特開2023-173525モータ制御装置、電動アクチュエータおよび電動パワーステアリング装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023173525
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】モータ制御装置、電動アクチュエータおよび電動パワーステアリング装置
(51)【国際特許分類】
H02P 21/05 20060101AFI20231130BHJP
B62D 6/00 20060101ALI20231130BHJP
B62D 7/22 20060101ALI20231130BHJP
B62D 101/00 20060101ALN20231130BHJP
B62D 119/00 20060101ALN20231130BHJP
【ＦＩ】
H02P21/05
B62D6/00
B62D7/22
B62D101:00
B62D119:00
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022085839
(22)【出願日】2022-05-26
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109380
【弁理士】
【氏名又は名称】小西 恵
(74)【代理人】
【識別番号】100109036
【弁理士】
【氏名又は名称】永岡 重幸
(72)【発明者】
【氏名】星 譲
【テーマコード（参考）】
3D034
3D232
5H505
【Ｆターム（参考）】
3D034BA05
3D034BA08
3D034BD06
3D232CC09
3D232CC22
3D232CC27
3D232DA15
3D232DA23
3D232DA63
3D232DA64
3D232DC02
3D232DC03
3D232DC12
3D232DC17
3D232DD02
3D232DD10
3D232DD17
3D232EB11
3D232EC23
3D232GG01
5H505AA16
5H505CC04
5H505DD03
5H505EE41
5H505EE49
5H505EE55
5H505FF02
5H505FF04
5H505GG04
5H505HB01
5H505JJ03
5H505JJ23
5H505JJ24
5H505JJ25
5H505JJ26
5H505LL01
5H505LL22
5H505LL38
5H505LL41
5H505LL58
(57)【要約】
【課題】モータの急激な加減速に際しても電流制御系を安定化させる。
【解決手段】ｄｑ２軸それぞれの電圧指令値を算出する指令値算出部と、ｄｑ２軸それぞれの上記電圧指令値を、ｎ相モータの各相の電圧指令値に変換する変換部と、上記変換部に対し、上記ｎ相モータの角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償を施す進角補償部と、を備える。
【選択図】 図４
【解決手段】ｄｑ２軸それぞれの電圧指令値を算出する指令値算出部と、ｄｑ２軸それぞれの上記電圧指令値を、ｎ相モータの各相の電圧指令値に変換する変換部と、上記変換部に対し、上記ｎ相モータの角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償を施す進角補償部と、を備える。
【選択図】 図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ｄｑ２軸それぞれの電圧指令値を算出する指令値算出部と、
ｄｑ２軸それぞれの前記電圧指令値を、ｎ相モータの各相の電圧指令値に変換する変換部と、
前記変換部に対し、前記ｎ相モータの角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償を施す進角補償部と、
を備えたモータ制御装置。
ｄｑ２軸それぞれの前記電圧指令値を、ｎ相モータの各相の電圧指令値に変換する変換部と、
前記変換部に対し、前記ｎ相モータの角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償を施す進角補償部と、
を備えたモータ制御装置。
【請求項2】
前記進角補償部は、前記ｎ相モータの回転状態を推定する状態推定部を有し、推定された回転状態に基づいて前記角加速度に感応した進角補償を施す請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記状態推定部は、前記ｎ相モータの回転数を推定し、
