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特許7602069モータ制御装置、電動アクチュエータ製品及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】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-09
(45)【発行日】2024-12-17
(54)【発明の名称】モータ制御装置、電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置
(51)【国際特許分類】
H02P 21/22 20160101AFI20241210BHJP
【ＦＩ】
H02P21/22
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2023571868
(86)(22)【出願日】2023-05-19
(86)【国際出願番号】 JP2023018754
(87)【国際公開番号】W WO2024053167
(87)【国際公開日】2024-03-14
【審査請求日】2023-11-20
(31)【優先権主張番号】P 2022142039
(32)【優先日】2022-09-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】吉田 圭太
(72)【発明者】
【氏名】星 譲
(72)【発明者】
【氏名】菅原 孝義
【審査官】保田 亨介
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２２－０８２０８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０１７８９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１６４３７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－３０１６５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３３３４８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７５８３４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ２１／００－２５／０３
２５／０４
２５／１０－２７／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、前記モータを流れる電流を検出する電流値検出部と、
前記電流値検出部が検出した電流の検出値である電流検出値と前記電流指令値との偏差に応じて第１電圧指令値を出力し、前記偏差に対する比例制御、積分制御及び微分制御の特性を有する電流制御部と、
前記電流制御部の後段に配置され、前記電流制御部の前回の制御周期に入力された入力信号に対して前記電流制御部の制御周期分の遅延を与えて前記電流制御部の今回の制御周期に前記入力信号を遅延信号として出力する遅延要素の出力を前記第１電圧指令値に加算して第２電圧指令値を演算するとともに、前記第２電圧指令値を前記遅延要素に入力する電圧外乱抑制部と、
前記第２電圧指令値に基づいて、前記モータを駆動する駆動回路と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項2】
前記第２電圧指令値のノイズを低減する第１フィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記第１フィルタは、前記第１電圧指令値と前記遅延要素の出力との加算値のノイズを低減するフィルタであることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記第１フィルタの出力を前記遅延要素に入力することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項5】
前記第１フィルタは、前記第１電圧指令値のノイズを低減する第２フィルタと、前記遅延要素の出力のノイズを低減する第３フィルタとを個別に備え、前記電圧外乱抑制部は、前記第２フィルタによってノイズが低減された前記第１電圧指令値と、前記第３フィルタによってノイズが低減された前記遅延要素の出力と、を加算して前記第２電圧指令値を演算することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項6】
前記電流指令値のノイズを低減するフィルタと、前記電流検出値のノイズを低減するフィルタと、前記遅延要素の出力のノイズを低減するフィルタとを個別に備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項7】
前記電流制御部は、前記モータに印加される外乱電圧に対してハイパスフィルタの特性を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項8】
請求項１～７の何れか一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るモータと、
を備えることを特徴とする電動アクチュエータ製品。
【請求項9】
請求項１～７の何れか一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るモータと、
を備え、前記モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する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、モータ制御装置、電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献１には、逆起電圧定数とモータ回転速度に基づいて逆起電圧を推定し、逆起電圧を相殺する補正値を電圧指令値に加えることで逆起電圧を補償する技術（以下「フィードフォワード型の逆起電圧補償」と表記することがある）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１７５８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
