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特開2024-33182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】P2024033182
(43)【公開日】2024-03-13
(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 20060101AFI20240306BHJP
H02P 27/06 20060101ALI20240306BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20240306BHJP
B62D 6/00 20060101ALI20240306BHJP
B62D 5/04 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
H02P21/05
H02P27/06
H02M7/48 E
B62D6/00
B62D5/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022136619
(22)【出願日】2022-08-30
(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）】
3D232
3D333
5H505
5H770
【Ｆターム（参考）】
3D232CC04
3D232CC09
3D232DA15
3D232DA23
3D232DA63
3D232DA64
3D232DA65
3D232DA66
3D232DC08
3D232DC12
3D232DC13
3D232DC18
3D232DC21
3D232DD01
3D232DD02
3D232DD06
3D232DD07
3D232DD08
3D232DD10
3D232DD17
3D232DE06
3D232EB11
3D232EC23
3D232GG01
3D333CB02
3D333CB13
3D333CC06
3D333CD53
3D333CE16
3D333CE19
3D333CE20
5H505AA16
5H505BB04
5H505CC04
5H505DD03
5H505EE41
5H505EE49
5H505GG04
5H505GG08
5H505HB01
5H505JJ03
5H505JJ23
5H505JJ24
5H505JJ25
5H505JJ26
5H505JJ28
5H505LL01
5H505LL22
5H505LL38
5H505LL41
5H505LL58
5H770BA01
5H770DA03
5H770EA01
5H770HA02Y
5H770HA07Z
5H770LB02
(57)【要約】
【課題】デッドタイム補償における相電流の乱れを抑制する。
【解決手段】モータ制御装置は、Ｎ相モータ（Ｎは３以上の整数）の各相に対する電圧指令値を出力する相電圧出力部と、上記電圧指令値に、インバータのデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を付与する補償部と、上記デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域において、当該デッドタイム補償値の時間変化を緩やかにする変化制御部と、を備える。
【選択図】 図６
【解決手段】モータ制御装置は、Ｎ相モータ（Ｎは３以上の整数）の各相に対する電圧指令値を出力する相電圧出力部と、上記電圧指令値に、インバータのデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を付与する補償部と、上記デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域において、当該デッドタイム補償値の時間変化を緩やかにする変化制御部と、を備える。
【選択図】 図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｎ相モータ（Ｎは３以上の整数）の各相に対する電圧指令値を出力する相電圧出力部と、
前記電圧指令値に、インバータのデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を付与する補償部と、
前記デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域において、当該デッドタイム補償値の時間変化を緩やかにする変化制御部と、
を備えたモータ制御装置。
前記電圧指令値に、インバータのデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を付与する補償部と、
前記デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域において、当該デッドタイム補償値の時間変化を緩やかにする変化制御部と、
を備えたモータ制御装置。
【請求項2】
前記変化制御部は、前記デッドタイム補償値の前記時間変化を、前記Ｎ相モータの各相に対する電流指令値のゼロクロスにおける傾きに追随させる請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記Ｎ相モータの各相に対する電流指令値を、ｄｑ軸に対する電流指令値から変換して取得する変換部を更に備えた請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記補償部は、前記デッドタイム補償値としてarctan関数を用いる請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項5】
前記Ｎ相モータの各相に対する電流指令値の絶対値と当該各相における実電流値の絶対値との前記時間領域における差分に基づいた加算値を、前記デッドタイム補償値の前記時間変化に加算する加算部を更に備えた請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項6】
前記加算部は、前記Ｎ相モータへの電流指令値に対して系統誤差を生じる実電流値を当該電流指令値に適合させる適合ゲインと前記差分との積を前記加算値とする請求項５に記載のモータ制御装置。
【請求項7】
前記適合ゲインは、前記デッドタイム補償値が所定値に到達した場合に値「０」となる請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項8】
請求項１から７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前記Ｎ相モータと、
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前記Ｎ相モータと、
を備えた電動アクチュエータ。
【請求項9】
請求項１から７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前記Ｎ相モータと、
