JP2016208696A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
あるマイクロコンピュータのPWMクロックの周波数が、例えば、10[MHz]であるとする。PWM信号の周波数を10[kHz]に設定した場合、PWMカウント数は、10,000,000×(1/10,000)=1000となる。電動モータへの印加電圧の分解能(印可電圧の刻み幅。以下、「電圧分解能Vr」という。)は、PWMカウント数をCntとし、電源電圧をVbとすると、Vr=Vb÷Cntで表される。したがって、PWM信号の周波数が10[kHz]である場合の電圧分解能Vrは、Vb/1000[V/LSB]となる。電圧分解能Vrの値が小さい程、印加電圧の刻み幅が細かくなり、電圧分解能が高くなる。言い換えれば、電圧分解能Vrの値が大きい程、印加電圧の刻み幅が粗くなり、電圧分解能が低くなる。デューティ比の分解能(デューティ比の刻み幅)は、(1/Cnt)×100[%]であるので、0.1[%]となる。したがって、PWM信号の周波数が10[kHz]である場合には、電動モータへの印加電圧を、例えば、電源電圧の72.5[%]に設定することができる。
請求項2記載の発明は、前記PWM周波数対応値が、PWM信号の周波数であるPWM周波数またはPWM信号の1周期に相当するPWMクロック数であるPWMカウント数である、請求項1に記載のモータ制御装置である。
請求項5記載の発明は、前記取得手段は、前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値および前記電流検出手段によって検出されるモータ電流検出値のうち、絶対値が大きい方の電流値をモータ電流とみなして、モータ電流に対応したPWM周波数対応値を取得するように構成されている、請求項3に記載のモータ制御装置である。
図1は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(EPS:electric power steering)1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、このステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する転舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と転舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
トーションバー10の近傍には、トルクセンサ11が配置されている。トルクセンサ11は、入力軸8および出力軸9の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール2に与えられた操舵トルクTを検出する。この実施形態では、トルクセンサ11によって検出される操舵トルクTは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを転舵機構4に伝達するための減速機構19とを含む。電動モータ18には、電動モータ18のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ23が配置されている。減速機構19は、ウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合うウォームホイール21とを含むウォームギヤ機構からなる。
電動モータ18によってウォーム軸20が回転駆動されると、ウォームホイール21が回転駆動され、ステアリングシャフト6が回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸20を回転駆動することによって、転舵輪3が転舵されるようになっている。
ECU12は、マイクロコンピュータ31と、マイクロコンピュータ31によって制御され、電動モータ18に電力を供給するモータ駆動回路32と、電動モータ18に流れるモータ電流を検出する電流検出部33とを含んでいる。
電動モータ18は、例えば三相ブラシレスモータであり、図3に図解的に示すように、界磁としてのロータ100と、U相、V相およびW相のステータ巻線101,102,103を含むステータ105とを備えている。
このモータ駆動回路32は、三相インバータ回路である。モータ駆動回路32は、電源61と、平滑コンデンサ62と、複数のスイッチング素子71〜76と、複数のダイオード素子81〜86とを含む。平滑コンデンサ62は、電源61の両端子間に接続されている。
アシスト電流値設定部41は、トルクセンサ11によって検出される検出操舵トルクTと車速センサ24によって検出される車速Vとに基づいて、アシスト電流値Ia*を設定する。検出操舵トルクTに対するアシスト電流値Ia*の設定例は、図5に示されている。検出操舵トルクTは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、アシスト電流値Ia*は、電動モータ18から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ18から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。アシスト電流値Ia*は、検出操舵トルクTの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクTの負の値に対しては負をとる。
UVW/dq変換部48は、電流検出部33によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVWを、dq座標系の二相検出電流IdおよびIq(以下総称するときには「二相検出電流Idq」という。)に座標変換する。この座標変換には、回転角演算部49によって演算されるロータ回転角θeが用いられる。
PI制御部44は、電流偏差演算部43によって演算された電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、電動モータ18に印加すべき二相電圧指令値Vdq *(d軸電圧指令値Vd *およびq軸電圧指令値Vq *)を生成する。この二相電圧指令値Vdq *は、dq/UVW変換部45に与えられる。
電流偏差演算部43およびPI制御部44は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ18に流れるモータ電流が、電流指令値設定部42によって設定された二相電流指令値Idq *に近づくように制御される。