フィードフォワード型の逆起電圧補償は、使用されるモータの個体差によるばらつきや、温度変化、経年変化による物性変化など外乱要因に対するロバスト性が低いという問題があった。
本発明は、使用されるモータの個体差によるばらつきや、温度変化、経年変化による物性変化など外乱要因に対するロバスト性を向上したモータ制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、使用されるモータの個体差によるばらつきや、温度変化、経年変化による物性変化など外乱要因に対するロバスト性を向上したモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によるモータ制御装置は、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、モータを流れる電流を検出する電流値検出部と、電流値検出部が検出した電流の検出値である電流検出値と電流指令値との偏差に応じて第１電圧指令値を出力し、偏差に対する比例制御、積分制御及び微分制御の特性を有する電流制御部と、電流制御部の後段に配置され、電流制御部の前回の制御周期に入力された入力信号に対して電流制御部の制御周期分の遅延を与えて電流制御部の今回の制御周期に入力信号を遅延信号として出力する遅延要素の出力を第１電圧指令値に加算して第２電圧指令値を演算するとともに、第２電圧指令値を遅延要素に入力する電圧外乱抑制部と、第２電圧指令値に基づいて、モータを駆動する駆動回路を備える。
【0006】
本発明の他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御されるモータと、を備える電動アクチュエータ製品が与えられる。
本発明の更なる他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御されるモータと、を備え、モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が与えられる。
本発明の更なる他の一形態によれば、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置によって制御されるモータと、を備え、モータによって車両の操舵系に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置が与えられる。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、使用されるモータの個体差によるばらつきや、温度変化、経年変化による物性変化など外乱要因に対するロバスト性を向上したモータ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。
【図3】電流指令値からモータが駆動される系の第１例を伝達関数で表現したブロック図である。
【図7】（ａ）及び（ｂ）は、外乱電圧Δｖがモータ電流ｉに影響する成分の伝達関数の一例のボード線図である。
【図8】（ａ）及び（ｂ）は、比較例のシミュレーション結果を示すボード線図である。
【図9】（ａ）及び（ｂ）は、実施形態のシミュレーション結果を示すボード線図である。
【図10】電流指令値からモータが駆動される系の第２例を伝達関数で表現したブロック図である。
【図11】電流指令値からモータが駆動される系の第３例を伝達関数で表現したブロック図である。
【図12】本発明のモータ制御装置を用いる直動テーブル装置の一例の概要を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
なお、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構成、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【0010】
（構成）
図１は、実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。ステアリングホイール（操向ハンドル）１の操舵軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構を構成する減速ギア（ウォームギア）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、タイロッド６ａ、６ｂを経て、更にハブユニット７ａ、７ｂを介して操向車輪８Ｌ、８Ｒに連結されている。
図１は、実施形態の電動パワーステアリング装置の一例の概要を示す構成図である。ステアリングホイール（操向ハンドル）１の操舵軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速機構を構成する減速ギア（ウォームギア）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、タイロッド６ａ、６ｂを経て、更にハブユニット７ａ、７ｂを介して操向車輪８Ｌ、８Ｒに連結されている。
【0011】
ピニオンラック機構５は、ユニバーサルジョイント４ｂから操舵力が伝達されるピニオンシャフトに連結されたピニオン５ａと、このピニオン５ａに噛合するラック５ｂとを有し、ピニオン５ａに伝達された回転運動をラック５ｂで車幅方向の直進運動に変換する。
操舵軸２には操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられている。また、操舵軸２には、ステアリングホイール１の操舵角θｈを検出する操舵角センサ１４が設けられている。
操舵軸２には操舵トルクＴｈを検出するトルクセンサ１０が設けられている。また、操舵軸２には、ステアリングホイール１の操舵角θｈを検出する操舵角センサ１４が設けられている。
【0012】
