(57)【要約】【課題】センシング信号を用いて推定されたロータ回転位置の信頼性を検証することによって、モータ制御の信頼性を高めることができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】センシング信号生成部２１は、所定のセンシング周波数のセンシング信号を生成する。このセンシング信号がモータ３のステータに注入される。センシング信号に対するモータ３の応答が電流センサ９によって検出される。位置推定部２０は、モータ電流波形のピークに基づき、推定回転位置θ＾を求める。回転速度演算部２５は、推定回転位置θ＾を用いてロータの回転速度ω1を演算する。一方、周波数分析部２６は、三相検出電流ＩUVWを周波数分析することによって、ロータの回転速度ω2を求める。信頼性検証部２７は、互いに独立に求められた２つの回転速度ω1，ω2の差が速度差閾値を超えているときに、推定回転位置θ＾に信頼性がないと判断する。【選択図】図１
2009261102.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、
正弦波状センシング信号をステータに注入するためのセンシング信号注入手段と、
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と、
このモータ電流検出手段によって検出されたモータ電流に基づいてロータ回転位置を推定する位置推定手段と、
この位置推定手段によって推定されたロータ回転位置の信頼性を検証する検証手段とを含む、モータ制御装置。
【請求項２】
前記検証手段が、前記位置推定手段によって推定されたロータ回転位置に信頼性がないと判断したときに、モータを停止するモータ停止制御手段をさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記検証手段は、
前記位置推定手段によって推定されたロータ回転位置に基づいてロータ回転速度を演算する第１ロータ回転速度演算手段と、
前記モータ電流検出手段によって検出されたモータ電流を周波数分析することによってロータ回転速度を演算する第２ロータ回転速度演算手段と、
前記第１ロータ回転速度演算手段によって求められたロータ回転速度と、前記第２ロータ回転速度演算手段によって求められたロータ回転速度とを比較する比較手段とを含むものである、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４(a)に示すように、ロータ５０の回転中心を原点とする二相固定座標である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。より具体的には、このような高周波電圧ベクトルが形成されるように、正弦波の高周波探査電圧であるセンシング信号が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４(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５５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、図５(a)の曲線Ｌ２に示すように、電流ベクトルの１周期において、その大きさは、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の回転位置を推定することができる。より具体的には、大きさが極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。
【特許文献１】特開２００４−３４３９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のようなセンシング信号を用いた位置推定アルゴリズムでは、電流センサによって検出されるモータ電流にフィルタ処理を施すことにより、センシング信号に対応した電流応答成分を抽出して、ロータ回転位置を推定するようになっている。しかし、モータ温度等の周辺環境が変化すると、モータパラメータ（抵抗およびインダクタンス）が変化するため、必要な信号を抽出できなくなるおそれがある。これにより、正確なロータ回転位置を検出することができなくなるおそれがあり、モータの制御性能が悪くなる危惧がある。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、センシング信号を用いて推定されたロータ回転位置の信頼性を検証することによって、モータ制御の信頼性を高め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】
【０００９】
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（５１〜５３）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、正弦波状センシング信号をステータに注入するためのセンシング信号注入手段（２１）と、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、このモータ電流検出手段によって検出されたモータ電流に基づいてロータ回転位置を推定する位置推定手段（２０）と、この位置推定手段によって推定されたロータ回転位置の信頼性を検証する検証手段（２５〜２７；４０，４１）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。