前記進角補償部は、推定された回転数の１回差分により前記角加速度を得る請求項２に記載のモータ制御装置。
前記進角補償部は、推定された回転数の１回差分により前記角加速度を得る請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、
を備えた電動アクチュエータ。
前記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、
を備えた電動アクチュエータ。
【請求項5】
請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、
前記モータによって駆動されるステアリング機構と、
を備えた電動パワーステアリング装置。
前記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、
前記モータによって駆動されるステアリング機構と、
を備えた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、モータ制御装置、電動アクチュエータおよび電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
モータは、電動機としての使用でも発電機としての使用でも、高回転数領域で使用される場合がある。モータが高回転数領域で使用された場合、電流が振動・発散して、電流制御系が不安定化する虞がある。つまり、モータの高回転によって電気角と３相電流の位相関係（転流制御）がずれて、電気角または３相起電圧に対して３相電流の位相が遅れてしまう。そのため、電流制御系のゲイン余裕度が低下して制御が不安定になる虞がある。
このため、従来、進角補償によって３相電流の位相遅れを補うモータ制御装置が知られている。
例えば特許文献１には、ステアリングの操舵トルクに感応してモータの電気角を進角させる技術が提案されている。
このため、従来、進角補償によって３相電流の位相遅れを補うモータ制御装置が知られている。
例えば特許文献１には、ステアリングの操舵トルクに感応してモータの電気角を進角させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６５８３５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献１の技術では、モータの急激な加減速に際しては進角補償が不足して電流制御系が不安定化する虞がある。
そこで、本発明は、モータの急激な加減速に際しても電流制御系を安定化させることを課題とする。
そこで、本発明は、モータの急激な加減速に際しても電流制御系を安定化させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明に係るモータ制御装置の一態様は、ｄｑ２軸それぞれの電圧指令値を算出する指令値算出部と、ｄｑ２軸それぞれの上記電圧指令値を、ｎ相モータの各相の電圧指令値に変換する変換部と、上記変換部に対し、上記ｎ相モータの角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償を施す進角補償部と、を備える。
このようなモータ制御装置によれば、ｎ相モータの角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償により、急激な加減速時にも適切な進角補償が得られ、電流制御系が安定化する。
このようなモータ制御装置によれば、ｎ相モータの角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償により、急激な加減速時にも適切な進角補償が得られ、電流制御系が安定化する。
【0006】
上記のモータ制御装置において、上記進角補償部は、上記ｎ相モータの回転状態を推定する状態推定部を有し、推定された回転状態に基づいて上記角加速度に感応した進角補償を施すことが好ましい。状態推定部はｎ相モータの回転状態を示した滑らかな状態信号を得ることができるため、状態信号に基づいた滑らかな進角補償が可能となる。
【0007】
上記のモータ制御装置において、上記状態推定部は、上記ｎ相モータの回転数を推定し、上記進角補償部は、推定された回転数の１回差分により上記角加速度を得ることが更に好ましい。状態推定部による回転数推定で滑らかな回転数信号が得られるため、１回差分による角加速度の算出が容易かつ高精度となる。この結果、高精度な進角補償が容易に実現される。
【0008】