また、ステアリングホイール１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介して操舵軸２に連結されている。電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置を制御するコントローラ３０には、バッテリ１３から電力が供給されるとともに、イグニション（ＩＧＮ）キー１１を経てイグニションキー信号が入力される。
なお、操舵補助力を付与する手段は、モータに限られず、様々な種類のアクチュエータを利用可能である。
なお、操舵補助力を付与する手段は、モータに限られず、様々な種類のアクチュエータを利用可能である。
【0013】
コントローラ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、操舵角センサ１４で検出された操舵角θｈに基づいてアシスト制御指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによってモータ２０に供給する電流を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。
なお、操舵角センサ１４は必須のものではなく、モータ２０の回転軸の回転角度を検出する回転角センサから得られる回転角度に、トルクセンサ１０のトーションバーの捩れ角を加えて操舵角θｈを算出してもよい。
また、操舵角θｈに代えて、操向車輪８Ｌ、８Ｒの転舵角を用いてもよい。例えばラック５ｂの変位量を検出することにより転舵角を検出してもよい。
なお、操舵角センサ１４は必須のものではなく、モータ２０の回転軸の回転角度を検出する回転角センサから得られる回転角度に、トルクセンサ１０のトーションバーの捩れ角を加えて操舵角θｈを算出してもよい。
また、操舵角θｈに代えて、操向車輪８Ｌ、８Ｒの転舵角を用いてもよい。例えばラック５ｂの変位量を検出することにより転舵角を検出してもよい。
【0014】
コントローラ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、磁気記憶装置及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。
以下に説明するコントローラ３０の機能は、例えばコントローラ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。
記憶装置は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及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。
以下に説明するコントローラ３０の機能は、例えばコントローラ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。
【0015】
なお、コントローラ３０を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントローラ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。例えばコントローラ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、コントローラ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。例えばコントローラ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。
【0016】
次に、図２を参照してコントローラ３０による操舵補助機能の機能構成の一例を説明する。
操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｈは、電流指令値Ｉｒｅｆ０を演算する電流指令値演算部４１に入力される。電流指令値演算部４１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｈに基づいて、アシストマップ等を用いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ０を演算する。
操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｈは、電流指令値Ｉｒｅｆ０を演算する電流指令値演算部４１に入力される。電流指令値演算部４１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｈに基づいて、アシストマップ等を用いてモータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ０を演算する。
【0017】
加算器４２Ａは、補償信号生成部４４からの補償信号ＣＭを電流指令値Ｉｒｅｆ０に加算して電流指令値Ｉｒｅｆ＝Ｉｒｅｆ０＋ＣＭを算出し、電流指令値Ｉｒｅｆを電流制限部４３に入力する。補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償が行われ、収れん性や慣性特性等が改善される。補償信号生成部４４は、収れん性４４－１と慣性４４－２とセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）４４－３を加算器４４－４、４４－５で加算して補償信号ＣＭを算出する。
電流制限部４３によって最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算器４２Ｂに入力され、フィードバックされたモータ電流値Ｉｍとの偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ－Ｉｍ）が演算され、その偏差ΔＩが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部４５に入力される。ＰＩ制御部４５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部４６に入力され、更に駆動部としてのインバータ４７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器４８で検出され、減算器４２Ｂにフィードバックされる。
