JP2008236990A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二相座標系の２つの座標軸のモータ駆動信号に重畳すべきＭ系列信号の初期値を適切に定めることにより、モータ制御精度の向上に寄与することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ制御装置５は、電動モータ３に流れるモータ電流を検出する電流センサ９と、電動モータ３に印加する指示電圧を生成する指示電圧生成部１３と、モータ電流およびモータ電圧に基づいて電動モータ３の回転位置を演算する位置推定部２１と、位置推定のために用いるモータパラメータを求めるパラメータ同定部２２と、Ｍ系列信号生成部２３とを含む。Ｍ系列信号生成部２３は、二相指示電圧Ｖαβに重畳すべき一対のＭ系列信号を生成する。この一対のＭ系列信号は、その初期値を１／４周期以上１／２周期以下の範囲で異ならせて設定して生成される。
【選択図】図１

Description

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。

ブラシレスＤＣ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ＤＣ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。

誘起電圧の推定には、モータモデルの逆モデルである逆モータモデル（数学モデル）が用いられる。逆モータモデルは、モータパラメータであるインダクタンスおよび電機子巻線抵抗を含む。これらのモータパラメータは、巻線温度、電流その他の変動要因のために、モータ駆動中にも変動する。そのため、モータをセンサレス駆動しているときの電流および電圧情報に基づいてモータパラメータを同定し、その同定されたモータパラメータを逆モータモデルに適用することが提案されている（下記非特許文献１）。

システム同定には、ＰＥ(persistently exciting：持続的励振)性を満たす白色性入力信号を用いる手法が一般的である。そこで、白色信号発生源から白色性信号を発生させて、これをモータ駆動信号に重畳し、そのときの電流および電圧情報に基づいてモータパラメータを同定することができる。
代表的な白色信号発生源は、Ｍ系列信号発生器である。Ｍ系列（Maximum-length linear shift resister sequence）とは、「０」と「１」とをランダムに並べた乱数列である。このＭ系列信号により疑似白色二値信号（疑似白色雑音信号）を生成できる。Ｍ系列信号発生器は、１サンプル時間ずつ信号を遅延させてシフトするシフトレジスタと、排他的論理和回路とで構成される。シフトレジスタには、０以外であれば、任意の初期値を与えることができる。

このようなＭ系列信号発生器を一対用いて、たとえば、二相固定座標系（α−β）のα軸に与えるＭ系列信号およびβ軸に与えるＭ系列信号を生成し、これらをα軸およびβ軸のモータ駆動信号に重畳すればよい。
特開２００５−１５１７１４号公報（［００９０］段落） 岩田昭寿他、「位置推定精度に依存しないオンラインパラメータ同定法を用いたシンクロナスリラクタンスモータのセンサレス制御」、電気学会論文誌 Ｄ，１２４巻１２号、２００４年

しかし、α軸およびβ軸のモータ駆動信号に重畳すべきＭ系列信号の妥当な初期値の決定法が知られていない。たとえば、α軸およびβ軸のＭ系列信号の初期値を同一にすると、モータパラメータの同定を正しく行えないので、ロータ位置の推定を正しく行うことができない。また、α軸およびβ軸に入力されるＭ系列信号の初期値を異ならせる場合でも、初期値のずれが小さい場合には、パラメータ同定精度が悪化するので、位置推定精度が悪くなる。しかし、初期値をどの程度ずらせば所要の同定精度が得られるかを示唆する指針は知られていない。

そこで、この発明の目的は、二相座標系の２つの座標軸のモータ駆動信号に重畳すべきＭ系列信号の初期値を適切に定めることにより、モータ制御精度の向上に寄与することができるモータ制御装置を提供することである。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、二相固定座標系または二相回転座標系の２つの座標軸のモータ駆動信号に加算すべきＭ系列信号を発生するＭ系列信号発生手段（６１，６２）と、前記Ｍ系列信号発生手段が発生するＭ系列信号の初期値を、前記２つの座標軸間で１／４周期以上１／２周期以下の範囲で異なるように設定する初期値設定手段（６０）とを含む、モータ制御装置（５）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。