上記課題を解決するために、本発明に係る電動アクチュエータの一態様は、上記いずれかのモータ制御装置と、上記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、を備える。
このような電動アクチュエータによれば、急激な加減速時にもモータ制御装置による制御が安定化するので電流指令値通りの実電流がモータに流れて所望の出力が得られる。
このような電動アクチュエータによれば、急激な加減速時にもモータ制御装置による制御が安定化するので電流指令値通りの実電流がモータに流れて所望の出力が得られる。
【0009】
上記課題を解決するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、上記いずれかのモータ制御装置と、上記モータ制御装置によって制御された電圧が印加されるモータと、上記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、を備える。
このような電動パワーステアリング装置によれば、急激な加減速時にも電流指令値通りの実電流がモータに流れて所望の出力が得られるので、ステアリングに対するアシスト精度が高い。
このような電動パワーステアリング装置によれば、急激な加減速時にも電流指令値通りの実電流がモータに流れて所望の出力が得られるので、ステアリングに対するアシスト精度が高い。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、モータの急激な加減速に際しても電流制御系が安定化する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】電動パワーステアリング装置の実施形態を模式的に示す構成図である。
【図2】コントロールユニットの機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図3】進角補償部の回転数推定部の機能構成を示すブロック図である。
【図4】回転数推定部以外の進角補償部の機能構成を示すブロック図である。
【図5】角速度のみに感応した進角補償のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図6】本実施形態における進角補償のシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするため、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、先に説明した図に記載の要素については、後の図の説明において適宜に参照する場合がある。
【0013】
本明細書において、電源からの電力を、三相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の巻線を有する三相モータに供給する電動アクチュエータを例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのｎ相（ｎは４以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する電動アクチュエータも本開示の範疇である。
【0014】
図１は、電動パワーステアリング装置の実施形態を模式的に示す構成図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル１と、コラム軸２と、減速ギア３と、ユニバーサルジョイント４Ａ、４Ｂと、ピニオンラック機構５と、操向車輪のタイロッド６とを有したステアリング機構を備えている。また、電動パワーステアリング装置１００は、トルクセンサ１０と、モータ２０と、コントロールユニット３０と、イグニションキー１１と、車速センサ１２と、バッテリ１４を備えている。モータ２０とコントロールユニット３０とを併せたものが、本発明の電動アクチュエータの一実施形態に相当し、コントロールユニット３０は、本発明のモータ制御装置の一実施形態に相当する。上記ステアリング機構はモータ２０によって駆動される。
本実施形態の電動パワーステアリング装置１００は、操向ハンドル１と、コラム軸２と、減速ギア３と、ユニバーサルジョイント４Ａ、４Ｂと、ピニオンラック機構５と、操向車輪のタイロッド６とを有したステアリング機構を備えている。また、電動パワーステアリング装置１００は、トルクセンサ１０と、モータ２０と、コントロールユニット３０と、イグニションキー１１と、車速センサ１２と、バッテリ１４を備えている。モータ２０とコントロールユニット３０とを併せたものが、本発明の電動アクチュエータの一実施形態に相当し、コントロールユニット３０は、本発明のモータ制御装置の一実施形態に相当する。上記ステアリング機構はモータ２０によって駆動される。