電流制限部４３によって最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算器４２Ｂに入力され、フィードバックされたモータ電流値Ｉｍとの偏差ΔＩ（＝Ｉｒｅｆｍ－Ｉｍ）が演算され、その偏差ΔＩが操舵動作の特性改善のためのＰＩ（比例積分）制御部４５に入力される。ＰＩ制御部４５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部４６に入力され、更に駆動部としてのインバータ４７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器４８で検出され、減算器４２Ｂにフィードバックされる。
【0018】
なお、コントローラ３０は、電流指令値Ｉｒｅｆとしてトルク発生用成分であるｑ軸電流指令値と磁界発生用成分であるｄ軸電流指令値とを演算し、ｑ軸のモータ電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差と、ｄ軸のモータ電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差に基づいて電圧指令値を生成するベクトル制御を行ってもよい。
【0019】
図３は、電流指令値Ｉｒｅｆからモータ２０が駆動される系を伝達関数で表現したブロック図である。電流指令値Ｉｒｅｆは、制御フィルタ（Ｇｒｅｆ（ｓ））５０を経て減算器５１に入力され、減算器５１は、制御フィルタ５０の出力とモータ電流検出器４８が検出したモータ２０の電流値Ｉｍとの偏差を算出する。制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２は、制御フィルタ５０の出力とモータ２０の電流値Ｉｍとの偏差に応じて第１電圧指令値を算出し、加算器５３に入力する。制御フィルタ５２は、特許請求の範囲に記載の「電流制御部」の一例である。
【0020】
加算器５３は、遅延要素（Ｇｄｌｙ）５５によって遅延した加算器５３の出力を第１電圧指令値に加算して第１電圧指令値を積分することにより第２電圧指令値を算出する。加算器５３は、特許請求の範囲に記載の「電圧外乱抑制部」の一例である。
遅延要素５５は、例えばコントローラ３０によるモータ２０のモータ電流の電流制御の制御周期に相当する遅延を与える遅延要素であってよい。例えば、加算器５３は、電流制御における前回サイクルの加算器５３の出力値を今回サイクルの第１電圧指令値に加算することにより第２電圧指令値を演算する。
遅延要素５５は、例えばコントローラ３０によるモータ２０のモータ電流の電流制御の制御周期に相当する遅延を与える遅延要素であってよい。例えば、加算器５３は、電流制御における前回サイクルの加算器５３の出力値を今回サイクルの第１電圧指令値に加算することにより第２電圧指令値を演算する。
【0021】
加算器５３の出力は、第２電圧指令値のノイズを低減するフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４を経て、遅延要素５５と遅延要素（ＧＤＬＹ）５６に入力される。すなわち、フィルタ５４は、第１電圧指令値と遅延要素５５の出力との加算値のノイズを低減するフィルタである。フィルタ５４は、例えばローパスフィルタであってよい。モータ電流検出器４８によるモータ２０の電流値Ｉｍの検出ノイズを無視できれば、フィルタ５４を省略してもよい。
【0022】
遅延要素５６は、コントローラ３０のハードウエア遅延に相当する遅延を与える遅延要素であってよい。例えば遅延要素５６による遅延は、モータ電流検出器４８によってモータ２０の電流値Ｉｍを検出してから、この検出した電流値Ｉｍを使ってＰＷＭ制御部４６のＰＷＭが出力されるまでの遅延であってよい。
遅延要素５６からの出力には、演算部５７によってモータの逆起電圧ＥＭＦが減算されるとともに外乱電圧ΔＶが加算される。演算部５７は、遅延要素５６からの出力（制御電圧）に対する実際にモータに発生している逆起電圧ＥＭＦの影響をモデル化したものである。
遅延要素５６からの出力には、演算部５７によってモータの逆起電圧ＥＭＦが減算されるとともに外乱電圧ΔＶが加算される。演算部５７は、遅延要素５６からの出力（制御電圧）に対する実際にモータに発生している逆起電圧ＥＭＦの影響をモデル化したものである。
【0023】
演算部５７の演算結果は、モータ２０の電気的特性部（１／Ｅ（ｓ））５８でモータ２０のインピーダンスＥ（ｓ）＝Ｌ・ｓ＋Ｒで除算されることによりモータ電流ｉに変換される。なお、定数Ｌ、Ｒはそれぞれモータ２０のインダクタンス値と抵抗値である。
モータ電流ｉは、トルク係数（Ｋｔ）５９と乗算されることによりトルクτに変換される。トルクτは機械的特性部（１／Ｍ（ｓ））６１でモータ回転角θに変換される。機械的特性部６１の伝達関数の分母は、例えばＭ（ｓ）＝Ｊｓ２＋（Ｄ＋ＧＣＦ）ｓ＋Ｋであり、定数Ｊ、Ｄ、ＧＣＦ、Ｋは、それぞれモータの慣性モーメント、粘性係数、クーロン摩擦係数、バネ係数である。
モータ電流ｉは、トルク係数（Ｋｔ）５９と乗算されることによりトルクτに変換される。トルクτは機械的特性部（１／Ｍ（ｓ））６１でモータ回転角θに変換される。機械的特性部６１の伝達関数の分母は、例えばＭ（ｓ）＝Ｊｓ２＋（Ｄ＋ＧＣＦ）ｓ＋Ｋであり、定数Ｊ、Ｄ、ＧＣＦ、Ｋは、それぞれモータの慣性モーメント、粘性係数、クーロン摩擦係数、バネ係数である。
【0024】
逆起電力生成部（ｓ・Ｋｅ）６２は、モータ回転角θの時間微分（すなわちモータ回転速度）と逆起電圧定数Ｋｅとの積と同じ大きさの逆起電圧ＥＭＦを生成する。
モータ電流ｉは、モータ電流検出器４８で検出されて減算器５１にフィードバックされるが、加算部６０で電流検出誤差Δｉが混入することによってモータ電流Ｉｍ＝ｉ＋Δｉとしてフィードバックされる。
モータ電流ｉは、モータ電流検出器４８で検出されて減算器５１にフィードバックされるが、加算部６０で電流検出誤差Δｉが混入することによってモータ電流Ｉｍ＝ｉ＋Δｉとしてフィードバックされる。
【0025】
電流指令値Ｉｒｅｆ、外乱電圧Δｖ、電流検出誤差Δｉ、外乱トルクΔτ、モータ回転角の外乱角度Δθを入力とし、モータ電流ｉを出力とする伝達関数は次式（１）によって与えられる。
【0026】
【数1】
【0027】
なお、上式（１）の右辺の項のうち
【0028】
【数2】