二相固定座標系とは、ロータの回転中心を原点とし、ロータ回転面内に直交する２つの固定座標軸（ロータの回転によらずに固定された座標軸）を定めた２次元座標系である。たとえば、αβ座標系が該当する。また、二相回転座標系とは、ロータの回転中心を原点として、ロータ回転面内に直交する２つの回転座標軸（ロータとともに回転する座標軸。換言すれば、ロータに対して相対的に静止した座標軸。）を定めた２次元座標系である。たとえば、ｄｑ座標系が該当するほか、センサレス制御上の推定座標系であるγδ座標系も二相回転座標系である。

Ｍ系列信号の初期値が１／２周期（半周期）異なる場合が、２つの座標軸に入力される２つのＭ系列信号の距離が最も大きくなる場合であり、十分なパラメータ同定精度を確保できる。一方、システムの制限などから初期値を１／２周期異ならせることが困難な場合でも、Ｍ系列信号の初期値を少なくとも１／４周期だけ異なるように設定することにより、必要なパラメータ同定精度を確保できる。このように、Ｍ系列信号の初期値を１／４周期〜１／２周期異ならせることによって、必要なパラメータ同定精度を確保できるから、モータ制御精度を向上することができる。また、Ｍ系列信号の初期値を簡易に決定することができるので、モータ制御装置の設計工数を短縮できる。

請求項２記載の発明は、前記Ｍ系列信号発生手段が発生するＭ系列信号が加算されたモータ駆動信号をモータに印加したときの当該モータの応答に基づいてモータパラメータを同定するパラメータ同定手段（２２）と、このパラメータ同定手段によって同定されたモータパラメータを用いてモータの回転位置を推定する位置推定手段（２１）とをさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置である。

この構成により、Ｍ系列信号が重畳されたモータ駆動信号をモータに印加したときの応答に基づき、モータパラメータが同定され、その同定されたモータパラメータを用いてモータの回転位置が推定される。二相座標系にそれぞれ入力されるＭ系列信号の初期値が適切に設定されているので、モータパラメータを精度よく同定することができ、したがって、モータの回転位置を良好な精度で推定できる。この推定されたモータ回転位置を用いることにより、モータを精度よく制御することができる。

前記位置推定手段は、モータ電流およびモータ電圧と、前記パラメータ同定手段によって同定されたモータパラメータを含む逆モータモデルとを用いて、モータの回転位置を推定するものであってもよい。
Ｍ系列信号発生手段は、Ｍ系列信号をモータ制御装置の起動中常時発生するものであってもよいが、モータパラメータの同定に際して、初期値を設定してＭ系列信号を発生するものであってもよい。たとえば、所定の制御周期毎にモータパラメータの同定を行う場合には、各制御周期において初期値を設定し、この設定された初期値に基づいてＭ系列信号が発生されるようになっていてもよい。

請求項３記載の発明は、前記Ｍ系列信号発生手段が発生するＭ系列信号に対して、所定の遮断周波数で高周波成分を除去する低域通過フィルタ処理を施す信号処理手段（２４）をさらに含み、前記信号処理手段によって低域通過フィルタ処理がされたＭ系列信号がモータ駆動信号に加算されるようになっている、請求項１または２記載のモータ制御装置である。

Ｍ系列信号は、広い周波数帯域に対して比較的平坦な周波数特性を持つ。このような信号をモータ駆動信号に重畳することで、モータの高周波域の特性が励起される場合がある。たとえば、電動パワーステアリング装置用のモータは、モータパラメータの同定や回転位置の推定を阻害するような特性を高周波域に持つ傾向がある。
そこで、Ｍ系列信号に対して低域通過フィルタ処理を施し、そのフィルタ処理後のＭ系列信号をモータ駆動信号に重畳することで、モータの高周波域の特性の励起を抑制または防止できる。これにより、モータパラメータの同定精度が高くなり、モータ回転位置の推定を精度良く行うことができるので、モータ制御精度を向上することができる。

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電動モータ３と、この電動モータ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電動モータ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。

