補正動作を示すフローチャートである。
【図６】実施形態２の位置補正動作の禁止条件を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１      同期電動機
２      インバータ
３      モータコントローラ
４      レゾルバ
５      位置検出器
６      位置補正値学習器
９      電流センサ
１０      位置補正値学習指令器
１１      メモリ
【図１】
2009254138.tif 000003
【図２】
2009254138.tif 000004
【図３】
2009254138.tif 000005
【図４】
2009254138.tif 000006
【図５】
2009254138.tif 000007
【図６】
2009254138.tif 000008