【0029】
の部分を以下の説明において「入力ベクトル」と表記することがある。また、上式（１）の右辺の項の入力ベクトルの各項に共通するモータ２０の物理特性の影響を示す部分
【0030】
【数3】
【0031】
を以下の説明において「共通項」と表記することがある。また、上式（１）の右辺の項入力ベクトルの各項毎の影響を示す部分
【0032】
【数4】
【0033】
を以下の説明において「感度ベクトル」と表記することがある。なお上式（１）では外乱角度Δθによる影響を無視できるものと仮定して、外乱角度Δθに対する感度ベクトルの成分を「０」と仮定している。
本実施形態では、上式（１）の共通項の分子から遅延要素５６の伝達関数（ＧＤＬＹ）とフィルタ５４の伝達関数（ＧＬＰＦ（ｓ））を除いて得られる伝達関数
本実施形態では、上式（１）の共通項の分子から遅延要素５６の伝達関数（ＧＤＬＹ）とフィルタ５４の伝達関数（ＧＬＰＦ（ｓ））を除いて得られる伝達関数
【0034】
【数5】
【0035】
の周波数応答の変動が小さく（すなわちフラット（平坦）な周波数特性を有し）、かつ外乱電圧Δｖがモータ電流ｉに影響する成分の伝達関数
【0036】
【数6】
【0037】
が、ハイパスフィルタの特性を有するように（すなわち、低周波成分を減衰する特性を有するように）、制御フィルタ５２の伝達関数の特性を設定する。
制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２の伝達関数は、例えば次式のように設定してよい。
制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２の伝達関数は、例えば次式のように設定してよい。
【0038】
【数7】
【0039】
上式はＰＩＤ（比例、積分、微分）制御器の例であり、制御フィルタ５２の伝達関数の特性は、例えばパラメータＫｐ、ζ、ωｃを変更することにより適宜調整できる。
このように制御フィルタ５２の伝達関数を設定すると、共通項の分子から遅延要素５６の伝達関数（ＧＤＬＹ）とフィルタ５４の伝達関数（ＧＬＰＦ（ｓ））を除いて得られる伝達関数の周波数応答の変動が小さくなり、電流指令値Ｉｒｅｆの周波数の影響を受けにくい良好な応答特性を実現することができる。
このように制御フィルタ５２の伝達関数を設定すると、共通項の分子から遅延要素５６の伝達関数（ＧＤＬＹ）とフィルタ５４の伝達関数（ＧＬＰＦ（ｓ））を除いて得られる伝達関数の周波数応答の変動が小さくなり、電流指令値Ｉｒｅｆの周波数の影響を受けにくい良好な応答特性を実現することができる。
【0040】
また、ベクトル制御を行う場合、逆起電圧やｄ軸成分とｑ軸成分との間の干渉項は、ｄｑ軸回転座標系上ではステアリングホイール１の操舵周期と同程度の低周波数（例えば１０［Ｈｚ］以下）の信号として扱える。このため、外乱電圧Δｖがモータ電流ｉに影響する成分の伝達関数が、低周波数成分を減衰するカットオフ周波数のハイパスフィルタの特性を有することにより、逆起電圧やその他の外乱電圧の影響を抑制できる。
【0041】
例えば、上式（１）の伝達関数の共通項の分子を１としたときの
【0042】
【数8】
【0043】
【0044】
【数9】
【0045】
の周波数応答の変動を小さくするためには、制御フィルタ５２の伝達関数Ａ（ｓ）が、図４（ａ）及び図４（ｂ）に例示する周波数特性と逆の特性を有するように設定する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、共通項の分母の周波数特性と逆の特性を有するように設定した制御フィルタ５２の一例のボード線図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、共通項の分母の周波数特性と逆の特性を有するように設定した制御フィルタ５２の一例のボード線図である。
【0046】
制御フィルタ５２の周波数特性を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように設定した場合に、共通項の分子から遅延要素５６とフィルタ５４の伝達関数（ＧＤＬＹ、ＧＬＰＦ（ｓ））を除いて得られる伝達関数の周波数特性は、図６（ａ）及び図６（ｂ）のようになる。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、共通項の分子から遅延要素５６とフィルタ５４の伝達関数（ＧＤＬＹ、ＧＬＰＦ（ｓ））を除いて得られる伝達関数の周波数応答の変動が抑えられ、比較的平坦な周波数特性を実現している。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、共通項の分子から遅延要素５６とフィルタ５４の伝達関数（ＧＤＬＹ、ＧＬＰＦ（ｓ））を除いて得られる伝達関数の周波数応答の変動が抑えられ、比較的平坦な周波数特性を実現している。
【0047】
【0048】
【数10】
【0049】
【0050】
次に、図８（ａ）及び図８（ｂ）と図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、実施形態の効果について説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、比較例として従来のフィードフォワード型の逆起電圧補償を行った場合の電流指令値Ｉｒｅｆに対するモータ電流ｉの周波数特性のシミュレーション結果を表すボード線図であり、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施形態のコントローラ３０によるモータ電流制御を行った場合の電流指令値Ｉｒｅｆに対するモータ電流ｉの周波数特性のシミュレーション結果を表すボード線図である。
実線は基準の周波数特性を示し、破線は常温における周波数特性を示し、点線は－４０度における周波数特性を示し、一点鎖線は１００度における周波数特性を示している。
実線は基準の周波数特性を示し、破線は常温における周波数特性を示し、点線は－４０度における周波数特性を示し、一点鎖線は１００度における周波数特性を示している。
【0051】