電動モータ３は、この実施形態では、三相ブラシレスＤＣ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、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。電動モータ３は、ロータの外部にステータを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配置したアウターロータ型のものであってもよい。

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、電動モータ３に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）８と、電動モータ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、信号処理部２０と、位置推定部２１と、パラメータ同定部２２と、Ｍ系列信号生成部２３と、ローパスフィルタ２４と、加算部２８とを備えている。

電流指令値生成部１１は、電動モータ３のロータ磁極方向に沿うｄ軸電流成分の指令値Ｉ_d ^*と、ｄ軸に直交するｑ軸電流成分の指令値Ｉ_q ^*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Ｉ_dq」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）。

電動モータ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Ｉ_d ^*およびｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*は、次式(1)(2)のように表される。

したがって、電流指令値生成部１１は、ｄ軸電流指令値Ｉ_d ^*＝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Ｉ_q ^*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Ｉ_q ^*を記憶したマップ（テーブル）を用いてｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*が生成されるようになっていてもよい。電動モータ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Ｉ_dqは、電動モータ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。

電流センサ９は、電動モータ３のＵ相電流Ｉ_U、Ｖ相電流Ｉ_VおよびＷ相電流Ｉ_w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Ｉ_UVW」という）。その検出値は、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Ｉ_UVWを、二相固定座標系（α−β）上での電流Ｉ_αおよびＩ_β（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_αβ」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Ｉ_αβは、αβ／γδ座標変換部１８に与えられる。

αβ／γδ座標変換部１８は、二相検出電流Ｉ_αβを、位置推定部２１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Ｉ_γおよびＩ_δ（以下、これらをまとめていうときには「二相検出電流Ｉ_γδ」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。

二相検出電流Ｉ_γδ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Ｉ_d ^*に対するγ軸電流Ｉ_γの偏差、およびｑ軸電流指令値Ｉ_q ^*に対するδ軸電流Ｉ_δ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Ｖ_γ ^*およびδ軸指示電圧Ｖ_δ ^*（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖ_γδ」という。）が生成されて、γδ／αβ座標変換部１４に与えられる。

γδ／αβ座標変換部１４は、γ軸指示電圧Ｖ_γ ^*およびδ軸指示電圧Ｖ_δ ^*を、二相固定座標系（α−β）の指示電圧であるα軸指示電圧Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*（以下、これらをまとめていうときには「二相指示電圧Ｖ_αβ」という。）に座標変換する。この二相指示電圧Ｖ_αβ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Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*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Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*（以下、これらをまとめていうときには「三相指示電圧Ｖ_UVW」という。）に変換する。

ＰＷＭ制御部１６は、三相の指示電圧Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*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、電動モータ３の各相には、該当する相の指示電圧Ｖ_U ^*，Ｖ_V ^*，Ｖ_W ^*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Ｉ_dq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Ｉ_dqと二相検出電流Ｉ_γδ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Ｖ_γδ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Ｖ_UVW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Ｖ_UVW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、電動モータ３が駆動され、電流指令値Ｉ_dq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Ｉ_UVWは、座標変換部１７，１８を経て、電流指令値Ｉ_dq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Ｉ_γδに変換された後に、偏差演算部１９に与えられる。

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２１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。
位置推定部２１は、電動モータ３の数学モデルであるモータモデルの逆モデル（逆モータモデル）に基づき、電動モータ３の誘起電圧を外乱として推定する外乱オブザーバ２５と、この外乱オブザーバ２５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２６と、この推定値フィルタ２６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θ^を生成する推定位置生成部２７とを有している。

この位置推定部２１には、信号処理部２０によって信号処理（フィルタリング）がされた後の二相指示電圧Ｖ_αβおよび二相検出電流Ｉ_αβが与えられるようになっている。信号処理部２０は、二相指示電圧Ｖ_αβ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３１と、二相検出電流Ｉ_αβ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３２とを有している。したがって、電圧フィルタ３１によってフィルタリングされた二相指示電圧Ｖ_αβと、電流フィルタ３２によってフィルタリングされた二相検出電流Ｉ_αβとが、位置推定部２１の外乱オブザーバ２５に入力されるようになっている。