【0015】
操向ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４Ａ及び４Ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、操向ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。
トルクセンサ１０は、操向ハンドル１から伝達された運転手のハンドル操作による操舵トルクＴｈを検出する。
トルクセンサ１０は、操向ハンドル１から伝達された運転手のハンドル操作による操舵トルクＴｈを検出する。
【0016】
パワーステアリング装置１００を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、電源であるバッテリ１４から電力が供給されると共に、イグニションキー１１からイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｈとに基づいて、アシストマップ等を用いて操舵の補助トルクを算出する。
そして、コントロールユニット３０は、算出した補助トルクを発生するように、モータ２０に供給する電流Ｉを制御する。モータ２０には、コントロールユニット３０によって制御された電圧が印加され、その制御された電圧によって電流Ｉが制御される。モータ２０の駆動によって発生する補助トルクが運転手のハンドル操作の補助力（操舵補助力）として操舵系に付与され、運転手は軽い力でハンドル操作を行うことができる。
そして、コントロールユニット３０は、算出した補助トルクを発生するように、モータ２０に供給する電流Ｉを制御する。モータ２０には、コントロールユニット３０によって制御された電圧が印加され、その制御された電圧によって電流Ｉが制御される。モータ２０の駆動によって発生する補助トルクが運転手のハンドル操作の補助力（操舵補助力）として操舵系に付与され、運転手は軽い力でハンドル操作を行うことができる。
【0017】
ハンドル操作によって出力された操舵トルクＴｈと車速Ｖｈからどの程度の補助トルクが生じるかによって、ハンドル操作におけるフィーリングの善し悪しが決まる。また、補助トルクを得るために必要な電流Ｉをモータ２０に流す精度により、電動パワーステアリング装置の性能が大きく左右される。
【0018】
コントロールユニット３０は、例えば、プロセッサと、記憶装置等の周辺部品とを含む
コンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置および光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
コンピュータを備えてよい。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置および光学記憶装置のいずれかを備えてよい。記憶装置は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
【0019】
コントロールユニット３０は、各情報処理を実行するための以下に説明する専用のハードウエアにより構成されてもよい。
例えば、コントロールユニット３０は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントロールユニット３０はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。
例えば、コントロールユニット３０は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントロールユニット３０はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。
【0020】
図２は、コントロールユニット３０の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
コントロールユニット３０は、電流指令値演算部４０と、進角補償部４４と、電圧指令値演算部４５と、２相／３相変換部４６と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４７と、インバータ４８と、３相／２相変換部４９とを備え、モータ２０をベクトル制御で駆動する。モータ２０は一例として３相モータである。