【００１０】
この構成によれば、正弦波状センシング信号をステータに注入したときのモータ電流応答をモータ電流検出手段によって検出することにより、そのモータ電流応答に基づいてロータ回転位置を推定することができる。この推定されたロータ回転位置の信頼性が検証手段によって検証される。これにより、モータ制御の信頼性を高めることができる。
請求項２記載の発明は、前記検証手段が、前記位置推定手段によって推定されたロータ回転位置に信頼性がないと判断したときに、モータを停止するモータ停止制御手段（２８）をさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置である。
【００１１】
この構成によれば、ロータ回転位置に信頼性がないときにはモータが停止されるので、位置推定手段による演算結果が不正確なときには、その不正確な演算結果に基づく不適切なモータ制御が行われることがない。これにより、モータ制御の信頼性をより一層高めることができる。
請求項３記載の発明は、前記検証手段は、前記位置推定手段によって推定されたロータ回転位置に基づいてロータ回転速度を演算する第１ロータ回転速度演算手段（２５）と、前記モータ電流検出手段によって検出されたモータ電流を周波数分析することによってロータ回転速度を演算する第２ロータ回転速度演算手段（２６）と、前記第１ロータ回転速度演算手段によって求められたロータ回転速度と、前記第２ロータ回転速度演算手段によって求められたロータ回転速度とを比較する比較手段（２７，Ｓ５）とを含むものである、請求項１または２記載のモータ制御装置である。
【００１２】
この構成によれば、位置推定手段によって推定されたロータ回転位置に基づいて、ロータ回転速度（第１ロータ回転速度）が求められる。その一方で、モータ電流検出手段によって検出されるモータ電流の周波数分析を行うことによって、ロータ回転速度（第２ロータ回転速度）が演算される。第１ロータ回転速度は位置推定手段による演算結果を反映しているのに対して、第２ロータ回転速度は位置推定手段による演算から独立して求められている。そこで、これらの第１および第２ロータ回転速度が比較される。比較の結果、たとえば、第１および第２ロータ回転速度の差が所定の速度差閾値を超えていれば、位置推定手段が求めるロータ回転位置の信頼性が低いと判断できる。一方、第１および第２ロータ回転速度の差が前記速度差閾値以下であれば、位置推定手段が求めるロータ回転位置が充分な信頼性を有していると判断できる。こうして、位置推定手段が求めるロータ回転位置の信頼性を検証することができる。
【００１３】
検証手段としては、他にも、前記位置推定手段（第１の位置推定手段）とは異なる手法でロータ回転位置を求める第２の位置推定手段（４０）を設け、第１および第２の位置推定手段による演算結果を比較する構成をとることもできる。すなわち、第１および第２位置推定手段による演算結果の差が所定の位置差閾値を超えていれば、推定された位置に信頼性がないと判断でき、当該演算結果の差が前記位置差閾値以下であれば、推定された位置に信頼性があると判断できる。
【００１４】
前記第２の位置推定手段は、たとえば、モータ電流およびモータ電圧からモータの誘起電圧を求め、この誘起電圧に基づいてロータ回転位置を推定するものであってもよい。
さらにまた、前記第２の位置推定手段は、簡易なセンサを用いてロータ回転位置を推定（検出）するものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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モータ３（電動モータ）と、このモータ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。
【００１６】
モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスモータであり、図２に図解的に示すように、界磁としてのロータ５０と、これに対向するステータに配置された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。モータ３は、ロータの外部にステータを対向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対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
【００１７】
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、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、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２０と、センシング信号生成部２１と、加算部２２と、回転速度演算部２５と、周波数分析部２６と、信頼性検証部２７と、停止制御部２８とを備えている。