PWM信号に応じた適正な電圧をモータ駆動回路32から出力させるためには、PWM信号の周波数(以下、「PWM周波数fPWM」という)が低い程、またモータ電流が大きい程、モータ駆動回路32の平滑コンデンサ62としては大きな容量が必要となる。したがって、平滑コンデンサ62の容量が決まると、各モータ電流値において許容されるPWM周波数fPWMの最低値を求めることができる。
PWM周波数変更部46は、まず、電流指令値設定部42によって設定されたq軸電流指令値Iq *を取得する(ステップS1)。そして、PWM周波数変更部46は、取得したq軸電流指令値Iq *をモータ電流とみなして、モータ電流−PWM周波数マップ(図6参照)からモータ電流(q軸電流指令値Iq *)に対応したPWM周波数fPWMIを取得する(ステップS2)。
VrI=Vb÷(fCL/fPWMI) …(1)
fCL/fPWMIは、PWM周波数がfPWMIである場合の、PWMカウント数CPWMIである。
VrI=40÷(4,000,000/5,000)
=40÷800
=0.05
となる。
例えば、U相電圧のデューティカウント数CDUTYOが2,000であり、ステップS3で演算した電圧分解能VrIが0.05である場合には、変換後のデューティカウント数CDUTYIは、
CDUTYI=2,000÷(0.05÷0.01)
=400
となる。
最後に、PWM周波数変更部46は、ステップS2で取得したPWM周波数fPWMIと、ステップS4で得られた変換後のデューティカウント数CDUTYIとを、PWM制御部47に与える(ステップS5)。そして、PWM周波数変更部46は、今演算周期での処理を終了する。PWM制御部47は、PWM周波数がPWM周波数変更部46から与えられたPWM周波数fPWMIであり、かつPWM周波数変更部46から与えられたデューティカウント数CDUTYIに対応したデューティ比を有するU相PWM信号を生成する。
平滑コンデンサ62の容量から許容される、電動モータ18のモータ電流値(q軸電流値)の絶対値とPWMカウント数との関係を記憶したマップ(以下、「モータ電流−PWMカウント数マップ」という)が予め作成されて、不揮発性メモリ40に記憶される。モータ電流−PWMカウント数マップは、例えば、平滑コンデンサ62の容量から許容される、電動モータ18のモータ電流値の絶対値とPWMカウント数の最大値との関係に基づいて作成される。PWMカウント数CPWMは、PWMクロックの周波数をfCLとし、PWM周波数をfPWMとすると、CPWM=fCL/fPWMとなるので、モータ電流−PWMカウント数マップは、図6のモータ電流−PWM周波数マップから作成することが可能である。図9にモータ電流−PWMカウント数マップの一例を示す。図9に示すように、各モータ電流値に対して許容されるPWMカウント数(最大値)は、モータ電流が大きくなるほど小さくなる。
例えば、U相電圧のデューティカウント数CDUTYOが2,000であり、ステップS12で取得したPWMカウント数CPWMIが800である場合には、変換後のデューティカウント数CDUTYIは、
CDUTYI=2,000÷(4000÷800)
=400
となる。
図8の動作例では、PWM周波数変更部46は、ステップS12において、モータ電流−PWMカウント数マップからq軸電流指令値Iq *に対応したPWMカウント数CPWMIを取得している。しかし、PWM周波数変更部46は、ステップS12において、電流指令値設定部42によって設定されたq軸電流指令値Iq *およびUVW/dq変換部48によって演算されたq軸検出電流Iqのうち絶対値の大きい方の電流値を選択し、モータ電流−PWMカウント数マップから、選択された電流値に対応したPWMカウント数CPWMIを取得してもよい。つまり、q軸電流指令値Iq *およびq軸検出電流Iqのうち絶対値の大きい方の電流値をモータ電流とみなして、PWMカウント数CPWMIを取得してもよい。
前記実施形態では、この発明を電動パワーステアリング装置のモータ制御装置に適用した場合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に用いられるモータ制御装置にも適用することができる。
Claims (5)
- 平滑コンデンサおよび複数のスイッチング素子を含むモータ駆動回路を介して、電動モータをPWM制御するモータ制御装置であって、
前記平滑コンデンサの容量から許容される、前記電動モータのモータ電流値とPWM信号の周波数または周期に対応した値であるPWM周波数対応値と関係を記憶した記憶手段と、
PWM周波数が所定のPWM周波数であると仮定した場合に適合した第1デューティカウント数を演算する演算手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記関係に基づいて、モータ電流に対応したPWM周波数対応値を取得する取得手段と、
前記演算手段によって演算された第1デューティカウント数を、前記取得手段によって取得されたPWM周波数対応値に適合した第2デューティカウント数に変換する変換手段と、
前記取得手段によって取得されたPWM周波数対応値および前記変換手段によって得られた第2デューティカウント数に応じたPWM信号を生成するPWM信号生成手段とを含む、モータ制御装置。 - 前記PWM周波数対応値が、PWM信号の周波数であるPWM周波数またはPWM信号の1周期に相当するPWMクロック数であるPWMカウント数である、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記電動モータに流れているモータ電流を検出する電流検出手段と、
前記電動モータに流すべきモータ電流の目標値であるモータ電流指令値を設定する電流指令値設定手段とをさらに含み、
前記演算手段は、PWM周波数が前記所定のPWM周波数であると仮定した場合に適合し、かつ前記電流検出手段によって検出されるモータ電流検出値を前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値に等しくさせるための第1デューティカウント数を演算するように構成されている請求項1または2に記載のモータ制御装置。 - 前記取得手段は、前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値をモータ電流とみなして、モータ電流に対応したPWM周波数対応値を取得するように構成されている、請求項3に記載のモータ制御装置。
- 前記取得手段は、前記電流指令値設定手段によって設定されるモータ電流指令値および前記電流検出手段によって検出されるモータ電流検出値のうち、絶対値が大きい方の電流値をモータ電流とみなして、モータ電流に対応したPWM周波数対応値を取得するように構成されている、請求項3に記載のモータ制御装置。
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