前記Ｎ相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前記Ｎ相モータと、
前記Ｎ相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。
【請求項10】
Ｎ相モータ（Ｎは３以上の整数）の各相に対する電圧指令値を出力するステップと、
前記電圧指令値に、インバータのデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を付与するステップと、
前記デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域において、当該デッドタイム補償値の時間変化を緩やかにするステップと、
を有するモータ制御方法。
前記電圧指令値に、インバータのデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を付与するステップと、
前記デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域において、当該デッドタイム補償値の時間変化を緩やかにするステップと、
を有するモータ制御方法。
【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】
従来、インバータ回路に対するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によって交流モータを制御するモータ制御装置が知られている。インバータ回路には、交流における正側の電圧・電流を発生させる「上側」のスイッチング素子と、交流における負側の電圧・電流を発生させる「下側」のスイッチング素子とが組み込まれている。「上側」と「下側」とが同時にオン状態になるとショートしてしまうため、交流における正負の切り替わりに際しては、「上側」と「下側」とが両方オフとなる時間(デッドタイム)が設けられる。この結果、モータの各相に流れる相電流におけるゼロクロス近傍では電流波形に歪が生じ、音や振動の原因となる。
【0003】
このため、デッドタイムによる影響を抑制するためのデッドタイム補償が提案されている。例えば特許文献１には、理想的な矩形波状のデッドタイム補償を実現する提案が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１４６４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、理想的な矩形波状のデッドタイム補償であっても、モータに流れる交流電流の正負切り替わりのタイミングとずれてしまうと、相電流の波形に乱れが生じる。特に、低負荷時あるいは低回転数時には、相電流の乱れに伴う音や振動が顕著化する虞がある。
【0006】
そこで、本発明は、デッドタイム補償における相電流の乱れを抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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、Ｎ相モータ（Ｎは３以上の整数）の各相に対する電圧指令値を出力する相電圧出力部と、上記電圧指令値に、インバータのデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を付与する補償部と、上記デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域において、当該デッドタイム補償値の時間変化を緩やかにする変化制御部と、を備える。
【0008】
上記モータ制御装置によれば、デッドタイム補償値のゼロクロスがＮ相モータの交流電流のゼロクロスとずれた場合であっても、デッドタイム補償値の時間変化が緩やかであるため相電流の乱れが抑制される。
上記モータ制御装置において、上記変化制御部は、上記デッドタイム補償値の上記時間変化を、上記Ｎ相モータの各相に対する電流指令値のゼロクロスにおける傾きに追随させることが好ましい。例えば電動パワーステアリングなどのように、電流指令値のゼロクロスにおける傾きが変化しても、デッドタイム補償値の傾きが追随することにより、特に低回転時や低負荷時において相電流の乱れが抑制される。
上記モータ制御装置において、上記変化制御部は、上記デッドタイム補償値の上記時間変化を、上記Ｎ相モータの各相に対する電流指令値のゼロクロスにおける傾きに追随させることが好ましい。例えば電動パワーステアリングなどのように、電流指令値のゼロクロスにおける傾きが変化しても、デッドタイム補償値の傾きが追随することにより、特に低回転時や低負荷時において相電流の乱れが抑制される。
【0009】
また、上記モータ制御装置において、上記Ｎ相モータの各相に対する電流指令値を、ｄｑ軸に対する電流指令値から変換して取得する変換部を更に備えることが好ましい。Ｎ相モータの各相には一般的には電圧指令値が与えられるため、各相の電流指令値はｄｑ軸の電流指令値から得られることが望ましい。
【0010】
また、上記モータ制御装置において、上記補償部は、上記デッドタイム補償値としてarctan関数を用いることが望ましい。arctan関数は、補償対象であるデューティー－電流特性の非線形成分との近似性が高いとともに、ゼロクロスにおける傾きの調整が容易である。
また、上記モータ制御装置において、上記Ｎ相モータの各相に対する電流指令値の絶対値と当該各相における実電流値の絶対値との上記時間領域における差分に基づいた加算値を、上記デッドタイム補償値の上記時間変化に加算する加算部を更に備えることが好ましい。温度変化や製品ごとのばらつきに起因した補償の誤差が低減されてロバスト性が向上する。
また、上記モータ制御装置において、上記Ｎ相モータの各相に対する電流指令値の絶対値と当該各相における実電流値の絶対値との上記時間領域における差分に基づいた加算値を、上記デッドタイム補償値の上記時間変化に加算する加算部を更に備えることが好ましい。温度変化や製品ごとのばらつきに起因した補償の誤差が低減されてロバスト性が向上する。
【0011】
また、上記モータ制御装置において、上記加算部は、上記Ｎ相モータへの電流指令値に対して系統誤差を生じる実電流値を当該電流指令値に適合させる適合ゲインと上記差分との積を上記加算値とすることが好ましい。電流指令値に対して実電流値が系統誤差を生じる場合、適合ゲインで系統誤差の影響が打ち消され、補償の誤差が精度よく低減されることになる。
【0012】
また、上記モータ制御装置において、上記適合ゲインは、上記デッドタイム補償値が所定値に到達した場合に値「０」となることが好ましい。これにより適合ゲインをゼロクロス付近のみで作用させることができる。
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、いずれかの上記モータ制御装置と、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上記Ｎ相モータと、を備える。この電動アクチュエータによれば、モータ制御装置によって相電流の乱れが抑制されるので、音や振動の発生が抑制される。