図８（ａ）と図９（ａ）とを比較すると、従来のフィードフォワード型の逆起電圧補償を行った場合には電流検出ノイズの影響を抑えるノーパスフィルタの影響で１００Ｈｚ以下の周波数帯域においてゲインの低下が発生するが、実施形態によるモータ電流制御を行った場合には、１００Ｈｚ以下の周波数帯域においてゲインの低下が抑制されていることが分かる。
また、実施形態によるモータ電流制御を行った場合には、低周波帯域において温度変化に伴うゲイン変化が抑制されていることが分かる。また、より高温であるほど、ゲイン変動が抑制されている。電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置は、通電により自己発熱するため極低温状態よりも常温状況下や高温状況下で稼働することが多い。実施形態のモータ電流制御の特性は稼働状況にあったものになっている。
また、実施形態によるモータ電流制御を行った場合には、低周波帯域において温度変化に伴うゲイン変化が抑制されていることが分かる。また、より高温であるほど、ゲイン変動が抑制されている。電動アクチュエータ製品及び電動パワーステアリング装置は、通電により自己発熱するため極低温状態よりも常温状況下や高温状況下で稼働することが多い。実施形態のモータ電流制御の特性は稼働状況にあったものになっている。
【0052】
（変形例１）
図１０は、電流指令値Ｉｒｅｆからモータ２０が駆動される系の第２例を伝達関数で表現したブロック図である。図３におけるフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４に代えて、制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２の出力（すなわち第１電圧指令値）のノイズを低減するフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４ａと、遅延要素（Ｇｄｌｙ）５５の出力のノイズを低減するフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４ｂとを、個別に備えてよい。
図１０は、電流指令値Ｉｒｅｆからモータ２０が駆動される系の第２例を伝達関数で表現したブロック図である。図３におけるフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４に代えて、制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２の出力（すなわち第１電圧指令値）のノイズを低減するフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４ａと、遅延要素（Ｇｄｌｙ）５５の出力のノイズを低減するフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４ｂとを、個別に備えてよい。
【0053】
例えば、制御フィルタ５２と加算器５３の間にフィルタ５４ａを配置するとともに、遅延要素５５と加算器５３との間にフィルタ５４ｂを配置することにより、フィルタ５４ａによってノイズが低減された第１電圧指令値と、フィルタ５４ｂによりノイズが低減された遅延要素５５の出力とを、加算器５３で加算して第２電圧指令値を算出してよい。
【0054】
また、制御フィルタ５２の前段にフィルタ５４ａを配置して、フィルタ５４ａによりノイズが低減された減算器５１の出力を制御フィルタ５２に入力してもよい。このような構成でも、制御フィルタ５２の出力（すなわち第１電圧指令値）のノイズをフィルタ５４ａで低減できる。
同様に、遅延要素５５の前段にフィルタ５４ｂを配置して、フィルタ５４ｂによりノイズが低減された加算器５３の出力を遅延要素５５に入力してもよい。このような構成でも、遅延要素５５の出力のノイズをフィルタ５４ｂで低減できる。
同様に、遅延要素５５の前段にフィルタ５４ｂを配置して、フィルタ５４ｂによりノイズが低減された加算器５３の出力を遅延要素５５に入力してもよい。このような構成でも、遅延要素５５の出力のノイズをフィルタ５４ｂで低減できる。
【0055】
（変形例２）
図１１は、電流指令値Ｉｒｅｆからモータ２０が駆動される系の第３例を伝達関数で表現したブロック図である。
図１０における制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２に代えて、制御フィルタ５２と同様の制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２ａを、減算器５１の前段（すなわち制御フィルタ（Ｇｒｅｆ（ｓ））５０と減算器５１の間）に設けるとともに、モータ電流検出器４８によって検出した電流値Ｉｍのフィードバック経路（すなわちモータ電流検出器４８と減算器５１との間）に、制御フィルタ５２と同様の制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２ｂを設けてもよい。このように構成しても、図１０に示す系の伝達関数と等価となる。
図１１は、電流指令値Ｉｒｅｆからモータ２０が駆動される系の第３例を伝達関数で表現したブロック図である。
図１０における制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２に代えて、制御フィルタ５２と同様の制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２ａを、減算器５１の前段（すなわち制御フィルタ（Ｇｒｅｆ（ｓ））５０と減算器５１の間）に設けるとともに、モータ電流検出器４８によって検出した電流値Ｉｍのフィードバック経路（すなわちモータ電流検出器４８と減算器５１との間）に、制御フィルタ５２と同様の制御フィルタ（Ａ（ｓ））５２ｂを設けてもよい。このように構成しても、図１０に示す系の伝達関数と等価となる。
【0056】
また、フィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４ａに代えて、制御フィルタ５２ａの出力のノイズを低減するフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４ａ１と、制御フィルタ５２ｂの出力のノイズを低減するフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））５４ａ２を個別に備えてよい。フィルタ５４ａ１は電流指令値Ｉｒｅｆのノイズを低減し、フィルタ５４ａ２は電流検出値Ｉｍのノイズを低減する。