【００１８】
電流指令値生成部１１は、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*とを生成する。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とともに回転する二相回転座標系（ｄ−ｑ）を規定する（図２参照）。
【００１９】
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。
Ｉd*＝０                  ……(1)
Ｉq*＝−(3/2)1/2・Ｉ*    ……(2)
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。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、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。
【００２０】
電流センサ９は、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、所定のサンプリング周波数ｆsでサンプリングされてマイクロコンピュータ７に取り込まれ、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（α−β）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（α−β）とは、ロータ５０の回転中心を原点として、ロータ５０の回転平面内に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。
【００２１】
αβ／γδ座標変換部１８は、二相検出電流Ｉαβを、位置推定部２０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。）に従う二相回転座標系（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「二相検出電流Ｉγδ」という。）に座標変換する。二相回転座標系（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（図２参照）。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、二相回転座標系（ｄ−ｑ）と二相回転座標系（γ−δ）とは一致する。
【００２２】
二相検出電流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「二相指示電圧Ｖγδ*」という。）が生成されて、γδ／αβ座標変換部１４に与えられる。
【００２３】
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（α−β）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。
【００２４】
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、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*と二相検出電流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二相指示電圧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、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*に対応するように二相回転座標系（γ−δ）で表された二相検出電流Ｉγδに変換された後に、偏差演算部１９に与えられる。
【００２５】
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２０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。
センシング信号生成部２１は、ロータ５０の位相角θを推定するために、ステータ巻線５１〜５３に正弦波状のセンシング信号を注入するセンシング信号注入手段として機能する。このセンシング信号生成部２１は、モータ３の定格周波数に比較して十分に高いセンシング周波数ｆa（たとえば、ｆa＝４００Hz）の高周波正弦電圧（図５(b)参照）を、探査電圧として、モータ３のＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータ巻線５１，５２，５３に印加するためのセンシング信号を生成する。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とができるセンシング信号を生成する。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４(a)参照）。
【００２６】
センシング信号生成部２１は、この実施形態では、二相指示電圧Ｖαβ*に重畳すべきセンシング信号を生成する。このセンシング信号は、加算部２２によって、二相指示電圧Ｖαβ*に重畳されるようになっている。
