JP2014180070A - 回転電機制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御部30は、算出した電流指令値、および、モータ10に流れるモータ電流に基づき電圧指令値を算出する。制御部30は、モータ電流に基づきインバータ電力を推定する。制御部30は、推定したインバータ電力、および、電源電圧に基づき、バッテリ2からインバータ部20に流れる電流である電源電流を推定する。制御部30は、電源電流の目標値である目標電源電流を決定する。制御部30は、推定した電源電流、および、決定した目標電源電流に基づき制限ゲインを決定する。制御部30は、算出した電圧指令値、および、決定した制限ゲインに基づき制限後の電圧指令値である制限後電圧指令値を算出する。制御部30は、算出した制限後電圧指令値に対応する指令値をインバータ部20に出力することにより電源電流を制限可能である。
【選択図】図1
Description
インバータ部は、電源からの電力を変換し回転電機に供給する。電源電圧検出手段は、電源からインバータ部に印加される電圧である電源電圧を検出する。モータ電流検出手段は、インバータ部から回転電機に流れる電流であるモータ電流を検出する。制御部は、インバータ部の作動を制御することにより回転電機の駆動を制御する。
(第1実施形態)
これにより、運転者がハンドル91を回転させると、ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92が回転し、ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪98が操舵される。
この構成により、電動パワーステアリング装置99は、ハンドル91の操舵を補助するための操舵アシストトルクをモータ10から発生し、ステアリングシャフト92に伝達する。
インバータ部20は、3相インバータであり、6つのスイッチング素子21を有している。本実施形態では、スイッチング素子21は、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。2つのスイッチング素子21は、1つのスイッチング素子対(アーム)を構成している。3つのスイッチング素子対は、それぞれ、モータ10のコイル11、コイル12およびコイル13に接続されている。また、3つのスイッチング素子対には、バッテリ2が接続されている。インバータ部20は、後述する制御部30によりスイッチング素子21の作動が制御され、バッテリ2からの電力を変換しモータ10に供給する。
電流センサ4、5、6は、本実施形態では、例えばシャント抵抗であり、それぞれ、スイッチング素子対とコイル11との間、スイッチング素子対とコイル12との間、スイッチング素子対とコイル13との間に設けられている。インバータ部20からモータ10に電流が流れるとき、電流センサ4、5、6には、それぞれ、コイル11に流れる電流であるU相電流Iu、コイル12に流れる電流であるV相電流Iv、コイル13に流れる電流であるW相電流Iwが流れる。これにより、電流センサ4、5、6は、それぞれ、モータ電流としてのU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを検出可能である。
制御部30は、物理的な構成部位としてA/D変換器7、8、9を有し、ソフトウェア的な構成部位として回転角速度算出部31、3相/2相座標変換部32、減算器41、42、PI制御部43、44、制限後電圧指令値算出部45、2相/3相座標変換部46、PWM制御器47、制限ゲイン決定部50を有している。
回転角速度算出部31は、位置センサ14により検出した回転位置θに基づき、モータ10の回転角速度ωを算出する。
3相/2相座標変換部32は、A/D変換器7、8、9によりデジタル値に変換されたU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwを、位置センサ14により検出した回転位置θに基づき、3相交流座標からd−q座標のq軸電流検出値Iqおよびd軸電流検出値Idに変換する。
ここで、減算器41、42、PI制御部43、44は、特許請求の範囲における「電圧指令値算出手段」に対応している。
Vq**=Vq*×Glimit ・・・式(1)
Vd**=Vd*×Glimit ・・・式(2)
ここで、制限後電圧指令値算出部45は、特許請求の範囲における「制限後電圧指令値算出手段」に対応している。