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、いずれかの上記モータ制御装置と、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上記Ｎ相モータと、を備える。この電動アクチュエータによれば、モータ制御装置によって相電流の乱れが抑制されるので、音や振動の発生が抑制される。
【0013】
また、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、いずれかの上記モータ制御装置と、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上記Ｎ相モータと、上記Ｎ相モータによって駆動されるステアリング機構と、を備える。この電動パワーステアリング装置によれば、Ｎ相モータにおける音や振動の発生が抑制されるので、静かで滑らかなパワーアシストが実現される。
【0014】
また、上記課題を解決するために、本発明に係るモータ制御方法の一態様は、Ｎ相モータ（Ｎは３以上の整数）の各相に対する電圧指令値を出力するステップと、上記電圧指令値に、インバータのデッドタイムを補償するデッドタイム補償値を付与するステップと、上記デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域において、当該デッドタイム補償値の時間変化を緩やかにするステップと、を有する。
【0015】
このモータ制御方法によれば、デッドタイム補償値のゼロクロスがＮ相モータの交流電流のゼロクロスとずれた場合であっても、デッドタイム補償値の時間変化が緩やかであるため相電流の乱れが抑制される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、デッドタイム補償における相電流の乱れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【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】コントロールユニットにおける制御系の詳細を示す機能ブロック図である。
【図5】デッドタイム補償の比較例を示す図である。
【図6】本実施形態におけるデッドタイム補償の概念を示す図である。
【図7】デューティー―電流特性を示すグラフである。
【図8】電流―デューティー特性を示すグラフである。
【図9】線形要素と非線形要素とを示すグラフである。
【図10】非線形要素ＤＤＴを近似するarctan関数を示すグラフである。
【図11】デッドタイム補償部の機能を示すブロック図である。
【図12】比較例のデッドタイム補償のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図13】傾き制限が施されたデッドタイム補償におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図14】モータのばらつきや環境温度変化による相殺誤差のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図15】相殺誤差の抑制が施されたデッドタイム補償におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
【図16】デッドタイム補償部の変形例の機能を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
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。
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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、電圧指令値演算部４５と、第１の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、第２の２相／３相変換部４２と、デッドタイム補償部４３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。
コントロールユニット３０は、電流指令値演算部４０と、電圧指令値演算部４５と、第１の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、第２の２相／３相変換部４２と、デッドタイム補償部４３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。
【0029】
電流指令値演算部４０、電圧指令値演算部４５、第１の２相／３相変換部４６、ＰＷＭ制御部４７、３相／２相変換部４９、第２の２相／３相変換部４２およびデッドタイム補償部４３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。
【0030】
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、各相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、各相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。
【0031】
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となるような電圧指令値ｖｑ、ｖｄを算出する。
第１の２相／３相変換部４６は、ｄｑ２軸の電圧指令値ｖｄ、ｖｑを３相の電圧指令値ｖａ、ｖｂ、ｖｃに変換する。つまり、第１の２相／３相変換部４６は、Ｎ相モータ（Ｎは３以上の整数）の各相に対する電圧指令値を出力する相電圧出力部の一例に相当する。
第１の２相／３相変換部４６は、ｄｑ２軸の電圧指令値ｖｄ、ｖｑを３相の電圧指令値ｖａ、ｖｂ、ｖｃに変換する。つまり、第１の２相／３相変換部４６は、Ｎ相モータ（Ｎは３以上の整数）の各相に対する電圧指令値を出力する相電圧出力部の一例に相当する。
【0032】
ＰＷＭ制御部４７は、３相の電圧指令値ｖａ、ｖｂ、ｖｃ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ｖａ、ｖｂ、ｖｃ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。但し、インバータ４８では、ショートを回避するためのデッドタイムが設けられるため、モータ２０に流れる実電流は、電流指令値Ｉｑ０、Ｉｄ０からずれた電流値となる。
【0033】
第２の２相／３相変換部４２は、３相の電流指令値ＩrefＡ、ＩrefＢ、ＩrefＣを、ｄｑ２軸の電流指令値Ｉｑ０、Ｉｄ０から変換して取得する。第２の２相／３相変換部４２では、電流指令値ＩrefＡ、ＩrefＢ、ＩrefＣについて進角成分も加味される。