位置推定部２０は、サンプリング周期Ｔｓ（＝１／ｆs）ごとにＵＶＷ／αβ座標変換部１７から与えられる二相検出電流Ｉαβに基づいて、ロータ５０の回転位置を推定し、推定回転位置θ^を生成する。
【００２７】
そして、回転速度演算部２５は、位置推定部２０が生成する推定回転位置θ^に基づいて、ロータ５０の回転速度ω1（角速度）を演算する。すなわち、制御周期（たとえば、サンプリング周期に等しい）毎に推定回転位置θ^が生成されると、前制御周期と今制御周期とにおける推定回転位置θ^の差に基づいて、回転速度ω1が演算される。この回転速度ω1は、位置推定部２０における位置推定演算のために用いられる。
【００２８】
周波数分析部２６は、たとえば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算を行うことによって、三相検出電流ＩUVWの周波数分析を行う。三相検出電流ＩUVWの周波数スペクトルには、前記センシング周波数ｆaの２倍の周波数２ｆa（たとえば、２ｆa＝８００Hz）の位置にピークが現れる。これは、三相検出電流ＩUVWが、一周期中にロータ５０のＮ極およびＳ極に対応する２つのピークを持つからである。三相検出電流ＩUVWの周波数スペクトルには、さらに、センシング信号に対してロータ５０の回転に対応する信号が重畳されて生成される「うなり成分」に対応するピークが現れる。たとえば、ロータ５０が図２の反時計回り方向に回転速度ω2（角速度）で回転しているときには、うなり成分に対応するピークの周波数ｆbは、ｆb＝２ｆa−２（ω2／２π）となる。逆に、ロータ５０が図２の時計回り方向に回転速度ω2で回転しているときには、うなり成分に対応するピークの周波数ｆbは、ｆb＝２ｆa＋２（ω2／２π）となる。そこで、周波数分析部２６は、センシング信号に対応したピーク周波数２ｆaとうなり成分の周波数ｆbとの差δｆ（＝｜２ｆa−ｆb｜＝２（ω2／２π））を求め、これから回転速度ω2（＝πδｆ）を求める。
【００２９】
信頼性検証部２７は、回転速度演算部２５によって求められる回転速度ω1と、周波数分析部２６によって求められる回転速度ω2とを比較する。より具体的には、これらの２つの回転速度ω1，ω2の差Δω（＝｜ω1−ω2｜）を所定の速度差閾値Ｔｈωと比較する。信頼性検証部２７は、回転速度差Δωが速度差閾値Ｔｈω以下のとき、すなわち、２つの回転速度ω1，ω2がよく一致しているときには、位置推定部２０によるロータ回転位置の推定精度が高く、したがって、推定回転位置θ＾に信頼性があるものと判断する。一方、回転速度差Δωが速度差閾値Ｔｈωを超えているとき、すなわち、２つの回転速度ω1，ω2が顕著に相異しているときには、位置推定部２０によるロータ回転位置の推定精度が低く、したがって、推定回転位置θ＾に信頼性がないものと判断する。
【００３０】
停止制御部２８は、信頼性検証部２７によって、推定回転位置θ＾に信頼性がないと判断されたことに応答して、モータ３の制御を停止させる。これにより、モータ３が不正確な推定回転位置θ＾に基づいて不適切な制御を受けることが防がれる。
図３は、位置推定部２０の構成を説明するためのブロック図である。位置推定部２０は、電流値演算部３１と、逆ノッチフィルタ３２と、電流ピークタイミング抽出部３３と、電流同期抽出部３４と、ロータ位置演算部３５とを備えている。
【００３１】
電流値演算部３１は、電流ベクトルの大きさ、すなわち、電流の大きさＩを求める。より具体的には、電流値演算部３１は、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７から与えられる二相検出電流Ｉαβに基づいて、電流の大きさＩを演算する。たとえば、次式(3)に従って、電流の大きさＩが演算される。
Ｉ＝｛Ｉα2＋Ｉβ2｝1/2    ……  (3)
逆ノッチフィルタ３２は、電流値演算部３１の出力からノイズ成分を除去する。電流の大きさＩには、高周波電圧ベクトルの１周期中に２回の極大値が生じる。したがって、電流値演算部３１の出力のうち、有意な信号成分の周波数は、センシング信号生成部２１が生成するセンシング信号の周波数ｆaの２倍程度の周波数を有する。そこで、逆ノッチフィルタ３２は、センシング信号の周波数ｆaの２倍の周波数を中心周波数ｆｃとし、回転速度演算部２５によって演算される回転速度ω1に対応する周波数α（＝ω1／２π）の２倍の範囲ｆｃ±αの信号を通過させ、この範囲外の信号を除去する特性（逆ノッチフィルタ特性）を有している。
【００３２】
電流ピークタイミング抽出部３３は、逆ノッチフィルタ３２の出力に基づき、電流値演算部３１によって求められた電流の大きさＩが極大値（ピーク値）をとるタイミング（極大値タイミング）を検出する。より具体的には、電流ピークタイミング抽出部３３は、センシング信号周期毎にピークホールド処理を行い、そのセンシング信号周期中に電流の大きさＩが極大値をとる極大値タイミングを抽出する。この極大値タイミングは、ロータ５０の回転位置（位相）に対応する。
【００３３】
電流同期抽出部３４は、電流ピークタイミング抽出部３３が極大値タイミングｔを生成すると、これに応答して、そのタイミングｔにおける二相検出電流Ｉαβ(t)をＵＶＷ／αβ座標変換部１７から取り込んで出力する。