パラメータ同定部２２は、二相検出電流Ｉ_γδおよび二相指示電圧Ｖ_γδに基づいて、外乱オブザーバ２５の逆モータモデルに用いられるモータパラメータを演算する。この実施形態では、モータパラメータは、電機子巻線抵抗Ｒおよびαβ軸インダクタンスＬを含む。
Ｍ系列信号生成部２３は、二相指示電圧Ｖ_αβに重畳すべきセンシング信号としてのＭ系列信号を生成する。このＭ系列信号は、ローパスフィルタ２４によって高周波成分（たとえば、２０００Hz以上の成分）が除去された後に、加算部２８によって、二相指示電圧Ｖ_αβに重畳されるようになっている。

図３は、Ｍ系列信号生成部２３の構成例を説明するためのブロック図である。Ｍ系列信号生成部２３は、初期値設定部６０と、α軸Ｍ系列信号発生器６１と、β軸Ｍ系列信号発生器６２とを備えている。Ｍ系列信号発生器６１，６２は、それぞれ、シフトレジスタ６５と、排他的論理和演算部（ＥＸＯＲ）６６とを備えている。
シフトレジスタ６５は、複数段（この実施形態では６段）のレジスタ６７を備え、１サンプル時間（たとえば、０．００１秒）ごとに次段のレジスタ６７へと保持データをシフトさせる。したがって、各レジスタ６７は、１サンプル時間の遅延を表す演算子Ｚ^-1として機能する。

初段のレジスタ６７には、排他的論理和演算部６６の出力が与えられるようになっている。排他的論理和演算部６６は、初段のレジスタ６７の出力と最終段のレジスタ６７の出力との排他的論理和を演算して、初段のレジスタ６７に入力する。
初期値設定部６０は、α軸Ｍ系列信号発生器６１およびβ軸Ｍ系列信号発生器６２の各シフトレジスタ６５を構成する複数段のレジスタ６７に、それぞれ、初期値ｘ(0)，ｘ(1)，…，ｘ(k)（図３の例ではｋ＝５）を設定する。ただし、α軸Ｍ系列信号発生器６１とβ軸Ｍ系列信号発生器６２とに、異なる初期値ｘ(0)，ｘ(1)，…，ｘ(n)が設定される。以下では、α軸Ｍ系列信号発生器６１のシフトレジスタ６５に設定される初期値ｘ(0)，ｘ(1)，…，ｘ(n)を「α軸初期値ｘ_α」といい、β軸Ｍ系列信号発生器６２のシフトレジスタ６５に設定される初期値ｘ(0)，ｘ(1)，…，ｘ(n)を「β軸初期値ｘ_β」という。

このような構成により、α軸Ｍ系列信号発生器６１は、α軸初期値ｘ_αから始まるＭ系列信号（α軸Ｍ系列信号）を発生し、β軸Ｍ系列信号発生器６２はβ軸初期値ｘ_βから始まるＭ系列信号（β軸Ｍ系列信号）を発生する。そして、α軸Ｍ系列信号がα軸指示電圧Ｖ_αに重畳され、β軸Ｍ系列信号がβ軸指示電圧Ｖ_βに重畳される。
図４は、６次のＭ系列信号を示す図である。「１番目」〜「６３番目」の６ビットの値がシフトレジスタ６５に順次保持され、これを１周期として、シフトレジスタ６５の保持値は循環的に変化する。そして、最終段の値（二値）がＭ系列信号として出力される。

初期値設定部６０は、α軸初期値ｘ_αとβ軸初期値ｘ_βとを、Ｍ系列信号の１周期の１／４以上離れた値に設定する。具体的には、α軸初期値ｘ_αを６次のＭ系列信号の「１番目」の値に設定する場合には、β軸初期値ｘ_βは６次のＭ系列信号の「１６番目〜４８番目」の範囲内の値に設定される。最大では、２分の１周期だけ離れた２つの値を、それぞれ、α軸初期値ｘ_αおよびβ軸初期値ｘ_βとして設定することができる。