電流指令値演算部４０、進角補償部４４、電圧指令値演算部４５、２相／３相変換部４６、ＰＷＭ制御部４７および３相／２相変換部４９の機能は、例えばコントロールユニット３０のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
コントロールユニット３０は、電流指令値演算部４０と、進角補償部４４と、電圧指令値演算部４５と、２相／３相変換部４６と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部４７と、インバータ４８と、３相／２相変換部４９とを備え、モータ２０をベクトル制御で駆動する。モータ２０は一例として３相モータである。
電流指令値演算部４０、進角補償部４４、電圧指令値演算部４５、２相／３相変換部４６、ＰＷＭ制御部４７および３相／２相変換部４９の機能は、例えばコントロールユニット３０のプロセッサが、記憶装置に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
【0021】
電流指令値演算部４０は、操舵トルクＴｈや車速Ｖｈに基づいてモータ２０に流すべきｄｑ２軸の電流それぞれを示した電流指令値Ｉｑ０、Ｉｄ０を算出する。
一方で、モータ２０の各相に流れる電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃは、各層に備えられた電流センサ６０、６１、６２で検出され、検出された電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃは３相／２相変換部４９でｄｑ２軸の実電流値ｉｄ、ｉｑに変換されてフィードバックされる。
一方で、モータ２０の各相に流れる電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃは、各層に備えられた電流センサ６０、６１、６２で検出され、検出された電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃは３相／２相変換部４９でｄｑ２軸の実電流値ｉｄ、ｉｑに変換されてフィードバックされる。
【0022】
電圧指令値演算部４５には電流指令値Ｉｑ０、Ｉｄ０が入力され、フィードバックされた実電流値ｉｄ、ｉｑも入力される。電圧指令値演算部４５は電流指令値Ｉｑ０、Ｉｄ０と実電流値ｉｄ、ｉｑとの差分値が０となるようなｄｑ２軸それぞれの電圧指令値Ｖrefｑ、Ｖrefｄを算出する。電圧指令値演算部４５は、電圧指令値Ｖrefｑ、Ｖrefｄを例えばＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御によって算出する。２相／３相変換部４６は、ｄｑ２軸の電圧指令値Ｖrefｑ、Ｖrefｄを３相の電圧指令値ＶrefＡ、ＶrefＢ、ＶrefＣに変換する。
【0023】
進角補償部４４は、２相／３相変換部４６に対し、３相電流の位相遅れを補う進角補償を施す。即ち、モータ２０へ印加される３相電圧の位相に対して３相電流の位相が遅れる分に相当する進角値Δθを、３相の電圧指令値ＶrefＡ、ＶrefＢ、ＶrefＣが算出される際の電気角θEに対して加算することで３相電流の位相を進める。進角補償部４４が２相／３相変換部４６に対して施す進角補償は、モータの角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償である。進角補償の具体的な内容については後で詳述する。
【0024】
ＰＷＭ制御部４７は、３相の電圧指令値ＶrefＡ、ＶrefＢ、ＶrefＣに基づいてＰＷＭ制御されたゲート信号を生成する。インバータ４８は、ＰＷＭ制御部４７で生成されたゲート信号によって駆動され、３相の電圧指令値ＶrefＡ、ＶrefＢ、ＶrefＣが示す電圧をモータ２０の各相に印加する。その結果、モータ２０には、電流指令値Ｉｑ０、Ｉｄ０の示す電流が供給される。
【0025】
レゾルバ６３は、モータ２０の回転軸の角度（回転角）θを検出し、検出された回転軸の角度θは電流指令値演算部４０にフィードバックされてベクトル制御に使用される。以下の説明では、検出された回転軸の角度のことを「モータ角度」と称する。レゾルバ６３に替えてモータ回転角センサが用いられてもよい。なお、電流指令値演算部４０には、モータ角度θの変化に基づいて算出されたモータ２０の回転角速度ωが、モータ角度θと共に、あるいはモータ角度θに替えて、入力されてもよい。
【0026】
図３および図４は、進角補償部４４の機能構成の一例を示す機能ブロック図である。