デッドタイム補償部４３は、インバータ４８で生じるデッドタイムの影響を補償するデッドタイム補償値を３相それぞれについて算出し、３相の電圧指令値ｖａ、ｖｂ、ｖｃに対してデッドタイム補償値を付与する。デッドタイム補償の詳細については後述する。
デッドタイム補償部４３は、インバータ４８で生じるデッドタイムの影響を補償するデッドタイム補償値を３相それぞれについて算出し、３相の電圧指令値ｖａ、ｖｂ、ｖｃに対してデッドタイム補償値を付与する。デッドタイム補償の詳細については後述する。
【0034】
レゾルバ６３は、モータ２０のモータ角度（回転角）θを検出し、検出されたモータ角度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。また、モータ角度θは第２の２相／３相変換部４２にも入力されて進角量の算出に使用される。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、コントロールユニット３０内の要素には、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、図示の省略されたルートで必要に応じて供給されて適宜に処理や計算に使用される。
【0035】
図３は、コントロールユニット３０における制御系の詳細を示す機能ブロック図である。図３には、コントロールユニット３０の要素のうち電圧指令値演算部４５の機能が詳細に示されるとともに、モータ２０のモデルも示されている。
モータ２０の機能は、電気特性２１と、トルク定数ＫＴと、機械特性２３と、積分要素２４と、ＥＭＦ（逆起電圧）係数ＫＥとを有するモデルで表される。
モータ２０の機能は、電気特性２１と、トルク定数ＫＴと、機械特性２３と、積分要素２４と、ＥＭＦ（逆起電圧）係数ＫＥとを有するモデルで表される。
【0036】
モータ２０の電気特性２１に対して電圧が入力されることで実電流が発生する。電気特性２１に対して入力される電圧値には電圧ノイズが含まれる。電気特性２１のゲインは、インダクタンスＬ[Ｈ]および抵抗Ｒ[Ω]により１／(Ｌｓ＋Ｒ)と表される。実電流は電流センサ６０、６１、６２で検出され、検出値には電流検出ノイズが含まれる。検出された実電流は、３相／２相変換部４９によってｄｑ２軸の実電流値に変換される。
【0037】
インバータ４８のデッドタイムに伴う不感帯２５に相当する成分が、モータ２０の電気特性２１の出力側から入力側へ還流する。
実電流にトルク定数ＫＴ[Ｎｍ／Ａ]が作用することでモータトルクが発生する。モータトルクが機械特性２３に入力されることでモータ２０の角速度が発生する。機械特性２３のゲインは、慣性Ｊ[ｋｇｍ２]および粘性Ｄ[Nm/(rad/s)]により１／（Ｊｓ＋Ｄ）と表される。クーロン摩擦に伴う不感帯２６に相当する成分が、機械特性２３の出力側から入力側へ還流する。
実電流にトルク定数ＫＴ[Ｎｍ／Ａ]が作用することでモータトルクが発生する。モータトルクが機械特性２３に入力されることでモータ２０の角速度が発生する。機械特性２３のゲインは、慣性Ｊ[ｋｇｍ２]および粘性Ｄ[Nm/(rad/s)]により１／（Ｊｓ＋Ｄ）と表される。クーロン摩擦に伴う不感帯２６に相当する成分が、機械特性２３の出力側から入力側へ還流する。
【0038】
モータ２０の角速度は積分要素２４を経てモータ角度θとなる。モータ角度θ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、検出値には角度検出ノイズが含まれる。
角速度にＥＭＦ係数ＫＥ[V/(rad/s)]が作用することで逆起電圧が発生し、逆起電圧は電気特性２１の入力に反映される。
角速度にＥＭＦ係数ＫＥ[V/(rad/s)]が作用することで逆起電圧が発生し、逆起電圧は電気特性２１の入力に反映される。
【0039】
電圧指令値演算部４５は、制御帯域設定部７０と、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御部７１と、ローパスフィルタ７２と、第１の遅延要素７３と、ＬＲ変換部７４と、外乱抑制部７６とを備えている。
制御帯域設定部７０は、上記電流指令値が入力されて電流指令値にフィルタＧｒｅｆを作用させることで、コントロールユニット３０によるモータ２０の電流制御における制御帯域を設定する。制御帯域設定部７０のフィルタＧｒｅｆは、次のように表わすことができる。
制御帯域設定部７０は、上記電流指令値が入力されて電流指令値にフィルタＧｒｅｆを作用させることで、コントロールユニット３０によるモータ２０の電流制御における制御帯域を設定する。制御帯域設定部７０のフィルタＧｒｅｆは、次のように表わすことができる。
【0040】
Ｇｒｅｆ＝ωｒｅｆ／（ｓ＋ωｒｅｆ）
但し、
ｓ：ラプラス演算子
ωｒｅｆ[rad/s]：電流制御帯域
但し、
ｓ：ラプラス演算子
ωｒｅｆ[rad/s]：電流制御帯域
【0041】
ＰＩＤ制御部７１は、電流指令値と実電流値との差分値が入力され、当該差分値に基づいてＰＩＤ制御によって電圧指令値を算出する。ＰＩＤ制御部７１におけるゲインＧＰＩＤは、次のように表わすことができる。
ＧＰＩＤ＝｛ωｃＬ＋（Ｒ／２）｝［１＋｛ωｃ／（２ｓ）｝＋｛ｓ／（２ωｃ）｝］
但し、
ωｃ[rad/s]：外乱抑制帯域
Ｌ[Ｈ]：前記モータのインダクタンス
Ｒ[Ω]：前記モータの抵抗
ＧＰＩＤ＝｛ωｃＬ＋（Ｒ／２）｝［１＋｛ωｃ／（２ｓ）｝＋｛ｓ／（２ωｃ）｝］
但し、
ωｃ[rad/s]：外乱抑制帯域
Ｌ[Ｈ]：前記モータのインダクタンス
Ｒ[Ω]：前記モータの抵抗
【0042】
ローパスフィルタ７２は、実電流値に含まれる電流検出ノイズをカットする。ローパスフィルタ７２におけるゲインＧＬＰＦは、次のように表わすことができる。
ＧＬＰＦ＝ωＬＰＦ／（ｓ＋ωＬＰＦ）
但し、
ωＬＰＦ[rad/s]：カットオフ周波数
ＧＬＰＦ＝ωＬＰＦ／（ｓ＋ωＬＰＦ）
但し、
ωＬＰＦ[rad/s]：カットオフ周波数
【0043】
第１の遅延要素７３は、遅延を伴うフィードバックによって逆起電圧抑制器として機能する。第１の遅延要素７３におけるＧｄｌｙは、次のように表わすことができる。
Ｇｄｌｙ＝ｅ-Ｔｄｌｙ・ｓ
但し、
Ｔｄｌｙ[ｓ]：電流制御周期
Ｇｄｌｙ＝ｅ-Ｔｄｌｙ・ｓ
但し、
Ｔｄｌｙ[ｓ]：電流制御周期
【0044】
ＬＲ変換部７４は、フィードバック制御に反映されるモータ２０の電気特性を当該フィードバック制御上で所望の電気特性に変換するために、電圧指令値に作用する。ＬＲ変換部７４から出力された電圧指令値は、ｄｑ２軸の電圧指令値であり、第１の２相／３相変換部４６によって３相の電圧指令値に変換される。３相の電圧指令値は、第２の遅延要素７５を経て３相の交流電圧となり、モータ２０に入力される。
【0045】
第２の遅延要素７５は、フィードバックループにおける遅延を意味する。第２の遅延要素７５におけるＧＤＬＹは、次のように表わすことができる。
ＧＤＬＹ＝ｅ-ＴＤＬＹ・ｓ
但し、
ＴＤＬＹ[ｓ]：電流センサ６０、６１、６２による電流検出からインバータ４８の出力におけるデューティー反映までの演算時間