Ｍ系列信号の次元をｎ次（ｎ＝ｋ＋１）とすると、Ｍ系列信号の１周期は２ⁿ−１（６次の場合は６３）である。２分の１周期だけ離れた値にα軸初期値ｘ_αおよびβ軸初期値ｘ_βを設定する場合には、Ｍ系列信号の「ｉ番目」（ｉは１以上２ⁿ−１以下の自然数）の値をα軸初期値ｘ_αとし、「ｉ＋２^n-1−１番目」または「ｉ＋２^n-1番目」の値をβ軸初期値ｘ_βとすればよい。たとえば、Ｍ系列信号の「１番目」の値をα軸初期値ｘ_αとし、「２^n-1番目」または「２^n-1＋１番目」の値をβ軸初期値ｘ_βとすればよい。むろん、２分の１周期だけ離れた初期値の組み合わせは、このほかにも存在する。

また、一般に、Ｍ系列信号の４分の１周期以上離れた２つの値をα軸初期値ｘ_αおよびβ軸初期値ｘ_βとして設定するには、３次以上のＭ系列信号において、Ｍ系列信号の「ｉ番目」の値をα軸初期値ｘ_αとし、「ｉ＋２^n-2−１番目」〜「ｉ＋３・２^n-2−１番目」の範囲の値をβ軸初期値ｘ_βとすればよい。具体的には、たとえば、Ｍ系列信号の「１番目」の値をα軸初期値ｘ_αとし、「２^n-2番目」〜「３・２^n-2番目」の範囲の値をβ軸初期値ｘ_βとすればよい。

図５は、６次のＭ系列信号において、２分の１周期だけ離れた２つの値を、それぞれ、α軸初期値ｘ_αおよびβ軸初期値ｘ_βとして設定した場合に生成されるα軸Ｍ系列信号およびβ軸Ｍ系列信号の波形を示す図である。α軸およびβ軸の２軸間でＭ系列信号の相関が最小となるので、このようなα軸Ｍ系列信号およびβ軸Ｍ系列信号を用いることによって、十分なパラメータ同定精度を得ることができる。また、Ｍ系列信号の少なくとも４分の１周期だけ離れた２つの値を、それぞれ、α軸初期値ｘ_αおよびβ軸初期値ｘ_βとして設定することで、α軸Ｍ系列信号およびβ軸Ｍ系列信号の相関を十分に小さくできるので、必要なパラメータ同定精度を得ることができる。

図６は、外乱オブザーバ２５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。電動モータ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、前述のとおり、Ｒは電機子巻線抵抗、Ｌはαβ軸インダクタンスである。また、ｐは微分演算子である。電動モータ３には、二相指示電圧Ｖ_αβと誘起電圧Ｅ_αβ（α軸誘起電圧Ｅ_αおよびβ軸誘起電圧Ｅ_β）とが印加されると考えることができる。

外乱オブザーバ２５は、二相検出電流Ｉ_αβ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）３５と、この逆モータモデル３５によって推定されるモータ電圧と二相指示電圧Ｖ_αβとの偏差を求める電圧偏差演算部３６とで構成することができる。電圧偏差演算部３６は、二相指示電圧Ｖ_αβに対する外乱を求めることになるが、図６から明らかなとおり、この外乱は誘起電圧Ｅ_αβに相当する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になる。以下、これらをまとめて「推定誘起電圧Ｅ^_αβ」という。

逆モータモデル３５は、たとえば、Ｒ＋ｐＬで表される。この逆モータモデルを構成する電機子巻線抵抗Ｒおよびαβ軸インダクタンスＬがパラメータ同定部２２で求められ、それらを用いて逆モータモデル３５が作られるようになっている。
推定値フィルタ２６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を適切に定めることによって、推定値フィルタ２６の遮断周波数を妥当な値に設定することができる。

誘起電圧Ｅ_αβは、次の(3)式で表すことができる。ただし、Ｋ_E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。

したがって、推定誘起電圧Ｅ^_αβが求まれば、次の(4)式に従って、ロータ５０の推定回転位置θ^が求まる。この演算が、推定位置生成部２７によって行われるようになっている。