制御フィルタ５０と制御フィルタ５２ａとフィルタ５４ａ１の接続の順序は、図１１の順序に限定されず、例えば、電流指令値Ｉｒｅｆを入力する制御フィルタ５０の後段にフィルタ５４ａ１を設けるとともにフィルタ５４ａ１の後段に制御フィルタ５２ａを設けて、制御フィルタ５２ａの出力を減算器５１に入力してもよい。
制御フィルタ５０と制御フィルタ５２ａとフィルタ５４ａ１の接続の順序は、図１１の順序に限定されず、例えば、電流指令値Ｉｒｅｆを入力する制御フィルタ５０の後段にフィルタ５４ａ１を設けるとともにフィルタ５４ａ１の後段に制御フィルタ５２ａを設けて、制御フィルタ５２ａの出力を減算器５１に入力してもよい。
【0057】
また、電流指令値Ｉｒｅｆを入力する制御フィルタ５２ａの後段に制御フィルタ５０を設けるとともに制御フィルタ５０の後段にフィルタ５４ａ１を設けて、フィルタ５４ａ１の出力を減算器５１に入力してもよく、電流指令値Ｉｒｅｆを入力する制御フィルタ５２ａの後段にフィルタ５４ａ１を設けるとともにフィルタ５４ａ１の後段に制御フィルタ５０を設けて制御フィルタ５０の出力を減算器５１に入力してもよい。
【0058】
また、電流指令値Ｉｒｅｆを入力するフィルタ５４ａ１の後段に制御フィルタ５０を設けるとともに制御フィルタ５０の後段に制御フィルタ５２ａを設けて、制御フィルタ５２ａの出力を減算器５１に入力してもよく、電流指令値Ｉｒｅｆを入力するフィルタ５４ａ１の後段に制御フィルタ５２ａを設けるとともに制御フィルタ５２ａの後段に制御フィルタ５０を設けて、制御フィルタ５０の出力を減算器５１に入力してもよい。
【0059】
また、電流値Ｉｍのフィードバック経路における制御フィルタ５２ｂとフィルタ５４ａ２の配置順序は、図１１の順序に限定されず、モータ電流検出器４８によって検出した電流値Ｉｍをフィルタ５４ａ２に入力し、フィルタ５４ａ２の後段に制御フィルタ５２ｂを設けて、制御フィルタ５２ｂの出力を減算器５１に入力してもよい。
また、制御フィルタ（Ａ（ｓ））とフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））の両方を減算器５１の前段及び電流値Ｉｍのフィードバック経路に配置したが、制御フィルタ（Ａ（ｓ））及びフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））の一方のみを減算器５１の前段及び電流値Ｉｍのフィードバック経路に配置し、他方のフィルタを減算器５１の後段に配置してよい。
また、制御フィルタ（Ａ（ｓ））とフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））の両方を減算器５１の前段及び電流値Ｉｍのフィードバック経路に配置したが、制御フィルタ（Ａ（ｓ））及びフィルタ（ＧＬＰＦ（ｓ））の一方のみを減算器５１の前段及び電流値Ｉｍのフィードバック経路に配置し、他方のフィルタを減算器５１の後段に配置してよい。
【0060】
（実施形態の効果）
（１）実施形態のモータ制御装置は、モータ２０を駆動する電流指令値Ｉｒｅｆを演算する電流指令値演算部４１と、モータ２０を流れる電流を検出する電流値検出部４８と、電流値検出部４８が検出した電流の検出値である電流検出値Ｉｍと電流指令値Ｉｒｅｆとの偏差に応じて第１電圧指令値を出力する制御フィルタ５２と、第１電圧指令値に遅延要素５５の出力を加算して第２電圧指令値を演算するとともに、第２電圧指令値を遅延要素５５に入力する加算器５３と、第２電圧指令値に基づいてモータ２０を駆動するインバータ４７と、を備える。
（１）実施形態のモータ制御装置は、モータ２０を駆動する電流指令値Ｉｒｅｆを演算する電流指令値演算部４１と、モータ２０を流れる電流を検出する電流値検出部４８と、電流値検出部４８が検出した電流の検出値である電流検出値Ｉｍと電流指令値Ｉｒｅｆとの偏差に応じて第１電圧指令値を出力する制御フィルタ５２と、第１電圧指令値に遅延要素５５の出力を加算して第２電圧指令値を演算するとともに、第２電圧指令値を遅延要素５５に入力する加算器５３と、第２電圧指令値に基づいてモータ２０を駆動するインバータ４７と、を備える。
【0061】
従来のフィードフォワード型では、逆起電圧定数などのモータ特性のモデルが必要であるが、本発明では用いていない。これにより、使用されるモータの個体差によるばらつきや、温度変化、経年変化による物性変化などにより逆起電圧定数が変化しても、それにより生じる外乱電圧を抑制することができるので、外乱要因に対するロバスト性を向上できる。
また、従来のフィードフォワード型の逆起電圧補償に用いるモータ回転速度は、モータ角度のサンプリング値から算出するため、検出誤差や検出ノイズ等の影響を受けて推定誤差が生じる虞があるが、本発明では外乱電圧の抑制のためにモータ回転速度を用いないため、モータ回転速度の検出誤差や検出ノイズの影響を回避できる。
また、従来のフィードフォワード型の逆起電圧補償に用いるモータ回転速度は、モータ角度のサンプリング値から算出するため、検出誤差や検出ノイズ等の影響を受けて推定誤差が生じる虞があるが、本発明では外乱電圧の抑制のためにモータ回転速度を用いないため、モータ回転速度の検出誤差や検出ノイズの影響を回避できる。
【0062】
なお、上記のようにベクトル制御によって電圧指令値を演算する際には、電流指令値演算部４１は、ｄ軸電流指令値とｑ軸電流指令値を演算してよい。そして、電流検出値Ｉｍをｑ軸のモータ電流検出値とｄ軸のモータ電流検出値とに変換してよい。制御フィルタ（電流制御部）５２は、ｑ軸のモータ電流検出値とｑ軸電流指令値との偏差と、ｄ軸のモータ電流検出値とｄ軸電流指令値との偏差に応じて第１電圧指令値を演算してよい。
【0063】
（２）制御フィルタ５２は、モータ２０に印加される外乱電圧に対してハイパスフィルタの特性を有してもよい。
上記のとおり、逆起電圧やｄ軸成分とｑ軸成分との間の干渉項は、ｄｑ軸回転座標系上ではステアリングホイール１の操舵周期と同程度の低周波数の信号として扱える。制御フィルタ５２が外乱電圧に対してハイパスフィルタの特性を有することにより、逆起電圧やその他の外乱電圧の影響を抑制することができる。