ここで、PWM制御器47は、特許請求の範囲における「デューティ指令値算出手段」として機能する。
このように、PWM制御器47は、インバータ部20を経由してモータ10をPWM(パルス幅変調)制御する。
制限ゲイン決定部50は、以下の一連のステップ1〜4を経ることにより制限ゲインGlimitを決定する。なお、制限ゲイン決定部50は、一連のステップ1〜4を所定の周期で繰り返し実行し、都度、制限ゲインGlimitを決定する。
制限ゲイン決定部50は、電流センサ4、5、6により検出したU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iw(A/D変換器7、8、9によりデジタル値に変換したU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iw)に基づき、インバータ部20からモータ10に供給される電力であるインバータ電力Pinvを推定する。より具体的には、制限ゲイン決定部50は、電圧センサ3により検出した電源電圧Vin、PWM制御器47により算出したU相デューティ指令値Du、V相デューティ指令値Dv、W相デューティ指令値Dw、および、A/D変換器7、8、9によりデジタル値に変換したU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwに基づき、インバータ電力Pinvを推定する。制限ゲイン決定部50は、下記式(3)によりインバータ電力Pinvを推定(算出)する。
Pinv=Vin×(Du/100)×Iu+Vin×(Dv/100)×Iv+Vin×(Dw/100)×Iw ・・・式(3)
ここで、制限ゲイン決定部50は、特許請求の範囲における「インバータ電力推定手段」として機能する。
制限ゲイン決定部50は、ステップ1で推定したインバータ電力Pinv、および、電圧センサ3により検出した電源電圧Vinに基づき、バッテリ2からインバータ部20に流れる電流である電源電流Iinを推定する。制限ゲイン決定部50は、下記式(4)により電源電流Iinを推定(算出)する。
Iin=Pinv/Vin ・・・式(4)
ここで、制限ゲイン決定部50は、特許請求の範囲における「電源電流推定手段」として機能する。
制限ゲイン決定部50は、電源電流Iinの目標値である目標電源電流Iin*を決定する。本実施形態では、制限ゲイン決定部50は、目標電源電流Iin*を任意の所定値(A)に決定(設定)する。ここで、制限ゲイン決定部50は、特許請求の範囲における「目標電源電流決定手段」として機能する。
制限ゲイン決定部50は、ステップ2で推定した電源電流Iin、および、ステップ3で決定した目標電源電流Iin*に基づき、制限ゲインGlimitを決定する。より具体的には、制限ゲイン決定部50は、前回のステップ4で決定した制限ゲインGlimit(n−1)、電源電流Iin、および、目標電源電流Iin*に基づき、制限ゲインGlimitを決定する。制限ゲイン決定部50は、下記式(5)により制限ゲインGlimitを決定(算出)する。
Glimit(n)=Glimit(n−1)×Iin*/Iin ・・・式(5)
式(5)において、Glimit(n)は今回値、Glimit(n−1)は前回値を表す。ここで、制限ゲイン決定部50は、特許請求の範囲における「制限ゲイン決定手段」として機能する。また、Glimit(n)は、最大で1となる様にガード処置を行う。
制限後電圧指令値算出部45は、上述のように、入力されたq軸電圧指令値Vq*、d軸電圧指令値Vd*および制限ゲインGlimitに基づき、制限後q軸電圧指令値Vq**および制限後d軸電圧指令値Vd**を算出し、2相/3相座標変換部46に出力する。
PWM制御器47は、入力されたU相電圧指令値Vu*、V相電圧指令値Vv*、W相電圧指令値Vw*に基づき、U相デューティ指令値Du、V相デューティ指令値Dv、W相デューティ指令値Dwを算出し、インバータ部20に出力する。
本発明の第2実施形態による回転電機制御装置を図3に示す。第2実施形態は、物理的な構成は第1実施形態と同様であるものの、制限ゲインGlimitの決定の仕方等が第1実施形態と異なる。