ＧＤＬＹ＝ｅ-ＴＤＬＹ・ｓ
但し、
ＴＤＬＹ[ｓ]：電流センサ６０、６１、６２による電流検出からインバータ４８の出力におけるデューティー反映までの演算時間
【0046】
外乱抑制部７６は、制御の外乱を抑制するための、電流指令値に対して加算される抑制値を、実電流値とモータ角度θとに基づいて算出する。外乱抑制部７６に入力される実電流値は、電流センサ６０、６１、６２で検出された３相の実電流値が３相／２相変換部４９によって変換されたｄｑ２軸の実電流値のうちのｑ軸電流値である。ｄｑ２軸の実電流値は、電流指令値と実電流値との差分値算出のためにＰＩＤ制御部７１の入力側へとフィードバックされる。
【0047】
外乱抑制部７６は、回転数推定部８０と、トルク外乱推定部８１と、トルク外乱抑制部８２と、ハイパスフィルタ８３とを備えている。
回転数推定部８０は、実電流値とモータ角度θからモータ２０の回転数を推定する。回転数推定部８０によって滑らかな回転数推定値が得られる。トルク外乱推定部８１は、実電流値と回転数推定値からトルク外乱を推定する。トルク外乱抑制部８２は、推定されたトルク外乱を抑制する抑制値を算出する。
回転数推定部８０は、実電流値とモータ角度θからモータ２０の回転数を推定する。回転数推定部８０によって滑らかな回転数推定値が得られる。トルク外乱推定部８１は、実電流値と回転数推定値からトルク外乱を推定する。トルク外乱抑制部８２は、推定されたトルク外乱を抑制する抑制値を算出する。
【0048】
ハイパスフィルタ８３は、トルク外乱の抑制値に作用して、トルク外乱の直流成分を除去する。ハイパスフィルタ８３の作用により、特定周波数の外乱を抑制するノッチフィルタのような機能が実現される。ハイパスフィルタ８３のゲインＧＨＰＦは、カットオフ周波数ωＨＰＦにより、ＧＨＰＦ＝ｓ／（ｓ＋ωＨＰＦ）と表される。
【0049】
外乱抑制部７６は、トルク外乱の推定によって精度よくトルク外乱を抑制するとともに、電圧ノイズ、電流検出ノイズおよび角度検出ノイズについても抑制することができる。
上述したように、第２の２相／３相変換部４２は、ｄｑ２軸の電流指令値を３相の電流指令値に変換し、デッドタイム補償部４３は、デッドタイム補償値を３相それぞれについて算出して３相の電圧指令値それぞれに付与する。
上述したように、第２の２相／３相変換部４２は、ｄｑ２軸の電流指令値を３相の電流指令値に変換し、デッドタイム補償部４３は、デッドタイム補償値を３相それぞれについて算出して３相の電圧指令値それぞれに付与する。
【0050】
図４は、図３に示す制御系における伝達関数の近似式を示す図である。
制御系における伝達関数は、外乱抑制部７６の特性補償の部分と、電流制御系の一巡伝達関数の部分と、感度関数の部分とに大別される。外乱抑制部７６の特性補償の部分は、外乱抑制部７６における機械系の特性補償を表しており、実機側の機械系に相当する部分と制御側の機械系に相当する部分とを含む。実機側の機械系とは、モータ２０の機械特性２３そのものであり、制御側の機械系とは、制御のために設定された機械特性である。
制御系における伝達関数は、外乱抑制部７６の特性補償の部分と、電流制御系の一巡伝達関数の部分と、感度関数の部分とに大別される。外乱抑制部７６の特性補償の部分は、外乱抑制部７６における機械系の特性補償を表しており、実機側の機械系に相当する部分と制御側の機械系に相当する部分とを含む。実機側の機械系とは、モータ２０の機械特性２３そのものであり、制御側の機械系とは、制御のために設定された機械特性である。
【0051】
電流制御系の一巡伝達関数の部分は、モータ２０の実機部分と、ＬＲ変換部７４の部分と、ＰＩＤ制御部７１から第２の遅延要素７５に至る制御のメイン部分とを含む。
ＬＲ変換部７４の部分が電流制御系の一巡伝達関数に含まれていることにより、実機部分とＬＲ変換部７４の部分との合成が制御上の実機部分となる。
ＬＲ変換部７４の部分が電流制御系の一巡伝達関数に含まれていることにより、実機部分とＬＲ変換部７４の部分との合成が制御上の実機部分となる。
【0052】
感度関数の部分は、電圧ノイズΔｖについて近似的にゼロであり、電流検出ノイズΔｉ、トルク外乱Δτおよび角度検出ノイズΔθそれぞれについてはＨＰＦ特性となっている。従って、本実施形態のコントロールユニット３０の制御系では、各種のノイズのいずれについてもノイズ抑制が実現されることが分かる。
【0053】
従って、デッドタイムの影響がデッドタイム補償部４３によって補償されると、コントロールユニット３０の制御によってモータ２０には、電流指令値に正しく追従した電流が流れることになる。
以下、デッドタイム補償の詳細について説明する。
以下、デッドタイム補償の詳細について説明する。
【0054】
図５は、デッドタイム補償の比較例を示す図である。
図５の上段にはモータ２０の各相に入力される相電圧のグラフが示され、中段にはデッドタイム補償値のグラフが示され、下段にはモータ２０の各相に流れる相電流のグラフが示されている。図５の各グラフの横軸は時間を示し、上段と中段のグラフの縦軸は電圧を示し、下段のグラフの縦軸は電流を示している。
図５の上段にはモータ２０の各相に入力される相電圧のグラフが示され、中段にはデッドタイム補償値のグラフが示され、下段にはモータ２０の各相に流れる相電流のグラフが示されている。図５の各グラフの横軸は時間を示し、上段と中段のグラフの縦軸は電圧を示し、下段のグラフの縦軸は電流を示している。
【0055】
相電圧の指令値の波形が、上段の実線のグラフが示すように、最大値が値「ＶＭＡＸ」となる正弦波状の波形である場合、インバータによって実際にモータ２０に入力される相電圧は、上段の点線のグラフが示すように、デッドタイムの影響で最大値が値「ＶＭＡＸ－ＶＤＴ」に減少する。また、上段の点線のグラフにはゼロクロス近傍の時間領域に、不感帯の影響によって傾きが平らな部分が生じる。
【0056】
同様に、相電流においても、下段の実線のグラフが示す正弦波状の電流指令値に対する実電流は、デッドタイムの影響で、下段の点線のグラフが示すように最大値が減少し、ゼロクロス近傍の傾きが平らになった波形を示す。
比較例では、中段のグラフに示すように「＋ＶＤＴ」と「－ＶＤＴ」とを交互に繰り返す矩形波状のデッドタイム補償値が用いられる。このデッドタイム補償値が電圧指令値に加算されることにより、デッドタイムの影響で減少していた相電圧の最大値が値「ＶＭＡＸ」に戻り、上段の実線のグラフおよび下段の実線のグラフが示す相電圧と相電流が得られる。
比較例では、中段のグラフに示すように「＋ＶＤＴ」と「－ＶＤＴ」とを交互に繰り返す矩形波状のデッドタイム補償値が用いられる。このデッドタイム補償値が電圧指令値に加算されることにより、デッドタイムの影響で減少していた相電圧の最大値が値「ＶＭＡＸ」に戻り、上段の実線のグラフおよび下段の実線のグラフが示す相電圧と相電流が得られる。
【0057】