上記のとおり、逆起電圧やｄ軸成分とｑ軸成分との間の干渉項は、ｄｑ軸回転座標系上ではステアリングホイール１の操舵周期と同程度の低周波数の信号として扱える。制御フィルタ５２が外乱電圧に対してハイパスフィルタの特性を有することにより、逆起電圧やその他の外乱電圧の影響を抑制することができる。
【0064】
（変形例）
本発明に係るモータ制御装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば上記実施形態では、本発明に係るモータ制御装置の適用例として、これを備える電動パワーステアリング装置１０を例示して説明したが、本発明に係るモータ制御装置の適用範囲はこれに限定されず、モータ制御装置を用いる各種機械装置に適用可能である。
本発明に係るモータ制御装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば上記実施形態では、本発明に係るモータ制御装置の適用例として、これを備える電動パワーステアリング装置１０を例示して説明したが、本発明に係るモータ制御装置の適用範囲はこれに限定されず、モータ制御装置を用いる各種機械装置に適用可能である。
【0065】
図１２は、本発明のモータ制御装置を用いる直動テーブル装置の一例の概要を示す構成図である。
直動テーブル装置は、送りねじ装置と、テーブル７１と、２個のリニアガイド（直動案内装置）と、基台７４を備えている。
送りねじ装置は、ねじ軸７０とナット７６とモータ７７を有し、ねじ軸７０がナット７６に挿通されている。送りねじ装置の送りねじ機構は、ねじ軸７０の螺旋溝とナット７６の螺旋溝がボール（転動体）を介して点接触するボールねじである。ねじ軸７０の軸方向一端にモータ７７が結合されている。
直動テーブル装置は、送りねじ装置と、テーブル７１と、２個のリニアガイド（直動案内装置）と、基台７４を備えている。
送りねじ装置は、ねじ軸７０とナット７６とモータ７７を有し、ねじ軸７０がナット７６に挿通されている。送りねじ装置の送りねじ機構は、ねじ軸７０の螺旋溝とナット７６の螺旋溝がボール（転動体）を介して点接触するボールねじである。ねじ軸７０の軸方向一端にモータ７７が結合されている。
【0066】
２個のリニアガイドは、それぞれ、案内レール７２と２個のスライダ（移動体）７３と複数の転動体を有する。リニアガイドにおいて、案内レール７２およびスライダ７３は、互いに対向する位置に、転動体の転動通路を形成する軌道面をそれぞれ有する。両軌道面は案内レール７２の長手方向に延び、転動通路内を負荷状態で転動する転動体を介して、スライダ７３が案内レール７２に沿って直線移動する。
基台７４上のテーブル７１の移動方向Ｙと垂直な方向の両端に、各リニアガイドが配置され、２個のリニアガイドの間に送りねじ装置が配置されている。案内レール７２とねじ軸７０が、テーブル７１の移動方向Ｙと平行に配置されている。
基台７４上のテーブル７１の移動方向Ｙと垂直な方向の両端に、各リニアガイドが配置され、２個のリニアガイドの間に送りねじ装置が配置されている。案内レール７２とねじ軸７０が、テーブル７１の移動方向Ｙと平行に配置されている。
【0067】
この配置で、案内レール７２が基台７４に固定されている。ねじ軸７０は、それぞれの軸方向両端部に転がり軸受が取り付けられ、転がり軸受の外輪にハウジング７５が固定され、各ハウジング７５が基台７４に固定されている。これにより、ねじ軸７０が、基台７４に対して回転自在に支持されている。
テーブル７１は、各リニアガイドの２個のスライダ７３と送りねじ装置のナット７６の上方に配置され、スライダ７３に対しては直接、ナット７６に対してはブラケットを介して固定されている。すなわち、各リニアガイドの２個のスライダ７３及び送りねじ装置の７６がテーブル７１の一面に固定されている。
テーブル７１は、各リニアガイドの２個のスライダ７３と送りねじ装置のナット７６の上方に配置され、スライダ７３に対しては直接、ナット７６に対してはブラケットを介して固定されている。すなわち、各リニアガイドの２個のスライダ７３及び送りねじ装置の７６がテーブル７１の一面に固定されている。
【0068】
この直動テーブルでは、モータ７７を駆動して送りねじ装置を稼働させるとねじ軸７０が回転し、ボールねじ機構によりナット７６が直動する。これに伴い、テーブル７１がリニアガイドに案内されながら直動する。
コントローラ７８は、モータ７７を駆動する電流指令値を設定し、上記の実施形態のコントローラ３０と同様の処理により電流指令値から電圧制御指令値Ｖｒｅｆを演算して、モータ２０に供給する電流を制御する。
コントローラ７８は、モータ７７を駆動する電流指令値を設定し、上記の実施形態のコントローラ３０と同様の処理により電流指令値から電圧制御指令値Ｖｒｅｆを演算して、モータ２０に供給する電流を制御する。
【符号の説明】
【0069】
１…ステアリングホイール、２…操舵軸、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、５ａ…ピニオン、５ｂ…ラック、６ａ、６ｂ…タイロッド、７ａ、７ｂ…ハブユニット、８Ｌ、８Ｒ…操向車輪、１０…トルクセンサ、１１…キー、１２…車速センサ、１３…バッテリ、１４…操舵角センサ、２０…操舵補助モータ、２０、７７…モータ、３０、７８…コントローラ、４１…電流指令値演算部、４２Ａ、４４－４、４４－５、５３…加算器、４２Ｂ、５１…減算器、４３…電流制限部、４４…補償信号生成部、４４－１…収れん性、４４－２…慣性、４４－３…セルフアライニングトルク、４５…（比例積分）制御部、４６…ＰＷＭ制御部、４７…インバータ、４８…モータ電流検出器、５０、５２、５２ａ、５２ｂ…制御フィルタ、５３…電圧外乱抑制部、５４、５４ａ、５４ａ１、５４ａ２、５４ｂ…フィルタ、５５、５６…遅延要素、５７…演算部、５８…電気的特性部、５９…トルク係数、６０…加算部、６１…機械的特性部、６２…逆起電力生成部、７０…ねじ軸、７１…テーブル、７２…案内レール、７３…スライダ、７４…基台、７５…ハウジング、７６…ナット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】