制限ゲイン決定部50は、電流センサ4、5、6により検出したU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iw(A/D変換器7、8、9によりデジタル値に変換したU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iw)に基づき、インバータ部20からモータ10に供給される電力であるインバータ電力Pinvを推定する。より具体的には、制限ゲイン決定部50は、PI制御部43およびPI制御部44により算出されたq軸電圧指令値Vq*およびd軸電圧指令値Vd*、ならびに、3相/2相座標変換部32によりU相電流Iu、V相電流Iv、W相電流Iwから変換されたq軸電流検出値Iqおよびd軸電流検出値Idに基づき、インバータ電力Pinvを推定する。制限ゲイン決定部50は、下記式(6)によりインバータ電力Pinvを推定(算出)する。
Pinv=Vq*×Iq+Vd*×Id ・・・式(6)
ここで、制限ゲイン決定部50は、特許請求の範囲における「インバータ電力推定手段」として機能する。
制限ゲイン決定部50は、ステップ1で推定したインバータ電力Pinv、および、電圧センサ3により検出した電源電圧Vinに基づき、バッテリ2からインバータ部20に流れる電流である電源電流Iinを推定する。制限ゲイン決定部50は、下記式(7)により電源電流Iinを推定(算出)する。
Iin=Pinv/Vin ・・・式(7)
ここで、制限ゲイン決定部50は、特許請求の範囲における「電源電流推定手段」として機能する。
制限ゲイン決定部50は、電源電流Iinの目標値である目標電源電流Iin*を決定する。本実施形態では、制限ゲイン決定部50は、例えば図4に示すマップMに基づき目標電源電流Iin*を決定する。ここで、マップMは電源電圧Vinと目標電源電流Iin*との対応を示すものであり、電源電圧Vin(V)が大きくなるほど目標電源電流Iin*(A)も大きな値が決定(設定)される。ここで、制限ゲイン決定部50は、特許請求の範囲における「目標電源電流決定手段」として機能する。
制限ゲイン決定部50は、ステップ2で推定した電源電流Iin、および、ステップ3で決定した目標電源電流Iin*に基づき、制限ゲインGlimitを決定する。より具体的には、制限ゲイン決定部50は、前回のステップ4で決定した制限ゲインGlimit(n−1)、電源電流Iin、および、目標電源電流Iin*に基づき算出した値を、ローパスフィルタ(LPF)を通過させることにより制限ゲインGlimitを決定する。制限ゲイン決定部50は、下記式(8)により制限ゲインGlimitを決定(算出)する。
Glimit(n)=LPF(Glimit(n−1)×Iin*/Iin) ・・・式(8)
また、Glimit(n)は、最大で1となる様にガード処置を行う。ここで、制限ゲイン決定部50は、特許請求の範囲における「制限ゲイン決定手段」として機能する。
Vq**=Vq* ・・・式(9)
Vd**=Vd*×Glimit ・・・式(10)
本発明の他の実施形態では、阻害要因がない限り、上述の実施形態の一部の構成同士を組み合わせてもよい。例えば第1実施形態において、マップに基づき目標電源電流を決定したり、フィルタを通過した値を制限ゲインとして決定したりといった具合である。
また、本発明の他の実施形態では、q軸電圧指令値についてのみ制限後の電圧指令値(制限後q軸電流指令値)を算出することとしてもよい。この場合、電源電流のうちq軸成分のみが制限される。よって、この実施形態は、回転電機のトルクに寄与するq軸電流を制限するため、回転電機の回転を重視する場合に好適である。
本発明による回転電機制御装置は、電動パワーステアリング装置の回転電機に限らず、他の装置等に用いられる回転電機の制御装置として適用することができる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
2 ・・・バッテリ(電源)
3 ・・・電圧センサ(電源電圧検出手段)
4、5、6 ・・・電流センサ(モータ電流検出手段)
10 ・・・モータ(回転電機)
20 ・・・インバータ部
30 ・・・制御部
41、42 ・・・減算器(電圧指令値算出手段)
43、44 ・・・PI制御部(電圧指令値算出手段)
45 ・・・制限後電圧指令値算出部(制限後電圧指令値算出手段)
46 ・・・2相/3相座標変換部(電流制限手段)
47 ・・・PWM制御器(電流制限手段)
50 ・・・制限ゲイン決定部(インバータ電力推定手段、電源電流推定手段、目標電源電流決定手段、制限ゲイン決定手段)
Claims (8)
- 電源(2)からの電力により駆動する回転電機(10)を制御する回転電機制御装置(1)であって、
前記電源からの電力を変換し前記回転電機に供給するインバータ部(20)と、