図７は、マイクロコンピュータ７によるロータ回転位置推定演算の流れを説明するためのフローチャートであり、主として、信号処理部２０、位置推定部２１、パラメータ同定部２２、Ｍ系列信号生成部２３およびローパスフィルタ２４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が示されている。

初期値設定部６０は、Ｍ系列信号の周期の１／４以上離れたα軸初期値ｘ_αおよびβ軸初期値ｘ_βをα軸Ｍ系列信号発生器６１およびβ軸Ｍ系列信号発生器６２にそれぞれ設定する（ステップＳ１）。この初期値の設定の後にＭ系列信号発生器６１，６２を動作させることにより、Ｍ系列信号生成部２３から、α軸Ｍ系列信号およびβ軸Ｍ系列信号が生成される（ステップＳ２）。

ローパスフィルタ２４は、生成されたα軸Ｍ系列信号およびβ軸Ｍ系列信号の高周波成分を除去するための信号処理（フィルタ処理）を行う（ステップＳ３）。Ｍ系列信号は、広い周波数帯域に対して比較的平坦な周波数特性を持つが、このような信号をモータ駆動信号に重畳することで、電動モータ３の高周波域の特性が励起される場合がある。そこで、Ｍ系列信号に対して低域通過フィルタ処理を施し、そのフィルタ処理後のＭ系列信号をモータ駆動信号に重畳することで、電動モータ３の高周波域の特性の励起を抑制または防止できる。これにより、モータパラメータの同定精度を高めることができる。

ローパスフィルタ２４で処理された後のα軸Ｍ系列信号およびβ軸Ｍ系列信号は、γδ／αβ座標変換部１４が生成するα軸指示電圧Ｖ_α ^*およびβ軸指示電圧Ｖ_β ^*にそれぞれ重畳される（ステップＳ４）。
一方、パラメータ同定部２２は、αβ／γδ座標変換部１８が生成する二相検出電流Ｉ_γδと、指示電圧生成部１３が生成する二相指示電圧Ｖ_γδとに基づいて、モータパラメータを同定する（ステップＳ５）。

また、γδ／αβ座標変換部１４で演算された二相指示電圧Ｖ_αβは、電圧フィルタ３１に入力され、ＵＶＷ／αβ座標変換部１７で演算された二相検出電流Ｉ_αβは、電流フィルタ３２に入力される（ステップＳ６）。電圧フィルタ３１および電流フィルタ３２では、入力される電圧信号および電流信号に対して、所定の遮断周波数での低域通過フィルタ処理（高周波成分除去処理）が行われる。

この低域通過フィルタ処理後の電圧信号および電流信号を用いて、外乱オブザーバ２５が推定誘起電圧Ｅ^_αβを求める（ステップＳ７）。このとき、外乱オブザーバ２５を構成する逆モータモデルは、パラメータ同定部２２で同定されたモータパラメータを用いて構築される。外乱オブザーバ２５で求められた推定誘起電圧Ｅ^_αβに対しては、推定値フィルタ２６がフィルタリングを行う。

こうしてフィルタリングされた推定誘起電圧Ｅ^_αβを用いて、推定位置生成部２７での位置推定が行われて推定回転位置θ^が求められる（ステップＳ８）。
以上のように、この実施形態によれば、α軸Ｍ系列信号発生器６１の初期値ｘ_αとβ軸Ｍ系列信号発生器６２の初期値ｘ_βとを少なくとも１／４周期だけ差を持たせて設定することにより、パラメータ同定部２２では、十分な精度でモータパラメータを同定できる。したがって、外乱オブザーバ２５で求められる推定誘起電圧Ｅ^_αβが十分な精度を有することができ、その結果、高精度の推定回転位置θ^を求めることができる。これにより、γδ／αβ座標変換部１４およびαβ／γδ座標変換部１８での座標変換演算が正確に行われるようになり、ひいては、電動モータ３を高精度にセンサレス制御できるようになる。