進角補償部４４は、図３に示す回転数推定部８０を有し、図４には、回転数推定部８０以外の進角補償部４４の機能構成が示されている。進角補償部４４は、回転数推定部８０によってモータ２０の回転数を推定する。回転数推定部８０は、モータ２０の回転状態を推定する状態推定部の一例であり、本実施形態では回転数を推定する。進角補償部４４は、回転数推定部８０に替えて、例えば角加速度を推定する状態推定部を備えてもよい。
進角補償部４４は、図３に示す回転数推定部８０を有し、図４には、回転数推定部８０以外の進角補償部４４の機能構成が示されている。進角補償部４４は、回転数推定部８０によってモータ２０の回転数を推定する。回転数推定部８０は、モータ２０の回転状態を推定する状態推定部の一例であり、本実施形態では回転数を推定する。進角補償部４４は、回転数推定部８０に替えて、例えば角加速度を推定する状態推定部を備えてもよい。
【0027】
図３に示す機能ブロックは、下記式（１）、式(２)に相当している。
但し、
ｚ：状態推定器の中間変数
λ：状態推定器の特性根
ｊ[ｋｇｍ２]：制御上のモータの慣性
ｄ[Nm/(rad/s)]：制御上のモータの粘性
ｋＴ[Ｎｍ／Ａ] ：制御上のモータのトルク定数
ｋ：制御上のモータの剛性
ｉ：ｑ軸実電流値
ｘ１：モータ角度(＝θ)
ｘ２（＾付）：回転数推定値（＝ωest）。
【数1】
【数2】
ｚ：状態推定器の中間変数
λ：状態推定器の特性根
ｊ[ｋｇｍ２]：制御上のモータの慣性
ｄ[Nm/(rad/s)]：制御上のモータの粘性
ｋＴ[Ｎｍ／Ａ] ：制御上のモータのトルク定数
ｋ：制御上のモータの剛性
ｉ：ｑ軸実電流値
ｘ１：モータ角度(＝θ)
ｘ２（＾付）：回転数推定値（＝ωest）。
【0028】
即ち、回転数推定部８０にはｑ軸実電流値ｉとモータ角度ｘ１が入力され、回転数推定部８０から回転数推定値ｘ２（＾付）が出力される。回転数推定部８０の第１ブロック５１、第２ブロック５２および第３ブロック５３は、式（１）の第１項、第２項および第３項にそれぞれ対応する。回転数推定部８０の第４ブロック５４は、式(２)の第２項に対応する。第１ブロック５１には回転数推定値ｘ２（＾付）が入力され、第２ブロック５２および第４ブロック５４にはモータ角度ｘ１が入力され、第３ブロック５３にはｑ軸実電流値ｉが入力される。第１ブロック５１、第２ブロック５２および第３ブロック５３の出力は、互いに加算されて積分要素５５に入力される。積分要素５５および第４ブロック５４の出力が互いに加算されて回転数推定値ｘ２（＾付）となる。
【0029】
回転数推定部８０には、レゾルバ６３（またはモータ回転角センサ）によって検出されたモータ角度ｘ１（＝θ）が入力される。モータ角度ｘ１（＝θ）は角度検出ノイズを含んだ信号であるが、図３に示す回転数推定部８０によれば回転数推定値ｘ２（＾付）（＝ωest）が滑らかな信号として得られる。回転数推定部８０で得られた回転数推定値ｘ２（＾付）（＝ωest）は、図４に示す第２微分器８３に入力される。
【0030】
進角補償部４４では、図４に示すように、モータ角度θが第１微分器８１で一回差分処理されて角速度信号ωが算出される。角速度信号ωにローパスフィルタ８２が作用して角度検出ノイズが抑制されることで機械角速度信号ωＭが算出される。
一方、回転数推定値ωestは第２微分器８３で一回差分処理されて角加速度信号dωest/dtが算出される。回転数推定値ωestが滑らかな信号として得られていることで一回差分処理後の角加速度信号dωest/dtでは角度検出ノイズが抑制されており、電流制御系における振動も抑制される。また、回転数推定部８０で回転数推定値ωestが得られることにより、角加速度が一回差分処理で容易に算出されるので演算の負荷が小さい。
一方、回転数推定値ωestは第２微分器８３で一回差分処理されて角加速度信号dωest/dtが算出される。回転数推定値ωestが滑らかな信号として得られていることで一回差分処理後の角加速度信号dωest/dtでは角度検出ノイズが抑制されており、電流制御系における振動も抑制される。また、回転数推定部８０で回転数推定値ωestが得られることにより、角加速度が一回差分処理で容易に算出されるので演算の負荷が小さい。
【0031】
角加速度信号dωest/dtには、乗算器８４で遅延時間Δｔｓが乗算されて、遅延時間Δｔｓ後の角速度変化分Δωestが算出される。遅延時間Δｔｓは適合要素である。
機械角速度信号ωＭと角速度変化分Δωestが加算されることで、遅延時間Δｔｓ後の角速度変化分が考慮された機械角速度信号ΔωＭが算出される。機械角速度信号ΔωＭにゲイン（２πＮｐ）が乗算されることで機械角次元から電気角次元に変換され、電気角速度信号ΔωＥが得られる。但し、Ｎｐは極対数である。