但し、矩形波状のデッドタイム補償値における正負切り替えのタイミングが理想的なタイミングからずれた場合には、実電流値のゼロクロス付近で電流波形に乱れが生じてしまう。電流波形の乱れは、モータ２０における音や振動の原因となるので、本実施形態におけるデッドタイム補償では、電流波形の乱れを抑制する工夫が施されている。
【0058】
図６は、本実施形態におけるデッドタイム補償の概念を示す図である。
図６の上段にはモータ２０の各相に入力される相電圧のグラフが示され、中段にはデッドタイム補償値のグラフが示され、下段にはモータ２０の各相に流れる相電流のグラフが示されている。図６の各グラフの横軸は時間を示し、上段と中段のグラフの縦軸は電圧を示し、下段のグラフの縦軸は電流を示している。
図６の上段にはモータ２０の各相に入力される相電圧のグラフが示され、中段にはデッドタイム補償値のグラフが示され、下段にはモータ２０の各相に流れる相電流のグラフが示されている。図６の各グラフの横軸は時間を示し、上段と中段のグラフの縦軸は電圧を示し、下段のグラフの縦軸は電流を示している。
【0059】
本実施形態のデッドタイム補償では、中段のグラフに示されるように、デッドタイム補償値の正負が切り替わる時間領域で波形の傾きが緩和される。言い換えると、当該時間領域でデッドタイム補償値の時間変化が緩やかにされる。この結果、デッドタイム補償値における正負切り替えのタイミングが変動した場合であっても電流波形の乱れが抑制される。更に、本実施形態のデッドタイム補償では、当該傾きが、下段の実線のグラフが示す電流指令値のゼロクロスにおける傾きに追随させられる。これにより、特に低回転時や低負荷時における電流波形の乱れが抑制される。
【0060】
以下、デッドタイム補償の詳細について説明する。
図７～図９は、デッドタイム補償で補償の対象となる、デッドタイムによる相電流の歪を示す図である。
図７には、相電流のゼロクロス付近におけるデューティー―電流特性が示されている。図７のグラフの横軸はインバータ４８におけるデューティー比（％）を示し、縦軸は電流を示す。
デューティー比は電圧指令値に相当し、相電流のゼロクロス付近には、デッドタイムによる不感帯が生じている。即ち、デューティー比が「－Ｄｄｔ」から「＋Ｄｄｔ」の領域では相電流がほぼゼロとなっており、Ｄｄｔは不感帯の幅である。
図７～図９は、デッドタイム補償で補償の対象となる、デッドタイムによる相電流の歪を示す図である。
図７には、相電流のゼロクロス付近におけるデューティー―電流特性が示されている。図７のグラフの横軸はインバータ４８におけるデューティー比（％）を示し、縦軸は電流を示す。
デューティー比は電圧指令値に相当し、相電流のゼロクロス付近には、デッドタイムによる不感帯が生じている。即ち、デューティー比が「－Ｄｄｔ」から「＋Ｄｄｔ」の領域では相電流がほぼゼロとなっており、Ｄｄｔは不感帯の幅である。
【0061】
【0062】
図９には、図８に示す電流―デューティー特性が分解された線形要素と非線形要素とが示されている。
点線で示された線形要素は、オームの法則に従う要素であり、電圧指令値Ｖと相電流Ｉとの関係はＶ＝（Ｌｓ＋Ｒ）Ｉと表される。これに対して非線形要素ＤＤＴは、実測値がarctan関数で近似できて、ＤＤＴ＝｛Ｄｄｔ／（π／２）｝arctan（ｋＩ）と表される。当該式は、デッドタイムによる不感帯を表した式であり、ｋは、arctan関数を実測値に適合させる適合定数である。
点線で示された線形要素は、オームの法則に従う要素であり、電圧指令値Ｖと相電流Ｉとの関係はＶ＝（Ｌｓ＋Ｒ）Ｉと表される。これに対して非線形要素ＤＤＴは、実測値がarctan関数で近似できて、ＤＤＴ＝｛Ｄｄｔ／（π／２）｝arctan（ｋＩ）と表される。当該式は、デッドタイムによる不感帯を表した式であり、ｋは、arctan関数を実測値に適合させる適合定数である。
【0063】
図１０は、非線形要素ＤＤＴを近似するarctan関数を示すグラフである。
図１０の横軸は電流を示し、縦軸は正規化された無次元量を表す。
arctan関数におけるゼロクロス付近の傾きは、適合定数ｋの調整で非線形要素ＤＤＴの実測値に適合可能であり、図１０には、一例として、ｋ＝０．１、ｋ＝１、ｋ＝１００それぞれの場合の波形が示されている。
図１０の横軸は電流を示し、縦軸は正規化された無次元量を表す。
arctan関数におけるゼロクロス付近の傾きは、適合定数ｋの調整で非線形要素ＤＤＴの実測値に適合可能であり、図１０には、一例として、ｋ＝０．１、ｋ＝１、ｋ＝１００それぞれの場合の波形が示されている。
【0064】
arctan関数によって近似された非線形要素ＤＤＴが、デッドタイム補償における補償の対象となる。従って、上述した不感帯を表す式に基づいて、デッドタイム補償の基礎式は、以下の式（１）、式（２）、式（３）となる。
但し、
Ｄdtval：デッドタイム補償量[％]
Ｉref：電流指令値[Ａ]
θＥ：電気角[ｒａｄ]
Δ（ωＥ）：電気角速度に依存した進角量[ｒａｄ]
デッドタイム補償量Ｄdtvalの値は、上述した不感帯の幅Ｄｄｔの実測値に適合される。つまり、本実施形態では、デッドタイム補償値としてarctan関数が用いられる。
【数1】
【数2】
【数3】
Ｄdtval：デッドタイム補償量[％]
Ｉref：電流指令値[Ａ]
θＥ：電気角[ｒａｄ]
Δ（ωＥ）：電気角速度に依存した進角量[ｒａｄ]
デッドタイム補償量Ｄdtvalの値は、上述した不感帯の幅Ｄｄｔの実測値に適合される。つまり、本実施形態では、デッドタイム補償値としてarctan関数が用いられる。
【0065】
図１１は、デッドタイム補償部４３の機能を示すブロック図である。
図１１にはＡ相に対するデッドタイム補償の処理機能が代表として示されており、デッドタイム補償部４３には、Ｂ相、Ｃ相についても同様の処理機能が備えられている。
デッドタイム補償部４３は、変換テーブル５１と、レートリミッタ５２と、帰還要素５３と、第１のリミット値算出部５４と、第２のリミット値算出部５５とを備えている。
図１１にはＡ相に対するデッドタイム補償の処理機能が代表として示されており、デッドタイム補償部４３には、Ｂ相、Ｃ相についても同様の処理機能が備えられている。
デッドタイム補償部４３は、変換テーブル５１と、レートリミッタ５２と、帰還要素５３と、第１のリミット値算出部５４と、第２のリミット値算出部５５とを備えている。
【0066】
デッドタイム補償部４３には、上述した第２の２相／３相変換部４２によって得られた各相の電流指令値ＩrefＡ、ＩrefＢ、ＩrefＣが入力される。第２の２相／３相変換部４２は、各相の電流指令値ＩrefＡ、ＩrefＢ、ＩrefＣの算出に際し、上記進角量Δ（ωＥ）も補償する。
【0067】
変換テーブル５１は、図１０に示すarctan関数の変換テーブルであり、電流指令値ＩrefＡ、ＩrefＢ、ＩrefＣを正規化補償値Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃに変換する。正規化補償値Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃは、上記式（１）、式（２）、式（３）で表される補償値ＤDTcompA、ＤDTcompB、ＤDTcompCのデッドタイム補償量Ｄdtvalが「１」に正規化されたものである。つまり、