ロータ位置演算部３５は、電流同期抽出部３４から与えられる極大値タイミング二相検出電流Ｉαβ(t)を用いて、次式(4)に従って、推定回転位置θ＾を演算する。
【００３４】
θ＾＝Ｔan-1（Ｉβ／Ｉα）  ……(4)
図４(a)は、センシング信号生成部２１によって生成されてステータ巻線５１，５２，５３に印加されるセンシング信号（回転探査電圧）に対応する高周波電圧ベクトルを示し、図４(b)は、高周波電圧ベクトルに対する電流ベクトルの応答を示す。回転探査電圧の印加により形成される高周波電圧ベクトルは、一定の大きさを有し、αβ座標の原点まわりに定速で回転する。このとき、ロータ５０の極位置に応じて電流ベクトルの大きさが変化する。より具体的には、ロータ５０のＮ極およびＳ極に対応する位置で電流ベクトルの大きさ、すなわち電流の大きさＩが極大値をとり、それらに対して電気角で９０度だけ異なる２つの位置で電流の大きさＩが極小値をとる。その結果、電流ベクトルの終点は、αβ座標の原点のまわりに楕円形の軌跡５５を形成することになる。その楕円形は、ロータ５０のＮ極およびＳ極に対応する長軸方向を有する。
【００３５】
図５(a)は、電流波形の一例を示す波形図である。すなわち、電流の大きさＩの時間変化の一例が示されている。電流波形には、電流ベクトルの終点が形成する楕円形の軌跡５５（図４(b)参照）の２つの長軸方向に対応した極大点Ｐ１，Ｐ２が現れる。
ロータ５０の回転速度ωが高周波電圧ベクトルの回転速度に対して十分に小さいときには、高周波電圧ベクトルの１周期中に、電流の大きさＩは、２度の極大点Ｐ１，Ｐ２をとる。この状態が図５(a)の曲線Ｌ２に示されている。
【００３６】
図６は、マイクロコンピュータ７によって所定の制御周期毎に繰り返し実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。ただし、高周波電圧ベクトルの１周期（センシング信号周期）中に２回現れる電流信号の極大のうちロータ５０のＮ極に対応する極大を特定するための処理（Ｎ極判定処理）が、予め行われているものとする。Ｎ極判定処理には、公知の方法を適用することができる。たとえば、充分に大きな高周波電圧ベクトルを印加すると、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（図５(a)の曲線Ｌ１参照）。これを利用して、電流波形の２つの極大点のうちの一方をＮ極に対応する極大点として特定できる。
【００３７】
まず、センシング信号生成部２１からセンシング信号がステータ巻線５１〜５３に注入される（ステップＳ１）。このセンシング信号の印加により、電流センサ９の出力から、図４(b)および図５(a)に示すような電流応答が得られる。
この電流応答に基づいて、より具体的には、三相検出電流ＩUVWをＵＶＷ／αβ座標変換部１７で座標変換して得られる二相検出電流Ｉαβに基づいて、位置推定部２０により、推定回転位置θ＾が求められる（ステップＳ２）。さらに、この推定回転位置θ＾に基づいて、回転速度演算部２５によって、回転速度ω1が求められる（ステップＳ３）。
【００３８】
一方、周波数分析部２６は、三相検出電流ＩUVWに対して周波数分析処理を行って、位置推定部２０によって求められる推定回転位置θ＾を用いることなく、ロータ５０の回転速度ω2を求める（ステップＳ４）。
信頼性検証部２７は、回転速度差Δω（＝｜ω1−ω2｜）と速度差閾値Ｔｈωとを比較する（ステップＳ５）。回転速度差Δωが速度差閾値Ｔｈω以下であれば（ステップＳ５：ＹＥＳ）、信頼性検証部２７は、推定回転位置θ＾に信頼性があると判断する（ステップＳ６）。一方、回転速度差Δωが速度差閾値Ｔｈωを超えているときには（ステップＳ５：ＮＯ）、信頼性検証部２７は、推定回転位置θ＾に信頼性がないと判断する（ステップＳ７）。
【００３９】
信頼性検証部２７によって推定回転位置θ＾に信頼性がないと判断されると、停止制御部２８は、モータ３を停止させる（ステップＳ８）。
以上のように、この実施形態によれば、推定回転位置θ＾に基づいて求められた回転速度ω1と周波数分析によって求められた回転速度ω2との差と速度差閾値Ｔｈωとの大小に基づいて推定回転位置θ＾の信頼性が評価されるようになっている。そして、たとえば、モータ温度等の周辺環境の変化のためにモータパラメータが変化した場合のように、位置推定精度が悪化し、推定回転位置θ＾の信頼性が損なわれるような状況では、モータ３の制御が停止される。これにより、モータ３が不適切に制御されることを抑制できるので、モータ制御の信頼性を高めることができ、より適切に操舵補助を行うことができる。
【００４０】
図７は、この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。この図７において、前述の図１に示された各部に対応する部分には、図１の場合と同一の参照符号を付して示す。