機械角速度信号ωＭと角速度変化分Δωestが加算されることで、遅延時間Δｔｓ後の角速度変化分が考慮された機械角速度信号ΔωＭが算出される。機械角速度信号ΔωＭにゲイン（２πＮｐ）が乗算されることで機械角次元から電気角次元に変換され、電気角速度信号ΔωＥが得られる。但し、Ｎｐは極対数である。
【0032】
電気角速度信号ΔωＥに対して電流制御における演算時間間隔Δｔが乗算されて進角量Δθが算出される。進角量Δθは、モータ角度θに極対数Ｎｐが乗算されて得られるモータ電気角θＥと加算され、入力信号として２相／３相変換部４６に入力される。２相／３相変換部４６には、入力信号としてｄｑ２軸の電圧指令値Ｖrefｑ、Ｖrefｄも入力され、図４に示す変換行列によって、２－３座標変換が行われる。この結果、進角補償された３相の電圧指令値ＶrefＡ、ＶrefＢ、ＶrefＣが得られる。
【0033】
進角量Δθは、角速度および角加速度それぞれに感応した進角量Δθであり、この進角量Δθにより、角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償が実現する。進角量Δθとして、遅延時間Δｔｓ後の角速度変化分が考慮された機械角速度信号ΔωＭに基づいた進角量Δθが用いられることで、急激な加減速の場合であっても適切な進角量Δθによる進角補償が実現する。角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償により、３相電流の位相が３相の起電圧の位相に近づいて位相遅れが十分に小さくなるので、ゲイン余裕度が保たれて電流制御系が安定化する。
【0034】
進角補償部４４の進角補償による電流制御系の安定化を確認したシミュレーション結果について以下説明する。一例として、モータ軸が自由な状態で電流指令値に１０[Ａ／ｓｅｃ]のランプ入力が用いられてモータが加速された場合のシミュレーションが行われた。
図５は、角速度のみに感応した進角補償のシミュレーション結果を示すグラフである。
図５の各グラフにおける横軸は時間を示す。
図５の左下のグラフには、ランプ入力によって加速するモータ２０の回転数[ｒｐｍ]が示されている。左下のグラフでは縦軸の１目盛りが１０００ｒｐｍを表し、横軸の１目盛りが０．１［ｓｅｃ］を表している。図５の左上のグラフにはｑ軸電流[Ａ]の時間変化が示され、図５の右下のグラフには、ｄ軸電流[Ａ]の時間変化が示されている。左上および右下の各グラフでは縦軸の１目盛りが１Ａを表し、横軸の１目盛りが０．１［ｓｅｃ］を表している。図５の右上のグラフは、左上のグラフの一部が拡大されたものである。右上のグラフでは縦軸の１目盛りが０．５Ａを表し、横軸の１目盛りが０．０１［ｓｅｃ］を表している。
図５は、角速度のみに感応した進角補償のシミュレーション結果を示すグラフである。
図５の各グラフにおける横軸は時間を示す。
図５の左下のグラフには、ランプ入力によって加速するモータ２０の回転数[ｒｐｍ]が示されている。左下のグラフでは縦軸の１目盛りが１０００ｒｐｍを表し、横軸の１目盛りが０．１［ｓｅｃ］を表している。図５の左上のグラフにはｑ軸電流[Ａ]の時間変化が示され、図５の右下のグラフには、ｄ軸電流[Ａ]の時間変化が示されている。左上および右下の各グラフでは縦軸の１目盛りが１Ａを表し、横軸の１目盛りが０．１［ｓｅｃ］を表している。図５の右上のグラフは、左上のグラフの一部が拡大されたものである。右上のグラフでは縦軸の１目盛りが０．５Ａを表し、横軸の１目盛りが０．０１［ｓｅｃ］を表している。
【0035】
図５の左下のグラフに示されるように、モータ２０の回転数は時間経過に伴って急激に上昇する。そして、図５の左上および右下の各グラフに示されるように、モータ２０の回転数が６４００ｒｐｍを超えてｑ軸実電流が約６[Ａ]を超えると、直線的な電流指令値に対し、ｑ軸電流およびｄ軸電流は約７００Ｈｚで振動する。図５の右上のグラフに示されるようにｑ軸電流は振幅が発散し、ｄ軸電流も同様に発散する。つまり、角速度のみに感応した進角補償ではモータ２０の急激な加速時に制御が不安定となることが確認された。
【0036】
図６は、本実施形態における進角補償のシミュレーション結果を示すグラフである。
図６の各グラフにおける横軸は時間を示す。