以上、この発明の一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、前述の実施形態では、位置推定部２１は、パラメータ同定部２２で同定されたパラメータを用いて逆モータモデル３５を構築し、この逆モータモデル３５を用いた外乱オブザーバ２５を用いることによって推定回転位置θ^を求める構成としている。しかし、位置推定部２１としては、このほかにも、同定されたパラメータを用いて直接的に推定回転位置θ^を演算する構成のものを適用することもできる。

より具体的に説明すると、α軸インダクタンスＬ_α、β軸インダクタンスＬ_β、αβ軸間インダクタンスＬ_αβは、ロータの回転位置θに依存し、次のように表されることが知られている。
Ｌ_α＝Ｌ₀＋Ｌ₁cos２θ
Ｌ_β＝Ｌ₀−Ｌ₁cos２θ
Ｌ_αβ＝Ｌ₁sin２θ
ただし、Ｌ₀，Ｌ₁はインダクタンスの成分であり、ｄ軸インダクタンスＬ_dおよびｑ軸インダクタンスＬ_qを用いて次のように表される。

Ｌ₀＝（Ｌ_d＋Ｌ_q）／２
Ｌ₁＝（Ｌ_d−Ｌ_q）／２
したがって、α軸インダクタンスＬ_α、β軸インダクタンスＬ_β、αβ軸間インダクタンスＬ_αβをパラメータ同定部２２で同定し、これらを用いて、位置推定部２１において、次式に基づいて推定回転位置θ^を求めればよい。この場合、位置推定部２１での演算に電流および電圧の情報が用いられないので信号処理部２０を設ける必要はない。

この手法は、ロータ回転速度が低い場合のように、誘起電圧が十分に得られない場合に有効な方法である。したがって、この手法のための構成と前述の図１に示された構成との両方を位置推定部２１に備え、十分な誘起電圧が得られる状況かどうか（たとえば、ロータ回転速度が所定の閾値以上かどうか）に応じて、前記式(5)により推定回転位置θ^を用いる状態と、外乱オブザーバ２５等を用いて前記式(4)により推定回転位置θ^を用いる状態とを切り換えるようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、Ｍ系列信号を二相指示電圧Ｖ_αβに重畳することとしたが、指示電圧生成部１３が生成する二相指示電圧Ｖ_γδにＭ系列信号を重畳するようにしてもよい。
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電動モータ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電動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。

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。 電動モータの構成を説明するための図解図である。 Ｍ系列信号生成部の構成例を説明するためのブロック図である。 ６次のＭ系列信号を示す図である。 Ｍ系列信号の２分の１周期だけ離れた２つの値を、それぞれ、α軸初期値およびβ軸初期値として設定した場合に生成されるα軸Ｍ系列信号およびβ軸Ｍ系列信号の波形を示す図である。 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。 ロータ回転位置推定演算の流れを説明するためのフローチャートである。

符号の説明

５…モータ制御装置、７…マイクロコンピュータ、２１…位置推定部、６１…α軸Ｍ系列信号発生器、６２…β軸Ｍ系列信号発生器

Claims (3)

1. 二相固定座標系または二相回転座標系の２つの座標軸のモータ駆動信号に加算すべきＭ系列信号を発生するＭ系列信号発生手段と、
   前記Ｍ系列信号発生手段が発生するＭ系列信号の初期値を、前記２つの座標軸間で１／４周期以上１／２周期以下の範囲で異なるように設定する初期値設定手段とを含む、モータ制御装置。
2. 前記Ｍ系列信号発生手段が発生するＭ系列信号が加算されたモータ駆動信号をモータに印加したときの当該モータの応答に基づいてモータパラメータを同定するパラメータ同定手段と、
   このパラメータ同定手段によって同定されたモータパラメータを用いてモータの回転位置を推定する位置推定手段とをさらに含む、請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記Ｍ系列信号発生手段が発生するＭ系列信号に対して、所定の遮断周波数で高周波成分を除去する低域通過フィルタ処理を施す信号処理手段をさらに含み、
   前記信号処理手段によって低域通過フィルタ処理がされたＭ系列信号がモータ駆動信号に加算されるようになっている、請求項１または２記載のモータ制御装置。

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