Ｇａ＝（２／π）arctan（ｋＩrefＡ）
Ｇｂ＝（２／π）arctan（ｋＩrefＢ）
Ｇｃ＝（２／π）arctan（ｋＩrefＣ）
である。
Ｇａ＝（２／π）arctan（ｋＩrefＡ）
Ｇｂ＝（２／π）arctan（ｋＩrefＢ）
Ｇｃ＝（２／π）arctan（ｋＩrefＣ）
である。
【0068】
変換テーブル５１から出力された正規化補償値Ｇａは、帰還要素５３を介して帰還された１ステップ前の正規化補償値Ｇcompａ-1との差分演算により、当該ステップにおける正規化補償値の変化量ΔＧａ（即ち傾き）となる。レートリミッタ５２は変化量ΔＧａを制限することでデッドタイム補償における補償値ＤＴcompAの傾きを緩やかにする。レートリミッタ５２で制限された変化量ΔＧａが、帰還要素５３を介して帰還された１ステップ前の正規化補償値Ｇａ－１と加算されて当該ステップにおける正規化補償値Ｇcompａとなる。当該ステップの正規化補償値Ｇcompａは、最後にデッドタイム補償量Ｄdtvalと積算され、Ａ相電圧指令値に対するデッドタイム補償値ＤＴcompAとして出力される。
【0069】
第１のリミット値算出部５４は、レートリミッタ５２による傾きΔＧａの制限を電流指令値ＩrefＡの傾きに適合させるリミット値ΔＧを算出してレートリミッタ５２に入力する。詳細な導出式は省略するが、電流指令値ＩrefＡを表す下記式
ＩrefＡ＝Ｉrefｓｉｎ｛θＥ＋Δ（ωＥ）｝
と、デッドタイム補償の基礎式である上記式（１）とに基づいて、サンプリング時間Δｔ毎のリミット値ΔＧは、
ΔＧ＝（２ＮｐｋΔｔ／π）ＩrefωＭ
と算出される。但し、
Ｎｐ：モータ２０の極対数
ωＭ：機械角回転数（角速度）
である。
ＩrefＡ＝Ｉrefｓｉｎ｛θＥ＋Δ（ωＥ）｝
と、デッドタイム補償の基礎式である上記式（１）とに基づいて、サンプリング時間Δｔ毎のリミット値ΔＧは、
ΔＧ＝（２ＮｐｋΔｔ／π）ＩrefωＭ
と算出される。但し、
Ｎｐ：モータ２０の極対数
ωＭ：機械角回転数（角速度）
である。
【0070】
従って、第１のリミット値算出部５４では、電流指令値の絶対値｜Ｉref｜と機械角回転数の絶対値｜ωＭ｜が乗算され、更に係数２ＮｐｋΔｔ／πが掛けられてリミット値ΔＧが算出される。第１のリミット値算出部５４で算出されたリミット値ΔＧによる変化量制限によって、デッドタイム補償値ＤＴcompAにおけるゼロクロス付近の傾きが緩やかとなる。このため、ゼロクロスのタイミングに誤差や変動が生じた場合であっても、実電流の乱れが抑制される。第１のリミット値算出部５４は本発明にいう変化制御部の一例に相当する。また、第１のリミット値算出部５４のリミット値ΔＧは、デッドタイム補償値ＤＴcompAにおけるゼロクロス付近の傾きを電流指令値ＩrefＡの傾きに追随させるので、低回転数や低負荷においても実電流の乱れの抑制が図られる。
【0071】
第１のリミット値算出部５４による傾き制限は、適合定数ｋに依存したフィードフォワード型の制限である。適合定数ｋは、モータ２０の設計値などに基づいて予め設定される値であるが、個別のモータ２０におけるばらつきや、モータ２０の使用環境における温度変化により、図９に示す非線形要素と完全には適合できない場合がある。この場合、デッドタイム補償の相殺誤差が発生する虞がある。
【0072】
第２のリミット値算出部５５は、リミット値ΔＧによる傾き制限で発生し得る相殺誤差を抑制するフィードバック型の制限を実現するリミット値Δｅを算出して第１のリミット値算出部５４のリミット値ΔＧに加算する。具体的には、第２のリミット値算出部５５は、各相（ここでは代表としてＡ相）の電流指令値の絶対値｜ＩrefＡ｜と実電流値の絶対値｜ｉａ｜との差分に係数２ｋΔｔ／πを掛けてリミット値Δｅを算出する。
【0073】
第１のリミット値算出部５４のリミット値ΔＧが、デッドタイム補償値ＤＴcompAにおけるゼロクロス付近の傾きを緩やかにするのに対し、第２のリミット値算出部５５のリミット値Δｅは、傾きを増して上記相殺誤差を抑制する。第２のリミット値算出部５５は、本発明にいう加算部の一例に相当する。
本実施形態におけるデッドタイム補償の効果について、以下、シミュレーション結果を参照して説明する。
本実施形態におけるデッドタイム補償の効果について、以下、シミュレーション結果を参照して説明する。
【0074】
図１２は、図５の比較例のデッドタイム補償におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
図１２には、Ａ相電流指令値のグラフ２０１と、回転数のグラフ２０２と、デッドタイム補償値のグラフ２０３と、ｑ軸電流値のグラフ２０４が示されている。図１２の各グラフの横軸は時間を示す。
図１２には、Ａ相電流指令値のグラフ２０１と、回転数のグラフ２０２と、デッドタイム補償値のグラフ２０３と、ｑ軸電流値のグラフ２０４が示されている。図１２の各グラフの横軸は時間を示す。
【0075】
Ａ相電流指令値のグラフ２０１は滑らかな波形を示しており、点線で示されたゼロレベルの上下に変動する。Ａ相電流指令値の振幅は時間変化しており、それに伴って、回転数のグラフ２０２が示すようにモータ２０の回転数も時間変化している。
比較例のデッドタイム補償では、デッドタイム補償値のグラフ２０３が示すように、Ａ相電流指令値のゼロクロス時点で補償値の正負が切り替わる。しかし、補償値における正負切り替え２０５のタイミングがゼロクロス時点と完全に一致することは難しく、多少のずれを生じるため、ｑ軸電流値のグラフ２０４には波形の乱れ２０６が生じる。波形の乱れ２０６はモータ２０の音や振動の原因となり、電動パワーステアリング装置１００では異音や不快な感触の原因となる。
比較例のデッドタイム補償では、デッドタイム補償値のグラフ２０３が示すように、Ａ相電流指令値のゼロクロス時点で補償値の正負が切り替わる。しかし、補償値における正負切り替え２０５のタイミングがゼロクロス時点と完全に一致することは難しく、多少のずれを生じるため、ｑ軸電流値のグラフ２０４には波形の乱れ２０６が生じる。波形の乱れ２０６はモータ２０の音や振動の原因となり、電動パワーステアリング装置１００では異音や不快な感触の原因となる。
【0076】
図１３は、傾き制限が施されたデッドタイム補償におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
図１３には、図１１に示す第１のリミット値算出部５４のリミット値ΔＧによる傾き制限が施された場合のシミュレーション結果が示されている。図１３にも、Ａ相電流指令値のグラフ２１１と、回転数のグラフ２１２と、デッドタイム補償値のグラフ２１３と、ｑ軸電流値のグラフ２１４が示されている。図１３の各グラフの横軸は時間を示す。
図１３には、図１１に示す第１のリミット値算出部５４のリミット値ΔＧによる傾き制限が施された場合のシミュレーション結果が示されている。図１３にも、Ａ相電流指令値のグラフ２１１と、回転数のグラフ２１２と、デッドタイム補償値のグラフ２１３と、ｑ軸電流値のグラフ２１４が示されている。図１３の各グラフの横軸は時間を示す。