この実施形態では、位置推定部２０の他に、この位置推定部２０とは別のアルゴリズムによってロータ５０の回転位置を推定するための検証用位置推定部４０と、この検証用位置推定部４０によって推定される推定回転位置θV＾を用いて、位置推定部２０が生成する推定回転位置θ＾の信頼性を検証する信頼性検証部４１とが設けられている。信頼性検証部４１は、位置推定部２０によって求められる推定回転位置θ＾と、検証用位置推定部４０によって求められる推定回転位置θV＾とを比較する。より具体的には、これらの推定回転位置θ＾，θV＾の差Δθ＾（＝｜θ＾−θV＾｜）を所定の位置差閾値Ｔｈθと比較する。信頼性検証部４１は、位置差Δθ＾が位置差閾値Ｔｈθ以下のとき、すなわち、２つの推定回転位置θ＾，θV＾がよく一致しているときには、位置推定部２０によるロータ回転位置の推定精度が高く、したがって、推定回転位置θ＾に信頼性があるものと判断する。一方、位置差Δθ＾が位置差閾値Ｔｈθを超えているとき、すなわち、２つの推定回転位置θ＾，θV＾が顕著に相異しているときには、位置推定部２０によるロータ回転位置の推定精度が低く、したがって、推定回転位置θ＾に信頼性がないものと判断する。
【００４１】
停止制御部２８は、信頼性検証部２７によって、推定回転位置θ＾に信頼性がないと判断されたことに応答して、モータ３を停止させる。これにより、不正確な推定回転位置θ＾に基づいてモータ３が不適切に制御されることを防ぐことができる。
図８は、検証用位置推定部４０の構成例を示すブロック図である。検証用位置推定部４０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６１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６２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、モータ３の数学モデルであるモータモデルに基づき、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６５と、この外乱オブザーバ６５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６６と、この推定値フィルタ６６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の推定回転位置θV^を生成する推定位置生成部６７とを有している。そして、電圧フィルタ６１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６２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６５にそれぞれ入力されるようになっている。
【００４２】
図９は、外乱オブザーバ６５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。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。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。
【００４３】
外乱オブザーバ６５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）６８と、この逆モータモデル６８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６９とで構成することができる。電圧偏差演算部６９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９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６５は、たとえば、Ｒ＋ｐＬで表される。
【００４４】
推定値フィルタ６６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６６の遮断周波数ωcが定まる。
誘起電圧Ｅαβは、次の(5)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。
【００４５】
【数１】
2009261102.tif 000003
したがって、推定誘起電圧Ｅ^αβが求まれば、次の(6)に従って、推定回転位置θV^が求まる。この演算が、推定位置生成部６７によって行われるようになっている。
【００４６】
【数２】
2009261102.tif 000004
以上のとおり、この実施形態では、位置推定部２０によって求められる推定回転位置θ＾から独立し、かつ別のアルゴリズムで推定回転位置θV＾を求める検証用位置推定部４０が設けられている。そして、２つの推定回転位置θ＾，θV＾の差と位置差閾値Ｔｈθとの大小に基づいて、位置推定部２０による位置推定演算の信頼性が評価される。推定回転位置θ＾に信頼性がないときには、モータ３の制御が停止されるので、モータ制御の信頼性を向上することができる。
【００４７】
なお、センシング信号に対する電流応答を用いる位置推定部２０による位置推定は、ロータ５０の回転速度が低中速域にあるときに一定以上の精度が得られる。これに対して、モータ３の誘起電圧を用いる検証用位置推定部４０による位置推定は、中低速域において一定以上の精度を有する。したがって、信頼性検証部４１による判断は、ロータ５０の回転速度が、位置推定部２０および検証用位置推定部４０の両方の位置推定精度が高い中速域において行うようにしてもよい。