図６の左下のグラフには、ランプ入力によって加速するモータ２０の回転数[ｒｐｍ]が示されている。左下のグラフでは縦軸の１目盛りが２０００ｒｐｍを表し、横軸の１目盛りが０．２［ｓｅｃ］を表している。図６の左上のグラフにはｑ軸電流[Ａ]の時間変化が示され、図６の右下のグラフには、ｄ軸電流[Ａ]の時間変化が示されている。左上のグラフでは縦軸の１目盛りが２Ａを表し、右下のグラフでは縦軸の１目盛りが０．５Ａを表している。左上および右下の各グラフでは横軸の１目盛りが０．２［ｓｅｃ］を表している。図６の右上のグラフは、左上のグラフの一部が拡大されたものである。右上のグラフでは縦軸の１目盛りが０．２Ａを表し、横軸の１目盛りが０．００５［ｓｅｃ］を表している。
図６の各グラフにおける横軸は時間を示す。
図６の左下のグラフには、ランプ入力によって加速するモータ２０の回転数[ｒｐｍ]が示されている。左下のグラフでは縦軸の１目盛りが２０００ｒｐｍを表し、横軸の１目盛りが０．２［ｓｅｃ］を表している。図６の左上のグラフにはｑ軸電流[Ａ]の時間変化が示され、図６の右下のグラフには、ｄ軸電流[Ａ]の時間変化が示されている。左上のグラフでは縦軸の１目盛りが２Ａを表し、右下のグラフでは縦軸の１目盛りが０．５Ａを表している。左上および右下の各グラフでは横軸の１目盛りが０．２［ｓｅｃ］を表している。図６の右上のグラフは、左上のグラフの一部が拡大されたものである。右上のグラフでは縦軸の１目盛りが０．２Ａを表し、横軸の１目盛りが０．００５［ｓｅｃ］を表している。
【0037】
図６の左下のグラフに示されるように、モータ２０の回転数は時間経過に伴って急激に上昇する。図６では、モータ角度θや実電流ｉａ、ｉｂ、ｉｃのサンプリング限界に相当する２００００ｒｐｍまで達する回転数の上昇が示されている。モータ２０の回転数が２００００ｒｐｍまで達するとｑ軸実電流は約１２[Ａ]に達する。
図６の左上および右下の各グラフに示されるように、モータ２０の回転数が１００００ｒｐｍに達する辺りからｑ軸電流およびｄ軸電流に約７００Ｈｚの振動が生じる。但し、図６の右上のグラフなどに示されるように振幅は発散せず、モータ２０の回転数が２００００ｒｐｍに達するまで制御の安定性が保たれている。つまり、角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償により、急激な加速時にもモータ２０の制御が安定化することが確認された。
図６の左上および右下の各グラフに示されるように、モータ２０の回転数が１００００ｒｐｍに達する辺りからｑ軸電流およびｄ軸電流に約７００Ｈｚの振動が生じる。但し、図６の右上のグラフなどに示されるように振幅は発散せず、モータ２０の回転数が２００００ｒｐｍに達するまで制御の安定性が保たれている。つまり、角速度および角加速度それぞれに感応した進角補償により、急激な加速時にもモータ２０の制御が安定化することが確認された。
【0038】
進角補償によって高回転領域までモータ２０の制御が安定化することにより、モータ２０とコントロールユニット３０とを備えた電動アクチュエータでは、高回転領域でも電流指令値通りの実電流がモータ２０に流れて所望の出力が得られる。また、図１に示す電動パワーステアリング装置１００では、高回転領域でもモータ２０で所望の出力が得られるため、ステアリングに対するアシスト精度が高い。
【0039】
なお、上記説明では、パワーステアリング装置への応用例が示されているが、本発明の電動アクチュエータやモータ制御装置は、車両の駆動系やロボットなど幅広い分野への応用が可能である。即ち、本発明の実施形態や適用範囲は、パワーステアリング装置のみに限定されるものではない。
【符号の説明】
【0040】
１…操向ハンドル、２…コラム軸、３…減速ギア、４Ａ、４Ｂ…ユニバーサルジョイント、５…ピニオンラック機構、６…操向車輪のタイロッド、１０…トルクセンサ、
１１…イグニションキー、１２…車速センサ、１４…バッテリ、２０…モータ、
３０…コントロールユニット、４０…電流指令値演算部、４４…進角補償部、
４５…電圧指令値演算部、４６…２相／３相変換部、４７…ＰＷＭ制御部、
４８…インバータ、４９…３相／２相変換部、６０、６１、６２…電流センサ、
６３…レゾルバ、８０…回転数推定部、１００…電動パワーステアリング装置
１１…イグニションキー、１２…車速センサ、１４…バッテリ、２０…モータ、
３０…コントロールユニット、４０…電流指令値演算部、４４…進角補償部、
４５…電圧指令値演算部、４６…２相／３相変換部、４７…ＰＷＭ制御部、
４８…インバータ、４９…３相／２相変換部、６０、６１、６２…電流センサ、
６３…レゾルバ、８０…回転数推定部、１００…電動パワーステアリング装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】