前記電源から前記インバータ部に印加される電圧である電源電圧を検出する電源電圧検出手段(3)と、
前記インバータ部から前記回転電機に流れる電流であるモータ電流を検出するモータ電流検出手段(4、5、6)と、
前記インバータ部の作動を制御することにより前記回転電機の駆動を制御する制御部(30)と、を備え、
前記制御部は、
前記回転電機を駆動するために前記インバータ部から前記回転電機に流すべき電流の指令値である電流指令値、および、前記モータ電流検出手段により検出した前記モータ電流に基づき、前記回転電機を駆動するために前記インバータ部から前記回転電機に印加すべき電圧の指令値である電圧指令値を算出する電圧指令値算出手段(41、42、43、44)、
前記モータ電流検出手段により検出した前記モータ電流に基づき、前記インバータ部から前記回転電機に供給される電力であるインバータ電力を推定するインバータ電力推定手段(50)、
前記インバータ電力推定手段により推定した前記インバータ電力、および、前記電源電圧検出手段により検出した前記電源電圧に基づき、前記電源から前記インバータ部に流れる電流である電源電流を推定する電源電流推定手段(50)、
前記電源電流の目標値である目標電源電流を決定する目標電源電流決定手段(50)、
前記電源電流推定手段により推定した前記電源電流、および、前記目標電源電流決定手段により決定した前記目標電源電流に基づき、制限ゲインを決定する制限ゲイン決定手段(50)、
前記電圧指令値算出手段により算出した前記電圧指令値、および、前記制限ゲイン決定手段により決定した前記制限ゲインに基づき、制限後の前記電圧指令値である制限後電圧指令値を算出する制限後電圧指令値算出手段(45)、および、
前記制限後電圧指令値算出手段により算出した前記制限後電圧指令値に対応する指令値を前記インバータ部に出力することにより前記電源電流を制限可能な電流制限手段(46、47)を有することを特徴とする回転電機制御装置。 - 前記回転電機は、複数の相に対応する巻線(11、12、13)を有し、
前記インバータ部は、前記巻線の各相に対応するスイッチング素子(21)を有し、
前記制御部は、各相の前記スイッチング素子のオン期間のデューティ比に対応するデューティ指令値を算出するデューティ指令値算出手段(47)を有し、
前記インバータ電力推定手段は、前記電源電圧検出手段により検出した前記電源電圧、前記デューティ指令値算出手段により算出した各相の前記デューティ指令値、および、前記モータ電流検出手段により検出した前記モータ電流に基づき、前記インバータ電力を推定することを特徴とする請求項1に記載の回転電機制御装置。 - 前記インバータ電力推定手段は、前記電圧指令値算出手段により算出した前記電圧指令値、および、前記モータ電流検出手段により検出した前記モータ電流に基づき、前記インバータ電力を推定することを特徴とする請求項1に記載の回転電機制御装置。
- 前記目標電源電流決定手段は、前記電源電圧と前記目標電源電流との対応を示すマップに基づき、前記目標電源電流を決定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記制限ゲイン決定手段は、入力信号の所定の帯域を制限するフィルタを通過した値を前記制限ゲインとして決定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記制限後電圧指令値算出手段は、前記電圧指令値のq軸電圧指令値およびd軸電圧指令値の少なくとも一方について前記制限後電圧指令値を算出することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 前記制御部は、前記インバータ電力推定手段、前記電源電流推定手段、前記目標電源電流決定手段、前記制限ゲイン決定手段、前記制限後電圧指令値算出手段、前記電流制限手段としての処理を所定の周期で繰り返し実行することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の回転電機制御装置。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転電機制御装置と、
運転者の操舵を補助するためのアシストトルクを発生する前記回転電機と、
を備える電動パワーステアリング装置(99)。
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