【００４８】
以上、この発明の２つの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、推定回転位置θ＾の信頼性を検証するための信頼性検証手段としては、モータ３の出力トルクを検出し、その出力トルクと電流指令値Ｉdq*（トルク指令値）とを比較するようにしてもよい。モータ３の出力トルクとトルク指令値とが大きく相異しているとすれば、位置推定精度の悪化に伴うモータ制御不良と考えられるので、推定回転位置θ＾の信頼性が低いと判断することができる。
【００４９】
また、ロータ５０の回転位置を検出する簡易なセンサ（レゾルバほど高精度でない簡易なもの）を設け、このセンサの出力と推定回転位置θ＾とを比較することで、推定回転位置θ＾の信頼性を評価する構成としてもよい。
さらに、図１の構成において、周波数分析部２６によって求められた回転速度ω2を時間積分することで、或る所定時間に渡るロータ回転位置の変化量（移動距離）を求めるようにしてもよい。この場合、位置推定部２０が求める推定回転位置θ＾の当該所定時間における変化量と、周波数分析および積分処理によって得られたロータ回転位置変化量とを大小比較して、推定回転位置θ＾の信頼性を評価してもよい。
【００５０】
また、たとえば、前述の実施形態では、電流の大きさＩが極大値をとるときの二相検出電流Ｉαβを用いてロータ５０の回転位置θを求めているが、電流の大きさＩが極大値をとるときの二相指示電圧Ｖα*，Ｖβ*を用いて（図１および図７のライン２３参照）、次式(7)に従って、推定回転位置θ^を求めるようにしてもよい。
θ^＝Ｔan-1（Ｖβ*／Ｖα*）        …(7)
電圧ベクトルは大きさが一定であるので、歪みの生じている電流ベクトルに比較して、その位相の計算が容易である。したがって、式(7)の適用により、演算処理を簡素化できる。
【００５１】
電流の大きさＩが極大値をとるときの電圧ベクトルの位相を求めるには、前記の式(7)に従う演算を行う代わりに、センシング信号の印加と同期して計数動作を行うカウンタを用いるようにしてもよい。具体的には、高周波電圧ベクトルがα軸（Ｕ相方向に一致）に沿うとき（すなわち、高周波電圧ベクトルの位相が零のとき）に初期化されて計数動作を開始するように繰り返し動作するカウンタを設ける。このカウンタは、たとえば、高周波電圧ベクトルの周期（センシング信号周期）Ｔａをｉ等分（ｉは１周期当たりのサンプリング数。たとえばｉ＝３６０）した周期Ｔａ／ｉ毎にカウントアップするもので、その出力は、高周波電圧ベクトルの位相を表す。そこで、図５(c)に示すように、電流の大きさＩの極大値が検出された時点でカウンタの計数値を参照すれば、この計数値はロータ５０の磁極位置（電流ベクトルの大きさが最大のときの高周波電圧ベクトルの位相角）を表す。
【００５２】
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モータ３に本発明が適用された例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の制御に対しても適用が可能である。
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】
【００５３】
【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】モータの構成を説明するための図解図である。
【図３】位置推定部の構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図４(a)はセンシング信号（回転探査電圧）に対応する高周波電圧ベクトルを示し、図４(b)は高周波電圧ベクトルに対する電流ベクトルの応答を示す。
【図５】図５(a)は電流波形の例を示し、図５(b)は電圧波形の例を示し、図５(c)は電圧ベクトルの位相を検出するためのカウンタの計数値の変化を表す。
【図６】マイクロコンピュータによって所定の制御周期毎に繰り返し実行される処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】この発明の他の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図８】検証用位置推定部の構成例を示すブロック図である。
【図９】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。
【符号の説明】
【００５４】
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、５０…ロータ、５１，５２，５３…ステータ巻線
【図１】
2009261102.tif 000005
【図２】
2009261102.tif 000006
【図３】
2009261102.tif 000007
【図４】
2009261102.tif 000008
【図５】
2009261102.tif 000009
【図６】
2009261102.tif 000010
【図７】
2009261102.tif 000011
【図８】
2009261102.tif 000012
【図９】
2009261102.tif 000013