【0077】
図１３に示すシミュレーションでも、Ａ相電流指令値のグラフ２１１は滑らかな波形を示し、振幅は時間変化している。それに伴い、回転数のグラフ２１２が示すようにモータ２０の回転数も時間変化している。
傾き制限が施された場合、デッドタイム補償値のグラフ２１３が示すように、Ａ相電流指令値のゼロクロス近傍の時間領域に、補償値の波形の傾き部分２１５が生じる。これにより、ｑ軸電流値のグラフ２１４では波形の乱れ２１６が抑制されて、モータ２０における音や振動も抑制されることが分かる。
傾き制限が施された場合、デッドタイム補償値のグラフ２１３が示すように、Ａ相電流指令値のゼロクロス近傍の時間領域に、補償値の波形の傾き部分２１５が生じる。これにより、ｑ軸電流値のグラフ２１４では波形の乱れ２１６が抑制されて、モータ２０における音や振動も抑制されることが分かる。
【0078】
図１４は、モータ２０のばらつきや環境温度変化による相殺誤差のシミュレーション結果を示すグラフである。
図１４には、図１３に示す傾き制限が施されたデッドタイム補償において、モータ２０におけるばらつきや、モータ２０の使用環境における温度変化に伴う相殺誤差が生じた場合のシミュレーション結果が示されている。図１４には、デッドタイム補償値のグラフ２２１と、Ａ相の実電流値のグラフ２２２と、ｑ軸電流値のグラフ２２３が示されている。図１４の各グラフの横軸は時間を示す。
図１４には、図１３に示す傾き制限が施されたデッドタイム補償において、モータ２０におけるばらつきや、モータ２０の使用環境における温度変化に伴う相殺誤差が生じた場合のシミュレーション結果が示されている。図１４には、デッドタイム補償値のグラフ２２１と、Ａ相の実電流値のグラフ２２２と、ｑ軸電流値のグラフ２２３が示されている。図１４の各グラフの横軸は時間を示す。
【0079】
デッドタイム補償値のグラフ２２１が示すように、補償値の波形は傾き部分２２４を有するが、相殺誤差が生じると、Ａ相の実電流値のグラフ２２２に示される乱れ２２５や、ｑ軸電流値のグラフ２２３に示される乱れ２２６が、ゼロクロスの近傍で生じてしまう。
【0080】
図１５は、相殺誤差の抑制が施されたデッドタイム補償におけるシミュレーション結果を示すグラフである。
図１５には、図１１に示す第１のリミット値算出部５４のリミット値ΔＧによる傾き制限と、第２のリミット値算出部５５のリミット値Δｅによる相殺誤差の抑制との双方が施された場合のシミュレーション結果が示されている。図１５には、電流偏差のグラフ２３１と、デッドタイム補償値のグラフ２３２と、Ａ相の実電流値のグラフ２３３と、ｑ軸電流値のグラフ２３４が示されている。図１５の各グラフの横軸は時間を示す。
図１５には、図１１に示す第１のリミット値算出部５４のリミット値ΔＧによる傾き制限と、第２のリミット値算出部５５のリミット値Δｅによる相殺誤差の抑制との双方が施された場合のシミュレーション結果が示されている。図１５には、電流偏差のグラフ２３１と、デッドタイム補償値のグラフ２３２と、Ａ相の実電流値のグラフ２３３と、ｑ軸電流値のグラフ２３４が示されている。図１５の各グラフの横軸は時間を示す。
【0081】
図１５に示すデッドタイム補償では、電流偏差のグラフ２３１でスパイク状に生じた偏差２３５に相当するリミット値Δｅが加算される。ここで「電流偏差」とは、相電流指令値の絶対値と相実電流値の絶対値との差分を意味する。偏差２３５に相当するリミット値Δｅが加算された結果、デッドタイム補償値のグラフ２３２が示すように、波形の傾き部分２３６が急峻となる。また、デッドタイム補償値がフィードバック型で修正されるため、デッドタイム補償値における正負切り替えのタイミングは、ずれを生じない。その結果、Ａ相の実電流値のグラフ２３３およびｑ軸電流値のグラフ２３４に示されるように、ゼロクロスの時間領域２３７、２３８で波形の乱れを生じない。
【0082】
次に、デッドタイム補償部４３の変形例について説明する。
図１６は、デッドタイム補償部４３の変形例の機能を示すブロック図である。
図１６では図示の便宜上、第１のリミット値算出部５４と第２のリミット値算出部５５に共通した係数２ｋΔｔ／πが纏めて示されている。
図１６は、デッドタイム補償部４３の変形例の機能を示すブロック図である。
図１６では図示の便宜上、第１のリミット値算出部５４と第２のリミット値算出部５５に共通した係数２ｋΔｔ／πが纏めて示されている。
【0083】
変形例のデッドタイム補償部４３では適合ゲインＧが算出され、第２のリミット値算出部５５は、電流指令値の絶対値｜ＩrefＡ｜と実電流値の絶対値｜ｉａ｜との差分に適合ゲインＧを掛けてリミット値Δｅを算出する。ここで適合ゲインＧは、電流指令値Ｉrefに対する実電流値ｉの追従性が低くて系統誤差を生じる場合に、当該系統誤差を補正して実電流値ｉを電流指令値Ｉrefに適合させるゲインである。
【0084】
図３に示す機能を有したコントロールユニット３０の場合には、電流指令値Ｉrefに対する実電流値ｉの追従性が高いため、図１１に示すデッドタイム補償部４３によって精度の高いデッドタイム補償が実現される。しかし、電流指令値Ｉrefに対する実電流値ｉの追従性が低いコントロールユニットなどに適用される場合には、図１６に示す変形例のデッドタイム補償部４３によってデッドタイム補償の精度向上が図られる。適合ゲインＧの具体的な値は、モータ２０の制御中に、電流指令値Ｉrefと実電流値ｉの検出値から得られる上記系統誤差に基づいて逐次算出される。
【0085】
但し、デッドタイム補償値のゼロクロス近傍を外れた場合に適合ゲインＧが適用されると、デッドタイム補償値が乱れる虞がある。このため適合ゲインＧは、１ステップ前のデッドタイム補償値ＤＴcompA-1がデッドタイム補償量Ｄdtvalに等しい場合には、値「０」として第２のリミット値算出部５５に入力される。１ステップ前のデッドタイム補償値ＤＴcompA-1がデッドタイム補償量Ｄdtval未満である場合には、ゼロクロス近傍であるため、適合ゲインＧはそのまま第２のリミット値算出部５５に入力される。
【0086】
なお、上記説明では、電動パワーステアリング装置への応用例が示されているが、本発明のモータ制御装置や電動アクチュエータは、鉄道動揺防止アクチュエータ、車両姿勢変更装置、ロボットなどに応用されてもよい。
【符号の説明】
【0087】
２０…モータ、３０…コントロールユニット、４０…電流指令値演算部、４２…第２の２相／３相変換部、４３…デッドタイム補償部、４５…電圧指令値演算部、４６…第１の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、５１…変換テーブル、５２…レートリミッタ、５４…第１のリミット値算出部、５５…第２のリミット値算出部、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】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】